采用铁素体不锈钢的圆形不锈钢管混凝土柱的设计方法研究

为研究采用铁素体不锈钢的圆形不锈钢管混凝土短柱的轴压性能,首先建立并验证其有限元模型,然后利用该模型创建典型算例数据库。基于算例数据库分析径厚比、名义屈服强度、混凝土强度等参数对其轴压性能的影响规律,并基于该有限元算例数据库验证现有圆钢管混凝土短柱设计方法的有效性。最后建议了采用铁素体不锈钢的圆形不锈钢管混凝土短柱的轴压承载力、轴压刚度和峰值应变的简化模型。简化计算结果和有限元计算结果吻合良好。

内置型钢方形不锈钢管超高性能混凝土柱偏压性能

为研究内置型钢的方形不锈钢管超高性能混凝土柱的偏压性能,考虑长径比、宽厚比、偏心率、型钢含钢率和加载方向(强弱轴加载)等因素的影响,设计了18根试件进行偏心受压试验研究。观察试件在偏心受压状态下的破坏过程及破坏形态,并通过荷载-跨中侧向挠度关系曲线及侧向挠度曲线,分析各因素对试件偏压性能的影响。结果表明:试件的破坏形态表现为短柱的强度破坏和中长柱的非弹性失稳破坏,且伴有局部鼓曲现象产生;试件的极限承载力随着长径比、宽厚比、偏心率的增加而减小,随着型钢含钢率的增加而增大;与绕弱轴方向加载的试件相比,绕强轴方向加载的试件具有更高的极限承载力。利用ABAQUS软件建立了偏压试件的有限元模型,基于试验结果对有限元模型的可靠性进行了验证,有限元计算结果与试验结果吻合良好,有利于进一步分析组合柱的工作性能。基于已有的相关研究成果提出了内置型钢方形不锈钢管超高性能混凝土柱的偏压极限承载力简化计算公式,为工程设计及相关规范的制定提供了一定的参考。

双相型不锈钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能试验研究

为了研究双相型不锈钢材在轴心受压下的整体稳定性能,对6根双相型不锈钢焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验.在试验前对试件的几何初弯曲进行了测量,在试验过程中对荷载初偏心进行了量测.根据试验数据,分析了构件的失稳变形特征和整体稳定承载力,并与欧洲钢结构规范(EN 1993-1-4)和中国钢结构规范(GB50017—2003)的计算结果进行了对比.结果表明,试验数据均高于欧洲规范计算值,但整体低于中国钢结构规范方法的计算值;同时说明欧洲规范采用的设计曲线偏保守,而中国钢结构规范所采用的设计曲线应做相应的调整.

复式不锈钢管混凝土轴压试验研究

钢管混凝土在实际工程中已得到广泛应用,但普通碳素钢在极端环境中的应用存在局限性。不锈钢管混凝土既有类似于普通钢管混凝土的力学性能,又能在特定环境下起到耐腐蚀作用,在特殊工程中应用前景广阔。对一系列不同内钢管厚度和强度的复式不锈钢管混凝土轴压试验,结果表明应变达到0.07时,仍能够保持80%以上的峰值承载力,具有很好的延性;内钢管厚度的增加对极限轴向承载力的下降起到了明显减缓作用,但对其影响有限;提高内钢管厚度和强度均能显著提高试件的压缩刚度;现行规范能对复式不锈钢管混凝土轴压承载力进行较为准确的估计。

冷成型双相型不锈钢轴心受压构件承载力分析

建立了准确的有限元模型,对双相型不锈钢轴心受压短柱和长柱进行了模拟分析,并依据已有试验结果对模型的准确性进行了验证,方管、圆管短柱的试验值与其对应有限元计算结果误差均在5%以内;对于方管与圆管长柱,试验值与其对应有限元计算结果的误差分别为2.3%和3.8%.基于验证的有限元模型开展了参数化分析,发现双相型不锈钢材料力学性能参数变化对轴心受压构件承载力的影响不大;构件截面几何参数对于圆管仅影响长细比较小构件的承载力,承载力变化幅值为16%,对于方管则影响较为显著。基于有限元分析结果,考虑相关参数对圆管和方管柱子曲线影响不同以及材料屈服后强化的特性,对现行规范中的柱子曲线进行改进。允许构件的承载力高于截面屈服轴力,分别提出了方管和圆管承载力建议计算公式,为《不锈钢结构技术规程(CECS410:2015)》的修订提供理论依据。

