方钢管混凝土短柱轴压承载力尺寸效应

目的方钢管混凝土短柱轴心受压承载力存在尺寸效应,为了提高大尺寸方钢管混凝土轴心受压承载力设计计算的准确性,研究了考虑尺寸效应的方钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法.方法笔者介绍了日本AIJ规范、美国AISC-LRFD规程、欧洲EC4规范和我国韩林海等提出的方钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,并用这些公式对收集的大量实验结果进行了计算分析,然后在已有的计算公式基础上引入尺寸效应模型,采用修正后的计算公式进行计算并与未修正的计算结果进行比较.结果现有的方钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式的计算结果存在明显的尺寸效应,而在这些计算公式中引入尺寸效应模型进行修正后,计算结果的尺寸效应得到了明显改善.结论笔者探讨的4种计算公式都存在随着构件尺寸增大计算结果比实验值偏大的趋势,即计算公式无法准确反映构件轴压承载力存在的尺寸效应;通过引入混凝土材料的尺寸效应模型,对方钢管混凝土轴压承载力计算公式进行修正,可以有效减小方钢管混凝土轴压承载力的尺寸效应影响,从而为方钢管混凝土轴心受压承载力设计计算提供参考.

约束混凝土轴心抗压强度计算方法

根据约束效果等效的原则,将方形套箍约束转化为圆形钢管约束,并根据约束混凝土的泊松效应求出了与试件极限承载力对应的钢管环向应力以及混凝土所受约束应力。在确定了约束混凝土轴压强度计算式的基本数学表达形式之后,按混凝土抗压强度和钢筋抗拉屈服强度的不同对大量方形截面轴压混凝土试件进行分类,并通过回归分析得到了与不同类约束混凝土相对应的公式参数。最后,将本方法所提公式的计算误差与其他4种约束模型进行比较。结果表明:本方法公式具有较高的计算精度。

箍筋约束混凝土圆柱轴压强度尺寸效应律

钢筋混凝土构件的破坏模式与机制区别并远复杂于混凝土材料,采用混凝土材料层面的尺寸效应理论与公式来描述钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应行为是值得商榷的。另外,混凝土材料尺寸效应理论公式难以反映钢筋混凝土结构构件中其他重要参数对尺寸效应的影响。以箍筋约束混凝土圆柱为研究对象来看:结合相关物理试验及数值模拟结果,凝练归纳出了影响其轴压破坏尺寸效应的主导参数--箍筋率;根据箍筋约束作用对柱轴压强度的影响机制与规律,在经典的Ba?ant材料层次尺寸效应律的基础上,建立了箍筋约束混凝土柱轴压强度的尺寸效应半理论-半经验公式。相关试验及模拟结果验证了该构件层次尺寸效应公式的准确性和合理性。

加大截面加固RC轴心受压构件的强度计算

在分析"规范"加大截面法加固钢筋混凝土轴心受压构件正截面承载力计算方法的基础上,研究了计算方法中强度利用系数α的主要影响因素,提出了修改建议。

GFRP增强混凝土圆柱轴压强度尺寸效应:细观分析

混凝土柱外包纤维增强复合材料FRP是一种行之有效的约束方式,目前针对FRP约束混凝土柱轴向压缩行为的研究多以小试件为主,而对于大尺寸FRP约束混凝土构件的真实破坏机理及力学性能的研究仍不足。以玻璃纤维GFRP约束混凝土圆柱为研究对象,考虑混凝土细观非均质性及GFRP-混凝土间相互作用,建立了其轴压作用下的三维细观数值模型。以GFRP体积配置率为主导参数,在已有试验成果基础上,扩展模拟和研究了不同尺寸和不同体积配置率下柱的轴压破坏机理和失效模式,进而揭示了横向约束作用对GFRP混凝土柱名义轴压强度及其尺寸效应的影响机制与规律。研究发现:(1)GFRP约束混凝土柱存在尺寸效应现象;(2)随体积配置率的增大,试件名义轴压强度的尺寸效应被削弱。最后在经典材料层次尺寸效应律基础上,结合体积配置率的影响机制与规律,建立了GFRP约束混凝土圆柱轴压强度尺寸效应的半经验-半理论公式,相关试验和模拟结果证实了该公式的合理性。

关于套管柱三轴抗挤强度设计问题的讨论

重点讨论了我国套管柱强度设计方法新标准中存在的一个主要问题,即三轴抗挤强度设计中轴向应力计算问题。证明了正确做法应该是用压力面积法计算真实轴向力。文章还给出了真实轴向应力、有效轴向应力和虚应力三者之间内在联系的关系式,以及应用三轴应力强度理论进行抗挤设计的正确公式,对进一步解决套管柱强度设计问题提出了建议。

