中空夹层钢套铝管混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究中空夹层钢套铝管混凝土短柱的轴压性能,通过改变参数的方法对8根构件开展了轴压试验,构件中空率为0.38、0.51、0.78,混凝土强度为普通混凝土C30、轻质混凝土C30,内铝合金管壁厚为5 mm和3 mm;依据中空夹层钢管混凝土短柱的轴压承载力公式,对约束效应系数进行修正,最终得出拟合性较好的中空夹层钢套铝管混凝土短柱轴压承载力计算公式。结果表明:构件的破坏形态为跨中部或端部发生鼓曲,其中外钢管向外鼓曲,核心混凝土被压碎,内铝合金管向内凹陷;中空率为0.78和0.51的构件较中空率为0.38的构件极限承载力分别提高29%、19%,普通混凝土构件的极限承载力相较于轻质混凝土构件提升60%;内管壁厚为5 mm的构件相较于内管壁厚为3 mm的构件承载力提高约2%;构件的承载力大小随着中空率的减小而增加,随着混凝土强度等级的增加而增加,随着内铝合金管壁厚的增加而增加。

中空超高性能混凝土短柱轴心受压试验研究

为研究不同壁厚的中空超高性能混凝土(UHPC)短柱在轴向压力下的变形和承载能力,制作4组不同壁厚的中空UHPC短柱试件,进行轴心受压试验,研究壁厚对试件裂缝发展、竖向变形、横向变形及承载力的影响。结果表明:初始裂缝均出现在荷载达到极限承载力的70%后,裂缝随荷载的增加发展不明显,破坏瞬间迅速开展;试件破坏前基本处于弹性阶段,纵向应变随荷载增加线性增大;壁厚较小时,试件存在端部破坏和板壁屈曲的现象;随着壁厚增大,试件的端部破坏和板壁屈曲情况得到改善;试件的宽厚比<5时,承载力试验值和计算值吻合较好,宽厚比≥5时,计算承载力时应考虑0.8的修正系数。

竖向荷载作用下钢筋混凝土斜柱—短肢剪力墙局部转换节点的试验研究

通过2个斜柱转换节点在竖向荷载下的静载试验,获得了空腹和实腹斜柱转换节点的受力机理。结果表明,空腹斜柱转换节点的转换梁在拉、弯、剪复杂受力下的破坏,导致了短肢剪力墙局压破坏的发生,并使其承载能力不能充分发挥,且整个节点的受力机制具有明显的桁架模型特征。实腹斜柱转换节点的传力机制和加腋的转换梁类似,但转换梁和剪力墙中应力分布更均匀,转换效果更好。

空心方钢管混凝土轴压力学性能的试验

通过对15个方钢管圆孔混凝土轴压短柱的试验研究,考察轴压短柱的承载力特性和破坏模式;基于外侧方钢管的横向变形的发展规律,探讨外围钢管对核心混凝土的套箍作用.试验表明,方钢管圆孔混凝土短柱的核心混凝土达到一定厚度时,圆孔混凝土在径向能形成较好的拱效应,可以有效地防止外壁钢管局部失稳破坏,使构件横向变形得到充分发展,提高轴向承载力.

薄壁方形钢管/竹胶板组合空芯短柱抗压测试

对带约束拉杆和不带约束拉杆2组各5个薄壁方形钢/竹胶板组合空芯短柱(SBCC)进行轴心抗压试验,考察SBCC受压破坏形态,重点分析横向约束拉杆对试件破坏特征荷载的影响.结果表明:不带约束拉杆试件以竹胶合板基体之间的开胶破坏为主,而带约束拉杆试件主要为柱端材料压折破坏.相对于不带约束拉杆试件,带约束拉杆试件的开裂破坏荷载提高约19.4%,平均极限承载荷载(平均极限压应力)提高约17.2%,轴向压缩变形和压应变均有提高.拉杆约束可抑制SBCC短柱的开胶失效,改变其极限破坏形式而提高其抗压能力.