不锈钢管中管钢管混凝土抗剪性能试验研究

冰荷载是严寒地区海洋平台的主控荷载,对海洋平台导管腿抗剪承载力要求较高。为研究影响不锈钢管中管钢管混凝土海洋平台导管腿抗剪承载力的因素,共制作了18根管中管钢管混凝土抗剪构件,研究外钢管材料、混凝土强度、空心率和剪跨比对管中管钢管混凝土抗剪承载力的影响。通过研究不同情况下构件破坏形态、承载能力、局部应变关系来分析试件内部变化情况发现:随着空心率的减小、混凝土强度的增加,构件抗剪强度均有所增大;剪跨比越大,其抗剪强度越小。结合试验情况,提出了管中管钢管混凝土抗剪承载力经验公式,并通过ABAQUS有限元建模软件进行分析验证,结果表明模拟与试验结果吻合良好。

复式不锈钢管高强再生块体混凝土短柱轴压试验研究

在方不锈钢管混凝土中配置圆碳素钢管,可以改善方不锈钢管对核心混凝土约束效应低、变形能力差的特点,使复式不锈钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)截面具有较高的承载力、变形能力和抗火性能,减少普通钢结构的防腐和防火施工工序;钢管的约束效应也有利于弥补添加再生混凝土块体所带来的不利影响。开展16根复式不锈钢管高强再生块体混凝土短柱的轴压试验,考察了再生块体取代率、约束效应系数和新旧混凝土强度等参数对试件轴压力学性能的影响。研究结果表明:复式不锈钢管再生块体混凝土短柱试件的轴压承载力随再生块体取代率的增加而降低,替代率20%时承载力最大降低幅度为6.8%;试件破坏过程及破坏形态与普通复式不锈钢管混凝土短柱相似;内部圆钢管混凝土呈腰鼓型和剪切型破坏两种类型;复式不锈钢管再生块体混凝土短柱具有良好的变形能力和剩余承载力,超过峰值荷载后,荷载–位移曲线经过短暂下降,基本维持水平或略上升,所有试件的剩余承载力达到峰值荷载的63%以上。最后,提出了复式不锈钢管混凝土截面中钢管截面对核心混凝土的约束效应的简化方法,采用4种承载力计算方法进行轴压承载力的计算并对比,结果表明,考虑圆形截面部分的承载力乘以折减系数的假定具有较好的适用性,所得承载力的计算结果与试验结果吻合较好。

不锈钢管/普通钢管高强混凝土组合柱轴压力学性能研究

对7个不锈钢管/普通钢管高强混凝土组合柱的试件进行轴压试验,研究分析了混凝土的强度、内钢管的直径和壁厚对试件的极限承载力的影响。

外包不锈钢圆中空夹层钢管混凝土柱抗撞计算方法研究

目前钢筋混凝土和实心钢管混凝土构件已广泛应用于实际工程,在抗冲击性能方面已形成相关设计方法,而针对外包不锈钢圆中空夹层钢管混凝土(CFDST)柱的耐撞性能研究较少。为此,该文在前期试验研究的基础上,采用ABAQUS建立了该类构件在轴力与侧向撞击耦合作用下的有限元模型。分析了轴力-撞击共同作用下该类构件的抗撞机理;重点研究了轴压比、名义含钢率等对构件抗撞性能的影响;给出了该类构件在轴力-撞击耦合作用下撞击力平台值动力放大系数(DIF)的计算公式。结果表明:外钢管的塑性变形是构件耐撞的主要耗能机制;轴压比对构件抗撞性能起削弱作用,且当轴压比大于0.5时,削弱程度更加明显;名义含钢率、外钢管与混凝土强度、撞击速度和截面外径对构件抗撞性能影响较大;建议的计算公式能够较好预测该类构件侧向撞击下的撞击力平台值。

矩形不锈钢管混凝土柱双向偏压力学性能试验研究

完成了14根矩形不锈钢管混凝土柱在双向偏压下的试验研究,试验考察的主要参数为:荷载偏心率、混凝土强度和试件长度。试验结果表明:在双向偏心受压荷载作用下,矩形不锈钢管混凝土柱具有良好的延性;荷载偏心率、混凝土强度和试件长度对矩形不锈钢管混凝土双向偏压试件的承载力和延性都有着明显的影响,跨中截面的应变变化符合平截面假定。采用现有《钢管混凝土结构技术规程》(DBJ/T 13—51—2010)中的钢管混凝土双向压弯相关方程对试验构件的极限承载力进行了计算,其结果和试验值吻合较好。

