间断焊接包管加固圆钢管构件轴压极限承载力研究

为研究间断焊接包管加固杆件的轴心受压性能,设计了13组试件进行单调加载静力试验。对试件极限承载力、破坏模式、荷载-位移曲线和截面应变发展规律进行分析,对比了负载加固与非负载加固对试件极限承载力的影响。结果表明:包管构件的破坏模式可分为整体失稳破坏和内管外伸段强度破坏;包管构件内外管协同工作、共同受力,内管和外管都在屈服后发生整体失稳破坏;负载加固与非负载加固试件的极限承载力基本一致,相差2.2%,非负载加固试件与未加固试件相比,极限承载力最大提高了479.9%。根据试验结果对包管构件的ABAQUS有限元模型进行修正,并用该模型分析了各主要影响因素对包管构件极限承载力的影响规律。提出了包管构件极限承载力经验计算公式,且公式计算结果与试验结果吻合较好。

装配式带夹芯保温槽型玻璃钢-钢板-槽钢-混凝土组合剪力墙轴压性能研究

提出一种装配式带夹芯保温槽型玻璃钢-钢板-槽钢-混凝土组合剪力墙,设计3个具有不同配筋形式和混凝土种类的墙板试件进行轴心受压试验,获得墙板在轴压作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、承载力储备系数、延性系数、材料利用率等性能指标。通过ABAQUS有限元分析软件对墙板进行参数化分析,研究内嵌钢板强度和厚度对其轴压性能的影响。结果表明,墙板具有良好的承载力储备能力和延性性能;混凝土中掺入1%体积比的钢纤维可显著提高墙板内混凝土的抗拉性能,使混凝土强度得到更加充分的利用,布置钢筋可以显著提高墙板延性;墙板的承载力和延性随内嵌钢板厚度和强度的增加而增大,强度为Q355、厚度为4、6mm时,墙板材料利用率更高。提出适用于该类墙板的轴压承载力设计公式,考虑钢板屈曲和截面组合效应的墙板轴心受压承载力设计公式计算结果较精确。

内置碳钢不锈钢管海洋混凝土柱轴压试验及承载力计算

为研究不锈钢管海洋混凝土柱及内配碳钢后的轴压力学性能,以型钢类型、螺旋筋间距、纵筋直径为变化参数,完成了10个试件的轴心受压静力加载试验。观察了试件的受力破坏全过程及形态,获取了轴向荷载-位移曲线及各钢材应变曲线,基于试验实测数据,就各变化参数对试件的轴压承载力、延性、耗能能力和损伤发展的影响规律进行了分析。结果表明:不同试件的破坏形态相似,均表现为不锈钢管局部屈曲压皱,混凝土斜向剪切破坏;内置碳钢可以提高试件的极限承载力、轴压延性和耗能能力,抑制试件的损伤发展;在增加相同用钢量的条件下,增加圆钢管含钢量对试件轴压性能提升幅度最大;基于“复合约束叠加法”推导计算公式所得承载力计算值与试验值吻合良好。

广义圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力公式

为研究圆形、圆端形、变圆心角圆端形和矩形钢管混凝土短柱轴压承载力的统一计算公式,采用两种不同本构关系建立广义圆端形钢管混凝土轴压短柱的ABAQUS有限元模型,利用90个钢管混凝土短柱轴压试验数据与有限元计算结果进行对比,验证了有限元模型的可靠性。通过改变构件的截面形状和材料强度,设置了9组共90个广义圆端形钢管混凝土轴压短柱有限元模型。对有限元计算结果展开参数分析,研究截面平直段高宽比和截面圆心角对钢管混凝土约束效应的影响。基于统一理论和约束分区方法,以截面形状影响系数对套箍系数进行了修正,并在GB 50936—2014推荐的圆形钢管混凝土短柱轴压承载力公式的基础上,建立了广义圆端形钢管混凝土短柱的轴压承载力简化计算公式,最后采用452个广义圆端形钢管混凝土短柱轴压试验数据对公式的准确性进行了验证。结果表明:当材料强度和含钢率一定时,广义圆端形钢管混凝土柱的套箍约束效应随着截面平直段高宽比的增大而减小,随着截面圆心角的增大而增大;简化公式的计算结果与试验结果吻合良好,适用于圆形、圆端形、变圆心角圆端形及矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力计算。