混凝土长方柱抗压强度及尺寸效应试验研究

国内外研究及设计规范大多采用棱柱体或圆柱体作为混凝土轴心抗压强度的标准试件,对长方柱的抗压强度研究较少。通过对16组不同尺寸的混凝土长方柱的轴压试验,研究其极限荷载及抗压强度。结果表明:长方柱混凝土抗压强度随着长、宽、高的增加而降低,具有明显的尺寸效应;并通过分析拟合得到轴心抗压强度的尺寸效应修正系数,轴心抗压强度修正值和极限荷载修正值均与试验值较为接近。

冷弯薄壁型钢多肢拼合柱轴压试验研究

针对单肢C形和U形截面及由其拼合而成的双肢和四肢截面冷弯薄壁型钢柱轴压承载力,进行了66根(共6种截面,5种长度)两端铰接的多肢拼合截面冷弯薄壁型钢柱轴压试验,研究了长细比、肢数及拼合形式对冷弯薄壁型钢多肢拼合柱轴压受力性能的影响。试验结果表明:长细比小于70的开口截面易发生畸变屈曲,闭口截面则发生局部屈曲;长细比大于70的试件则以整体屈曲破坏为主;随着试件的长度增加,其轴压承载力逐渐降低。相对于单肢截面,相同高度的拼合截面长细比减小,试件破坏形式随着长细比减小而从整体屈曲控制变为畸变屈曲和局部屈曲控制,轴压承载力提高。试验结果为多肢拼合截面柱设计计算提供了试验数据支持。

CFRP约束圆弧化方柱尺寸效应试验研究

研究表明,碳纤维布加固矩形柱前进行圆弧化处理有利于柱构件三向均匀受力,避免应力集中而提前破坏,提高碳纤维材料使用效率。阐述了CFRP约束圆柱的受力机理,通过对9根圆弧化处理柱轴心抗压试验,分析了柱尺寸对碳纤维布加固圆弧化处理柱轴压力学性能的影响。以小尺寸柱峰值应力值为基准,全包裹1层、2层和3层CFRP布的中尺寸和大尺寸柱峰值应力值分别为109%和54%、78%和50%、67%和58%。试验结果表明,方柱圆弧化处理后存在尺寸效应,随着构件尺寸和约束量的增大,尺寸效应更明显。

玻璃纤维加固砖柱试验

进行了42个(14组)玻璃纤维(GFRP)片材全长包裹砖砌体柱和9个(3组)对比砖柱的轴压试验,探讨了GFRP片材黏贴层数、试件截面尺寸、砂浆强度及倒角半径等参数对加固效果的影响;在考虑截面有效约束区和非有效约束区的基础上,重点分析了截面尺寸对加固效果的影响。试验结果表明:由于GFRP片材的约束作用,延缓了砖柱初始裂缝的出现,加固后试件的极限强度与黏贴层数呈线性关系,采用GFRP片材包裹加固砖柱能明显提高轴压极限强度与峰值应变。

大型变压器螺旋绕组扭转电磁力的研究

大型电力变压器螺旋线圈的扭转变形主要是由于轴向电流分量和辐向漏磁场共同作用所产生的.针对DEP-240000 kVA/500 kV型大型电力变压器低压螺旋绕组在轴向电流分量作用下产生的扭转电磁力问题进行了研究,对变压器结构及材料特性等对轴向电流引起的扭转电磁力的影响进行了分析计算,给出了变压器低压螺旋绕组单位长度扭转电磁力沿绕组高度的分布规律及相应抑制大型变压器螺旋绕组扭转变形的措施,为大型变压器的优化设计提供了参考依据.

端面边缘效应对缠绕管件轴压强度的影响

建立了缠绕管件三维有限元模型,通过应力分析发现轴压条件下缠绕管件受压端面存在明显应力集中现象,由此预测管件受压端面边缘效应会导致管件轴压强度下降,通过三维有限元模型对端头加强和未加强管件的轴压强度分别进行了定量计算,得出端头加强管件的轴压强度明显高于未加强管件的轴压强度。在理论分析的基础上,设计了缠绕管件轴压性能实验,实验结果对理论分析结果进行了验证。研究结果表明,对缠绕管件进行端头加强后,可有效减轻端面效应对轴压强度的负面影响,轴压强度可提高30%以上。

箍筋约束混凝土圆柱轴压破坏尺寸效应行为

开展了12组不同尺寸几何相似的箍筋约束混凝土圆柱轴心受压破坏试验,试验的工况参数为:配箍率为1.26%和2.89%;圆柱尺寸(直径)相似比为1∶1.5∶2.25,圆柱最大直径为576 mm;圆柱长细比为3。根据试验结果探讨了箍筋约束作用混凝土圆柱破坏模式及轴压强度尺寸效应的影响规律。基于Ba?ant尺寸效应律思想,提出了能反映尺寸影响的箍筋约束混凝土圆柱轴压承载力计算理论,与试验结果的良好吻合证明了修正承载力计算理论的合理性。最后,建立了钢筋混凝土柱破坏行为及尺寸效应模拟的3D细观尺度数值分析方法,在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,扩展模拟了更大尺寸圆柱的破坏行为。