Cl^-浓度对双相钢和镍基合金腐蚀速率的影响

针对H2S、CO2、Cl-同时存在的高温、高压腐蚀环境,选择22Cr、25Cr双相不锈钢和028铁-镍基合金、G3镍基合金进行对比试验,在其它条件相同的情况下(H2S/CO2分压、温度、液体流动等条件一致,仅Cl-浓度变化),分析Cl-含量对各种耐蚀合金管材发生均匀腐蚀与点蚀的腐蚀速率的影响。结果表明,在温度为160℃,CO2分压为4.13MPa,H2S分压为2.66MPa,流速为3m/s的条件下,随着Cl-浓度增加(25g/L、100g/L、120g/L、250g/L),UNS S32205和UNS S32750两种双相不锈钢的均匀腐蚀速率和局部腐蚀速率增加;028和G3两种镍基合金的均匀腐蚀速率变化不大,且无局部腐蚀发生。UNS S32205、UNS S32750双相不锈钢试样表面钝化膜的主要成分为Cr2O3和/或Cr(OH)3;028和G3镍基合金试样表面钝化膜的主要成分为NiO、Cr2O3和/或Cr(OH)3。

热轧不锈钢圆管柱轴心受压构件整体稳定性能试验研究

为研究不锈钢圆管柱轴心受压构件的整体稳定承载性能,对9根奥氏体型和10根双相型热轧不锈钢圆管柱进行了整体稳定轴心受压试验。根据试验前测量得到的试件的几何初弯曲和试验过程中得到的荷载初偏心,分析了不锈钢构件的失稳模态和整体稳定性能承载能力。将试件的试验结果与现行《欧洲不锈钢结构规范》和CECS410∶2015《不锈钢结构技术规程》的计算结果进行了对比,结果表明:两本规范对奥氏体型和双相型不锈钢稳定承载力计算结果较试验结果均偏于保守,且双相型不锈钢构件的保守度更加显著。

不锈钢方钢管混凝土轴压短柱有限元分析

为研究不锈钢方钢管混凝土轴压短柱的变形和力学性能,文中通过有限元软件ABAQUS对不锈钢方钢管混凝土轴压短柱进行数值分析。研究结果表明,不锈钢管混凝土短柱表现出较好的变形能力和承载能力;构件的承载力随混凝土强度等级和钢管厚度的增加而提高。通过对比我国现有的规范,提出不锈钢方钢管混凝土轴压短柱承载力的建议公式,为后续研究提供参考。

预制双壁空心管柱轴心受压性能试验研究

本文研究不锈钢(薄壁外层)-混凝土-钢双壁空心管(DSTM)柱的轴心受压性能。借鉴钢-混凝土组合结构构件的基本假定,分析其轴心抗压能力。制作外层分别为薄钢管和铁皮管,内层均为钢管,双壁管中间喷注混凝土型号为C40的两种试件,并完成其轴向抗压试验。试验结果表明,当外层管为薄钢管时,其承载能力和变形能力优于薄铁皮管。通过分析本文和有关文献的试验结果,引用相关系数,提出了考虑套箍效应的双壁空心管长柱轴心受压承载力计算公式,计算结果与试验结果基本吻合。

基于双相不锈钢的膨胀管试验研究

针对常规膨胀管抗外压能力低，耐H：S腐蚀性能差等问题开展了双相不锈钢材料特性研究，并进行了不同壁厚管材膨胀、抗外压试验与耐H。S腐蚀测试。结果表明：双相不锈钢材料强塑性较高，屈强比合适，可以作为膨胀管材料；在干摩擦条件下双相不锈钢管材膨胀压力在35～40MPa，高于现用20G材料10％左右，但是双相不锈钢管材膨胀后抗外压强度大于25MPa，耐H：S腐蚀速率0．021mm／a，明显优于碳钢材料，能够满足高压、高腐蚀井套管补贴需要。

电弧增材制造不锈钢圆管短柱的几何特性和轴压性能

为研究电弧增材制造(WAAM)不锈钢构件的受力性能,采用316L不锈钢材料,利用WAAM技术制作不同直径、高度和壁厚的圆管短柱试件,通过标准试件的拉伸试验获得材料基本力学性能;通过3D激光扫描进行几何测量,确定其几何参数和局部缺陷;通过短柱轴压试验,获得破坏形态,分析其与局部几何缺陷之间的关系,得到荷载-端部轴向位移曲线,进而分析轴压承载力的影响因素;并将轴压承载力试验结果与采用国内外钢结构设计规范预测结果进行对比分析。结果表明:相比普通钢管构件,WAAM圆管短柱的几何截面具有较大不规则性,局部几何缺陷也相对较大,最大偏差的平均值、最大值分别为0.27~0.75 mm、0.33~0.95 mm;轴压试验的所有WAAM圆管短柱均发生了局部屈曲,且屈曲最明显区域总体上对应于局部几何缺陷较大区域;WAAM圆管短柱的归一化轴压承载力为0.88~1.06,轴压承载力总体上随着径厚比的增大而降低,局部几何缺陷对承载力有一定影响;WAAM圆管短柱能达到欧洲EN-1993-1-4和美国AISC 370中所规定的轴压承载力要求,但多数试件无法达到我国DL/T5154—2002的轴压承载力要求。