CFRP-不锈钢夹层管混凝土柱轴压试验及承载力计算方法

为了提升薄壁不锈钢结构的承载性能和耐久性,在不锈钢管内外壁粘贴碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber-Reinforced Polymer,CFRP)复合约束海水海砂混凝土,制得一种CFRP-不锈钢夹层管海水海砂混凝土结构。以CFRP粘贴层数和方式为变化参数,对18个短柱试件进行了单调轴心受压试验,观察了试件的受力破坏过程及形态,获取了荷载-位移曲线和材料应变分布数据,分析了试件轴压力学性能的变化规律。结果表明:内外贴CFRP能有效地提高结构的承载能力和变形能力;无CFRP和内贴CFRP试件的破坏形态均为剪切破坏,但破坏形态会随着外贴CFRP层数的增加向腰鼓破坏转变;在相同粘贴方式下,试件的承载能力、变形能力和耗能能力随着CFRP层数的增加呈非线性提高;在相同粘贴层数下,内贴CFRP的力学性能提升效果优于外贴CFRP,粘贴1层和2层CFRP时,内贴试件的极限承载力相较于外贴试件能再提高5.6%和6.7%,同时内贴1层CFRP的试件的耗能能力与外贴2层CFRP的相当;应变分析显示,在试件破坏前,CFRP与不锈钢协同工作良好。文中最后基于极限平衡法,考虑不锈钢的应变硬化效应,提出了CFRP-不锈钢夹层管混凝土柱极限轴压承载力的计算公式,并收集了73个样本的数据进行验证,发现计算值与试验值较为吻合。

轻型组合桥梁负弯矩区接缝抗弯性能试验

对适用于轻型组合桥梁负弯矩区的T形横向接缝抗弯性能进行试验研究,对负弯矩加载接缝的全过程进行理论分析,对接缝设计参数进行讨论.研究结果表明,随着荷载的增大,试件的主裂缝出现在连续浇筑的UHPC接缝界面和加载点下方的面板表面,试件中部未发现明显裂纹,UHPC接缝界面的可视初裂强度可以满足实桥设计荷载.对试验梁进行分析,提出接缝最大裂缝宽度、考虑UHPC拉伸刚度效应的设计弯矩和挠度计算公式,获得每阶段承载力的计算式,预测结果与试验结果吻合良好.通过参数讨论和计算可知,跨度L=20~50 m的轻型组合桥梁T形接缝上部加长长度可以设置为0.1L.

钢管混凝土柱-软钢板组合高墩的受压承载力

基于结构抗震韧性设计理念,提出一种可更换部件的钢管混凝土柱-软钢板组合箱形截面高墩,以改善高墩桥梁的抗震性能。为明确新型组合高墩的正截面承载力,开展了轴心和偏心受压试验,获得其轴向荷载-位移曲线、轴向荷载-应变曲线和破坏模式。以验证后的有限元模型为基础进行参数分析,探讨荷载偏心率、高墩长细比、软钢板厚度对新型组合高墩受压承载力的影响。研究结果表明:新型组合高墩在轴心和偏心受压下均产生了明显的面内整体弯曲变形,破坏模式均为整体弹塑性失稳破坏。偏心受压试件的承载力随偏心率或长细比的增大呈明显下降趋势,且两者的影响近似相互独立,当偏心率由0增至0.54时,承载力最大降低了约49%;当长细比由4增至79时,承载力最大降低了约38%。软钢板厚度由1 mm增加至10 mm,轴压承载力最大仅提高约9.5%,偏压承载力最大可提高约25%。将新型组合高墩简化为平腹杆格构柱,考虑软钢板对柱肢和钢系梁的约束作用,建立了新型组合高墩轴压承载力的计算公式。采用稳定系数和偏心率折减系数相乘得到承载力总折减系数,得到偏压承载力计算公式。该文建立的实用计算公式的计算结果与试验结果和有限元计算结果吻合良好,可用于新型组合高墩的正截面受压承载力计算。

输电塔角钢并联加固构件承载力试验研究及理论分析

为满足输电结构持久安全运行,在不破坏原有角钢截面造成截面削弱的前提下,提出了2种基于构件并联的无损加固措施;通过未加固、加固角钢轴压试验和有限元仿真计算,得到了各试件的荷载-位移曲线与荷载-竖向应变曲线,分析了试件的破坏机制与加固机理并基于参数分析明晰了角钢强度、抱箍连接件数量、抱箍连接件长度、构件长细比等因素对承载力的影响;基于弯曲、扭转、弯扭屈曲临界力计算方法提出了基于构件并联的修正承载力计算公式,并验证了修正承载力计算公式的有效性。结果表明:未加固角钢易发生弯扭失稳破坏,加固方案通过增大截面抗弯刚度和改变组合构件的失稳形态,提高了极限承载力并改善了失稳后的刚度与变形性能;有限元模型可有效反映构件破坏形式,主材角钢强度提高能增强承载力但对变形能力无影响,抱箍连接件对加固后性能无明显影响,长细比与加固效率呈正相关;推导的弯扭失稳临界力计算理论便于计算加固构件极限承载力,有利于推广无损并联加固措施。