BFRP约束混凝土短柱轴压性能的截面尺寸效应研究

为了研究BFRP约束不同截面高宽比混凝土短柱轴压性能,进行了五种不同截面高宽比BFRP约束混凝土短柱的轴心抗压试验。按照截面高宽比、包裹层数,试件分15组,每组3个相同试件。结合试验结果,通过理论分析和数值模拟研究试件的轴心抗压强度、峰值应变及应力-应变关系。研究结果表明,各组试件的裂缝开展和破坏形态基本一致;截面高宽比不同试件的轴心抗压强度存在明显的截面尺寸效应;峰值应变随试件截面高宽比的变化比较离散,没有明显的规律;建立的强度模型与试验结果吻合较好;采用ANSYS分析软件能较好地模拟BFRP约束混凝土短柱的轴压性能。

ECC抗压强度及其尺寸效应的试验研究

采用不同尺寸和形状的试件进行了ECC立方抗压强度和轴心抗压强度的试验,研究ECC和水泥砂浆基体的抗压强度尺寸效应及轴心抗压强度和立方抗压强度的关系,结果表明体积分数为2%的ECC抗压强度低于水泥砂浆基体,且ECC的抗压强度存在尺寸效应,ECC及水泥基材受压破坏的环箍效应小于混凝土,ECC的棱柱与立方体的抗压强度比高于混凝土的抗压强度比。

钢筋高强混凝土柱轴压性能尺寸效应试验

为揭示钢筋高强混凝土柱的尺寸效应规律,进行了不同几何尺寸、不配置箍筋的钢筋高强混凝土柱轴心受压性能试验,对比分析了不同几何尺寸试件的破坏特征、名义应力-应变曲线、承载力、变形及刚度.结果表明,未设置箍筋的钢筋高强混凝土柱轴心受压承载力、破坏特征和变形能力表现出一定的尺寸效应。

圆、八边、正方与矩形钢管混凝土轴心受压性能的连续性

按照“钢管混凝土统一理论”的推断:钢管混凝土构件性能的变化是随截面形状的改变而变化,变化是连续的,设计方法是统一的。本文介绍了采用塑性断裂理论描述三向受压混凝土的本构关系,用试校法确定三个主要系数的最优值,得到了只与混凝土性质有关的本构关系。加上钢材三向应力状态的本构关系,采用有限元法首次得到了等效截面的圆形、八边形、正方形和矩形钢管混凝土的截面上高斯点的应力分布,和平均应力与纵向应变的全过程关系曲线。由全过程关系曲线得到了各种截面构件的轴压强度指标与轴压模量,充分证明了性能随截面形状的改变而变化的连续性。同时导出了统一的计算公式。此外,还导出了和圆钢管混凝土相比,各种截面构件紧箍效应的下降率。最后给出了各种截面钢管混凝土轴压构件的强度设计公式。关于稳定承载力将另文介绍。

垂直井眼内钻柱的轴向力计算及强度校核

根据材料力学中分析内力的基本方法──截面法和流体静力学的基本方法──压力面积法，推导了钻柱真实轴向力的计算公式。进一步考虑到管内外液体对钻柱侧壁压力引起的内应力，推导了钻柱有效轴向力的计算公式。给出了有效轴向力和真实轴向力以及虚力之间的关系式，从而得出了一些非常重要的结论。结论认为，中性点可定义为有效轴向力等于零的点（截面），对于垂直井眼来说，此定义与鲁宾斯基关于中性点的定义是一致的。同时指出，进行钻柱强度计算和校核以及进行钻柱稳定性分析（失稳弯曲分析）时，都应该使用有效轴向力。

玄武岩纤维布约束素混凝土短柱的试验研究

进行15组玄武岩纤维(BFRP)布约束素混凝土短柱的轴压试验。试验结果表明,同等约束条件下,随着截面高宽比的增大,BFRP布约束混凝土柱强度与未约束柱强度的比值逐渐减小,截面为方形时约束效果最强,当截面高宽比为2.0时,BFRP布的约束效果很弱,BFRP布约束混凝土方形与矩形截面柱的强度存在一定的尺寸效应。

GFRP管以及LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的轴压性能

进行了18根GFRP约束高强混凝土圆柱和2根LRSFRP约束高强混凝土圆柱的轴压试验,研究了FRP管材料、直径和壁厚等参数对FRP约束高强混凝土圆柱轴压性能的影响。结果表明,GFRP管约束高强混凝土圆柱的轴压性能存在尺寸效应。即环向约束应力大小相同时,GFRP管约束高强混凝土圆柱的极限承载力和极限应变随着试件尺寸的增大而减小。随着GFRP管壁厚的增大,GFRP管约束高强混凝土圆柱的极限压应力和极限压应变相应提高。LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的延性较GFRP管约束高强混凝土圆柱好。最后,研究了现有FRP管约束混凝土的本构模型对GFRP管和LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的适用性。研究发现Teng等人的模型对GFRP约束高强混凝土圆柱的适用性较好。而现有主要FRP管约束混凝土的本构模型对LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的适用性较差。