双相型不锈钢焊接工字形截面轴压柱整体稳定性能试验研究

为了研究双相型不锈钢材料轴心受压构件的整体稳定性能,对11根EN 1.4462双相型不锈钢焊接工字形截面柱试件进行了轴心受压试验研究。根据试验前测量得到的试件几何初弯曲和试验过程中量测得到的荷载初始偏心,分析了该类型构件的失稳模态和整体稳定承载力,并将试验数据计算结果与采用现行欧洲钢结构设计规范EN 1993-1-4和GB 50017—2003《钢结构设计规范》的计算结果进行了对比。结果表明:所有试件均呈现整体失稳,其中5根试件为强轴失稳模式,6根试件为弱轴失稳模式,未发生板件的局部屈曲,部分绕强轴失稳的试件发生了扭转现象;长细比较大的构件易发生弹性失稳,长细比较小的构件易发生弹塑性失稳;试验数据高于欧洲钢结构规范计算结果,欧洲规范的设计曲线较为保守;试验结果整体低于GB 50017—2003规范的设计曲线,该规范不再适用于不锈钢构件的稳定承载力计算。

热成型不锈钢圆管混凝土轴压短柱受力性能试验研究

对热成型不锈钢圆管混凝土短柱在轴向压力作用下的承载性能进行试验研究,试验主要参数为混凝土强度(C30和C40)、不锈钢管壁厚t(0.9 mm、1.0 mm和1.2 mm)和试件的高径比λ(3.0、3.5、4.0),试验观测了不锈钢圆管混凝土短柱在轴向压力作用下的破坏现象、试件荷载-轴向变形曲线、荷载-环向应变曲线、荷载-轴向应变曲线等。根据试验的破坏现象,将试件分为5种破坏模式,并分析了不锈钢管壁厚t和试件的高径比λ对试件的承载力、延性、刚度的影响。分析结果表明:试件在屈服后表现出明显的承载力提高;随着钢管壁厚的增加,试件的受压承载力、延性及刚度均有所提高;随着试件高径比增大,试件的延性增大,刚度降低;试件的受压承载力在高径比3.5时最大,4.0时次之,3.0时最小。与普通钢管混凝土相比,不锈钢管混凝土约束放大系数有一定的提高。

不锈钢轴心受压构件稳定承载能力计算方法研究

国内外不锈钢材料力学性能的试验资料表明:不同牌号不锈钢材料的力学性能差别较大;同牌号不锈钢材料的力学性能也有一定差别,而材料力学性能变化对轴心受压不锈钢柱的稳定性系数的影响在国外典型不锈钢结构设计规范中均无明确的规定。基于经验证的有限元模型,计算了30种典型不锈钢材料的稳定系数曲线,采用修正正则化长细比概念对Perry公式及K&R公式进行改进,得到适用于常用不锈钢材料力学性能的轴心受压柱稳定系数表达式,并与国内外已有的试验数据进行对比,结果表明,此表达式具有较高的精度,可供我国不锈钢结构设计规程中轴心受压构件设计条文编制参考。

薄壁不锈钢圆管轴心受压构件试验研究

针对不锈钢构件的力学性能与普通碳素钢存在较大不同、国内相关研究较少且试验数据尚不充分等问题,对奥氏体304热轧、冷弯薄壁不锈钢圆管截面,共19根简支轴心受压长柱试件进行试验研究。通过拉伸试验、短柱和长柱轴压试验,获得了不锈钢材料拉伸、压缩性能及长柱轴压的力学性能,包括加载现象、破坏形态、极限荷载及初始缺陷等,并提出长柱轴压稳定系数建议公式。结果表明:不同径厚比的热轧退火不锈钢材料性能相近,而冷弯焊接不锈钢经冷弯强化后材料强度显著提高;Quach模型能够与我国奥氏体304热轧、冷弯不锈钢拉伸及压缩的应力-应变关系吻合;长柱构件初始缺陷应考虑整体缺陷和物理偏心的共同影响,并建议其取值为构件长度的1/2 000;所建议公式计算结果与试验吻合良好,精度高于采用国外规范方法计算的结果,可用于热轧、冷弯薄壁不锈钢圆管柱稳定系数的确定。