火灾下双钢管混凝土复合短柱的性能与承载力计算方法

为研究双钢管混凝土复合短柱的耐火性能,建立了双钢管混凝土复合短柱精细化数值模型,在类似构件试验成果验证的基础上,开展其高温反应规律和耐火性能影响因素研究;全面分析了内管径厚比、外管径厚比、内外管直径比等参数的影响,以及不同截面组合形式(内圆外圆、内方外圆和内圆外方)双钢管混凝土短柱的耐火极限。基于热传导分析理论推导双钢管混凝土短柱截面的温度场分布公式,并根据有限元模拟结果对公式进行修正;最后基于温度等效原理进一步提出了火灾条件下双钢管混凝土短柱截面温度场的简化计算公式和承载力计算方法。结果表明:双钢管混凝土复合短柱具有较好的耐火性能,在直径不变时增大内钢管的厚度以及在厚度不变时增加内钢管的直径都有利于耐火极限的提高;在荷载作用和含钢率相同的条件下,不同截面组合形式的双钢管混凝土短柱耐火极限相差不大,但总体上双圆钢管混凝土短柱的耐火性能偏优;提出的温度场简化计算公式和基于等效温度的承载力计算方法与有限元结果相对误差都在15%以内。

CFRP-PVC管约束珊瑚海水海砂混凝土柱轴压性能试验研究及有限元分析

为研究碳纤维增强聚合物-聚氯乙烯复合管(CFRP-PVC)约束珊瑚海水海砂混凝土(CSSC)柱的轴心受压性能,对6个试件进行轴心受压加载试验和有限元参数分析,重点研究了PVC管内、外表面CFRP层数和脱空缺陷对该组合柱轴压性能的影响。结果表明,CFRP-PVC管可以有效约束CSSC,使其处于三轴受压状态,当内、外壁均粘贴CFRP时可以有效减缓突然破坏的特征。相同情况下,管内壁粘贴1层CFRP时具有更好的延性和承载力,管外壁粘贴2层CFRP时约束应力提高系数高达121.5%,脱空缺陷仅对延性有显著影响。基于ABAQUS软件建立了CFRP-PVC约束CSSC柱有限元模型,准确还原了组合柱在轴向荷载作用下的破坏过程和CFRP损伤形态。当组合柱套箍系数小于0.3或长径比大于14.54时,荷载-位移曲线会失去强化段,提高外层CFRP层数会小幅提高强化段刚度。提出了适用于CFRP-PVC约束CSSC的承载力计算方法,误差为1.2%。

空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能分析

由角钢和缀板焊接而成的空间钢构架替代传统绑扎钢筋骨架形成空间钢构架混凝土结构构件。为进一步研究空间钢构架混凝土梁的斜截面受剪性能,采用Abaqus软件,建立空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能的有限元分析模型,并对空间钢构架混凝土梁斜截面受剪性能进行模拟分析。分析结果表明,空间钢构架对混凝土梁的斜截面受剪承载力有利,随着剪跨比的减小、配箍特征值的增大其斜截面受剪承载力提高。基于已有的试验研究和模拟分析,采用极限平衡原理,考虑空间钢构架的有利作用,建立空间钢构架混凝土梁抗剪承载力的计算公式,公式的计算值与试验值吻合较好,可以作为空间钢构架混凝土梁斜截面受剪承载力计算公式。

中空角钢-钢管混凝土叠合柱轴压性能研究

目的研究中空角钢-钢管混凝土叠合柱的轴压性能,给出相应的轴压承载力简化计算公式。方法采用有限元法对叠合构件荷载-应变关系计算,与已有试验数据对比验证;在此基础上,分析叠合构件破坏模态、内力分布以及接触应力等工作机理;以不同材料强度下空心率和含钢率为主要参数分析叠合柱轴压承载力。结果空心率由30%增加至50%和70%时,叠合柱极限承载力分别降低了9.64%和22.69%;含钢率由5.0%增加至6.0%和7.0%时,叠合柱极限承载力分别增大了8.72%和16.21%。引入混凝土强度增强系数k后得到的轴压承载力公式计算结果与有限元结果最大误差为2.8%,简化计算公式可以较好地预测构件轴压承载力。结论中空角钢-钢管混凝土叠合柱具有较好的轴压承载能力,可满足工程应用。