高强方钢管-混凝土-圆钢管组合短柱轴压性能

为研究高强方钢管-混凝土-圆钢管(HSCS)组合短柱的轴压性能,以环混凝土轴心抗压强度(f ck)、外高强方钢管的抗拉强度、壁厚和宽度、内圆钢管的抗拉强度、壁厚和直径,以及试件的长细比和空心率等为控制参数,共设计27根试件。基于合理的材料本构模型、网格合理性分析和既有试验试件验证分析,确定该模型的预测精度,进而获得各个参数对足尺寸HSCS组合短柱轴压性能的影响规律。结果表明:随宽度、壁厚、内钢管抗拉强度、外钢管抗拉强度和混凝土抗压强度的增加,HSCS组合短柱的轴压承载力显著提高;随试件空心率增加,组合短柱的轴压承载力逐渐减小,建议空心率最佳取值为0.1~0.3。HSCS组合短柱轴压承载力计算表达式具有较高的预测精度,可满足工程实践需要。

空心钢管混凝土轴压短柱的有限元分析

在轴压试验结果的基础上,选择合理的材料本构关系模型,应用有限元软件ABAQUS对空心圆钢管混凝土短柱进行了有限元模拟,着重讨论了有限元模型的建立方法,并通过模拟结果与试验结果的对比验证了有限元模型的合理性。

圆钢管薄壁空心混凝土短柱轴压性能试验研究

进行12个圆钢管薄壁空心混凝土轴压短柱轴压承载力的试验研究,考察轴压承载力—变形特性以及破坏模式,分析了圆钢管轴向、环向变形的发展规律,试验研究表明当薄壁混凝土壁厚达到一定厚度后,圆钢管内的薄壁空心混凝土在环向形成较好的拱效应,能有效地阻止外侧钢管局部失稳。

低配筋UHPC中空短柱轴心受压力学性能

为研究低配筋UHPC中空短柱在轴心受压下的极限承载能力及其影响因素,以UHPC材料特性研究为基础,设计并制作18根不同壁厚、不同箍筋间距的低配筋UHPC中空短柱,开展轴心受压破坏试验研究及理论研究。采用控制变量法对比分析宽厚比、箍筋间距对低配筋UHPC中空短柱的极限荷载、破坏形态、轴向和横向变形的影响。研究结果表明:所有UHPC中空短柱在达到极限承载能力的70%之前,力学性能接近线弹性变化,侧向变形较小,在0.5 mm之内;随着变形的增大,试件出现微小裂缝并伴有钢纤维拔出声,细而密的裂缝显著增多,达到极限荷载时,试件均发出爆裂声;当设计宽厚比分别为5.67和3时,无箍筋UHPC空心短柱的极限承载力为理论计算值的70.88%和87.65%;随着箍筋间距加密,极限承载力有所提高,但加密至一定程度后,承载力不再增长,接近材料强度极限值;采用UHPC塑性损伤本构模型对构件进行数值模拟,分析结果与理论计算和试验结果符合较好,按照直接强度计算法得到的中空短柱极限荷载接近试验值,可供UHPC柱设计提供参考。

碳纤维复材布加固不锈钢圆管短柱轴心受压试验研究

为研究碳纤维复材(CFRP)布加固不锈钢圆管短柱轴心受压性能,对外贴CFRP布加固不锈钢圆管短柱进行轴心受压试验。试验共制作了20根构件,4根未粘贴CFRP布的控制试件,8根环向外贴CFRP布的加固试件和8根正交(环向和纵向)外贴CFRP布加固试件。试件破坏形式主要分为两种:第一种是试件底部产生“象足式”屈曲破坏,第二种是外贴CFRP布加固(环向和纵向)后的试件在中间高度处产生向内局部屈曲变形;同时,在粘贴层数相同的情况下,环向粘贴效果优于正交粘贴效果;在相同的粘贴方式下,粘贴层数越多加固效果越好;纵向碳纤维布的存在反而会降低试件的极限承载能力,但可以略微提高试件的轴向刚度;并且在壁厚一定的情况下,直径越大的不锈钢圆管在CFRP布加固后增强效果越明显。

外贴CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压性能研究

通过对环向外贴碳纤维布(CFRP)加固不锈钢和普通钢方管短柱的轴压试验和数值模拟研究基轴压性能。结果表明,不锈钢和普通钢方管未加固短柱和加固试件的轴压破坏模式均为对称局部屈曲;CFRP布加固试件的轴压承载力与未加固试件相比均有明显提升,对于相同宽厚比的试件,4层环向加固的效果优于2层环向加固的;随着截面宽厚比的增加,试件的承载力提高百分比随之增加。同时,采用精细化有限元分析模型研究了不同宽厚比试件环向外贴CFRP布加固后的承载力;最后,基于受压薄壁截面的有效截面概念,提出了环向CFRP约束方管有效截面的假设,推导了环向CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压承载力的计算方法,并与本文试验结果、文献数据和有限元拓展参数模拟结果对比,验证了所提计算方法的有效性和适用性。