不同截面钢管混凝土长柱承载力的统一算法

为了研究不同截面钢管混凝土长柱的承载力计算方法,收集了391个不同截面形式的钢管混凝土长柱承载力试验结果,对其承载力进行计算,通过对比试验结果发现规范承载力计算方法具有较高的准确性,但离散性较大,偏于不安全。现基于截面形式、套箍系数、相对偏心率和长细比等参数对规范承载力计算方法影响的研究,提出了适用于不同截面形式钢管混凝土长柱的承载力计算公式,利用该公式得到的承载力计算值与试验值比值的平均值为0.938,方差为0.025,计算结果的离散性较小,非保守估计数据点比例较低,仅为23.08%,计算结果更安全,该计算公式可供工程设计人员参考。

氯盐腐蚀圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力分析

为研究氯盐腐蚀圆钢管再生混凝土短柱轴压承载性能的变化规律,设计了16个试件并完成轴压试验。在试验研究的基础上根据极限平衡条件,提出了氯盐腐蚀条件下钢管再生混凝土短柱轴压承载力的计算公式,选取不同的侧压系数进行对比优化;采用国内外常用规范对试件承载力进行计算,将计算值与试验值进行对比并提出使用建议。结果表明给出的侧压系数建议值与试验结果吻合较好,通过折减壁厚的方法计算承载力是可靠的,对氯盐腐蚀圆钢管再生混凝土柱的理论研究和工程应用有一定的指导意义。

耐碱玻纤网格与聚丙烯混凝土复合加固方柱的轴压试验研究及承载力计算

通过16个基于耐碱玻纤网格与聚丙烯混凝土复合加固方柱的轴压性能试验,得到了各试件的极限承载力与破坏形态,测得了各试件混凝土中部纵向压应力-应变曲线、试件压应力-耐碱玻纤网格中部应变曲线,分析了加固层混凝土中聚丙烯纤维含量、耐碱玻纤网格包裹方式等参数对试件轴压性能及破坏机理的影响。通过引入合理的基本假定和强度模型,提出了耐碱玻纤网格与聚丙烯混凝土复合加固方柱的轴压承载力计算方法,并将所提计算方法及相关文献计算方法得到的理论计算值与试验结果进行了比较。结果表明:试件主要破坏形态为纵向压劈破坏,裂缝最先出现在试件角部区域并向两端发展,部分试件出现加固层剥离现象;相较于耐碱玻纤网格间隔包裹试件,全包试件表现出更好的抗压性能及延性;随着加固层混凝土中聚丙烯纤维含量的增加,试件极限承载力呈先提高后降低的趋势;采用所提计算方法得到的理论计算值与试验结果吻合较好,且理论计算值均小于试验值,说明所提公式具有一定安全储备,可供工程设计参考使用。

重组竹格栅式条形基础承载力计算方法研究

重组竹作为一种新兴的绿色建筑材料,以其绿色环保、轻质高强、耐腐蚀和易加工装配等优点成为广大学者的研究重点,以重组竹作为结构承重构件的项目不断落地.针对村镇建筑低荷载和低层数的特点,提出一种以重组竹为材料,适用于上部结构形式为竹木结构的格栅式条形基础,并对其开展结构选型和优化设计.开展了砂土地基中基础底面开孔率为0和24%的格栅式条形基础的土工离心机模型试验,揭示了基础底面开孔对地基极限承载力、基底压力和土体附加应力的影响规律.试验结果表明,基础底面开孔对极限承载力和基底压力的分布影响显著,但对土体附加应力的分布无明显影响.通过有限元计算方法模拟了砂土中格栅式条形基础的竖向承载特性,并且有限元计算得到的荷载-位移曲线和基底压力分布规律与离心机模型试验值结果吻合良好,证明了有限元方法的正确性.采用经验证的有限元方法对不同开孔率下格栅式条形基础的承载性能进行了系统研究,计算得到了不同密实度砂土地基中不同开孔率的格栅式条形基础的地基极限承载力,并与太沙基极限承载力计算结果进行了对比,引入开孔率概念,得到考虑开孔影响的格栅式条形基础的地基极限承载力计算方法.

超高性能混凝土加固柱轴心受压承载力计算方法研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)加固圆形截面柱轴压力学性能,以有限元软件ABAQUS分析为主要研究手段,以箍筋直径、箍筋间距和高径比为变化参数进行了13个试件的有限元分析,探讨各参数对UHPC加固圆形截面柱轴压力学性能的影响,研究极限承载力计算方法,提出实用设计公式.随着箍筋间距、高径比的增大,极限承载力出现了不同程度地退化,随着UHPC厚度和箍筋直径的增大试件极限承载力有所提高.基于约束混凝土理论提出的UHPC加固圆形截面柱轴压极限承载力计算方法有较好的适用性.

钢管煤矸石混凝土轴压短柱极限承载力计算方法研究

为促进煤矸石在钢管混凝土结构中的应用,选取辽宁地区的煤矸石作为粗骨料,开展6根钢管混凝土和12根钢管煤矸石混凝土短柱轴压试验。根据构件破坏形式与荷载-应变曲线讨论材料强度、钢管约束和取代率对构件轴压承载力的影响规律,进行了设计参数与承载力的相关性分析,在此基础上,讨论规范GB 50936—2014和规程T/CECS 625—2019中的轴压短柱极限承载力计算方法对钢管煤矸石混凝土的适用性,给出圆钢管煤矸石混凝土短柱极限承载力计算公式的建议修正系数。结果表明:轴向压缩试验下构件呈现出局部鼓曲与剪切破坏形态;与钢管普通混凝土短柱相比,钢管对核心煤矸石混凝土具有更好的横向约束效应;相同取代率下提高套箍系数与含钢率将显著提升构件承载力,构件的轴压承载力随煤矸石取代率提升而降低,但最大降低幅度未超过11%:煤矸石粗骨料对承载力的相关系数为-0.33且不具有显著性;现有的规范GB50936—2014和规程T/CECS 625—2019中相关计算方法适用于钢管煤矸石混凝土短柱,引入修正系数后承载力计算的平均相对误差在3%以内。

钢-UHPC组合梁纵向抗剪性能试验研究

钢-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的纵向抗剪性能严重影响组合梁的正常使用和结构安全性。为探究钢-UHPC组合梁的纵向抗剪性能,完善钢-UHPC组合梁中UHPC板的纵向抗剪承载能力计算公式,对2个钢-UHPC组合梁试件展开了四点弯曲试验,通过试验观测得到该组合梁的开裂损伤模式、荷载-挠度曲线、钢-混界面滑移发展等结构行为。在试验研究的基础上,基于Abaqus中混凝土塑性损伤模型建立了该组合梁的有限元模型,通过将有限元模拟得到的荷载-挠度曲线与试验得到的结果对比,证明了该有限元模型的正确性。基于该数值模型,通过参数分析确定了UHPC板中斜压杆发展角度,给出了斜压杆发展角度的拟合公式。基于传统的钢筋混凝土拉压杆理论,考虑UHPC抗拉强度,修正了钢-UHPC组合梁纵向抗剪承载能力计算公式。结果表明:布置纵向双排栓钉的钢-UHPC组合梁,UHPC板纵向剪切裂缝呈八字形延伸发展,其裂缝发展形式与相同栓钉布置方式的普通混凝土板相似;钢-混凝土组合梁采用UHPC翼缘板,拉-压杆模型中压杆与拉杆的承载力均得到提高,能有效提高混凝土板纵向抗剪承载能力;通过与数值结果对比,证明修正的钢-UHPC组合梁的纵向抗剪承载力计算公式具有良好的精度。

圆钢管废弃钢渣混凝土短柱轴压承载力计算方法

目的研究圆钢管废弃钢渣混凝土短柱轴压承载力的影响因素和计算方法,为废弃钢渣在结构工程中的应用提供理论依据。方法进行5组(共10个)圆钢管废弃钢渣混凝土短柱轴压性能试验,得到试件的破坏模态和荷载-位移曲线;量化钢渣骨料取代率和截面尺寸对试件轴压承载力和延性性能的影响;基于极限平衡理论和统一强度理论,得出圆钢管废弃钢渣混凝土轴压承载力计算公式的修正系数。结果钢渣骨料取代率由0增至50%、100%,圆钢管废弃钢渣混凝土柱的极限承载力变化在5%以内,取代率的影响可以忽略;截面直径由160 mm增至180 mm、200 mm,圆钢管废弃钢渣混凝土柱的极限承载力分别提高20.4%和54.6%;根据现有的相关计算方法对轴压极限承载力进行计算并修正,得出了笔者所提出的计算公式可准确预测圆钢管废弃钢渣混凝土的轴压承载力。结论圆钢管废弃钢渣混凝土短柱轴压构件的破坏模态与普通圆钢管混凝土短柱相似,废弃钢渣骨料可以取代天然骨料制备钢管废弃钢渣混凝土。