带肋薄壁方钢管混凝土轴压短柱设计探讨

薄壁方钢管混凝土能取得较好的经济效果,适宜在结构中用作柱构件。但薄壁钢管在荷载较大时易发生局部屈曲,且降低对混凝土的约束。研究表明,在钢管纵向设置加劲肋可有效延缓管壁局部屈曲,改善构件工作性能。针对该新型方钢管混凝土轴压短柱,探讨子板件最大宽厚比及加劲肋的最小刚度确定方法。最后利用国内外常用的钢管混凝土设计规范对已有充分加劲的试验构件进行承载力计算,通过分析比较确定这些规范计算公式的适用性,供工程实践参考。

设纵肋CFRST轴压柱屈曲性能解析分析与加劲肋设计

钢管宽厚比是限制矩形钢管混凝土构件截面设计的主要因素,为增加钢管宽厚比限值,延缓管壁局部屈曲,可在管壁上设置纵向加劲肋.加劲肋的肋数及尺寸显著影响钢管的承载力及管内混凝土的整体性能.论文建立设纵肋矩形钢管混凝土轴压柱的屈曲分析模型,将问题转化为求解均布荷载作用下加载边和非加载板均为固支边界的设纵肋薄板的屈曲荷载,采用能量法推导出构件屈曲荷载及屈曲系数的解析表达式.根据被加劲板的屈曲模式,提出采用最小加劲刚度比进行矩形钢管混凝土轴压构件加劲肋的设计,并给出相应的计算公式,为加劲肋的肋数、截面尺寸及材料性能设计提供指导.

带肋方钢管混凝土轴压短柱承载力有限元分析研究

为解决钢管混凝土的脱空现象,提高钢管混凝土短柱的承载能力,设计了两种不同截面形式(单肋、双肋)的带肋钢管混凝土短柱.借助于有限元程序模拟了钢板厚度为4mm、6mm、8mm的3组试件的轴压过程,通过比对结果数据发现:带肋钢管混凝土的承载能力比无肋钢管混凝土短柱在承载能力方面有明显提高;同种壁厚条件下单肋截面在极限承载力提高程度最佳;壁厚在6mm时单肋截面承载力提高最大.

中空夹层薄壁钢管混凝土短柱轴压性能研究

进行了9个轴压短柱的试验研究,考察空心率和径厚比对方套圆中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验发现中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱具有较好的延性和较高的承载力。接着对中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱进行了数值模拟,数值模拟结果与实测结果吻合良好。机理分析表明:外钢管的约束效果主要集中在角部,纵向加劲肋可很好地提高外钢管的承载力。参数分析表明中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱的承载力随着钢管屈服强度、混凝土强度或径厚比的增大而增大;构件的延性随着空心率的增大而增大。最终建议了中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱承载力的简化计算公式。

复式薄壁方钢管混凝土柱的偏压力学性能研究

进行了9根带纵向加劲肋的复式薄壁方钢管混凝土柱的偏压试验.试验结果表明构件的承载力随着偏心距和长细比的增大而下降,但随着核心混凝土强度的提高而提高.基于充分验证的有限元模型,研究复式薄壁方钢管混凝土偏压柱的工作机理,并进行大量的参数分析.研究表明:外钢管的约束主要集中在角部,混凝土承担了大部分荷载,填充核心混凝土可改善组合构件的延性.钢材屈服强度、内钢管混凝土含钢率和径宽比越大,相对轴力-相对弯矩相关曲线的平衡点的横、纵坐标越小;但是随着混凝土强度的增大,相关曲线的平衡点的横、纵坐标均有增大的趋势;随着长细比的增大,轴力-弯矩相关曲线趋近于直线.最终建议了复式薄壁方钢管混凝土偏压柱的承载力简化计算式.

带肋方钢管混凝土桥墩的经济效果分析

计算比较了钢筋混凝土、方钢管混凝土和带肋方钢管混凝土柱的工程造价,结果表明:带肋方钢管混凝土柱比方钢管混凝土柱节省了约42%左右的钢材费用,降低了35%的工程造价;虽然带肋方钢管混凝土柱的工程造价比钢筋混凝土柱高出了47%,但带肋方钢管混凝土柱的施工方便,且可以缩短一半以上的施工工期;在桥墩中采用带肋方钢管混凝土,不仅使墩身具有较大的强度和刚度,而且使桥墩结构轻巧美观,因而综合经济效果良好。

设纵肋钢箱混凝土轴压短柱试验研究

为研究钢箱内填混凝土、含钢率以及钢箱内纵向加劲肋是否开孔等对钢箱混凝土轴压短柱力学性能的影响,进行了3个钢箱混凝土和1个钢箱轴压短柱的模型试验。试验结果表明:钢箱内填混凝土可有效提高试件的轴压刚度和承载力;纵肋可充分参与构件整体受力,其中纵肋开孔试件变形能力更强,延性更好。与设纵肋薄壁钢管混凝土短柱现有试验数据对比表明:随含钢率的提高,混凝土强度提高系数有所增大。建议设纵肋钢箱混凝土轴压短柱承载力可按叠加原理进行计算,其中钢箱截面积可计入纵肋的面积。

带肋薄壁和普通方钢管混凝土柱的经济性比较

分别考虑截面尺寸相同、混凝土强度不同以及材料强度相同、截面尺寸不同两种设计方案.根据当前福建省材料市场供应和加工价格,分别计算了在轴压和偏压典型工况条件下的带肋薄壁方钢管混凝土柱与普通方钢管混凝土柱的造价,并进行了比较.结果表明:在截面尺寸相同的条件下,带肋薄壁方钢管混凝土的工程造价可比普通方钢管混凝土的减少约25%;而在材料强度相同的情况下,工程造价可减少10%左右.

带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱滞回性能研究

对3根带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱进行滞回试验,主要参数为轴压比。试验结果表明:纵向加劲肋有效延缓了钢管壁局部屈曲的发生;其滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;随着轴压比的增大,柱承载力略有增大,而延性、耗能能力则明显减小;当横向位移大于6倍的屈服位移时,大轴压比的刚度退化速度最快。建立了该类试件的有限元模型,对比可得有限元模拟结果与试验结果吻合较好。基于有限元模型对该类构件开展机理分析和参数分析。结果表明:在带肋冷弯薄壁方钢管的约束下,核心混凝土的强度得到了较大提高;钢管局部屈曲发生在峰值荷载后,局部屈曲只发生在纵向加劲肋和钢管角部间;材料强度、轴压比、钢管宽厚比和长细比等参数对该类构件的承载力有较大影响;混凝土强度、轴压比和长细比对荷载-位移骨架曲线形状有较大影响。基于参数分析建议了该类构件的简化滞回模型,简化计算结果和有限元计算结果吻合较好。

加肋方钢管混凝土轴压短柱局部屈曲分析

为从理论上分析加肋方钢管混凝土轴压短柱管壁屈曲模态和相应的屈曲应力,应用能量法分别推导"单波""双波"两种屈曲模态下加肋壁板的局部屈曲临界应力,分析加劲肋刚度对加肋壁板屈曲模态的影响,讨论加劲壁板宽厚比限值。结果表明:加肋方钢管短柱管壁的屈曲模态主要与加劲肋刚度比及面积比有关,当加劲肋面积比一定时,随加劲肋刚度比的增大,加肋管壁的屈曲模态由"单波"转变为"双波",两种屈曲模态存在界限刚度比;加劲肋刚度比超过界限刚度比时,加肋管壁的局部屈曲系数为一常数,建议在设计加劲肋截面时,从经济方面考虑,应取加劲肋刚度比为界限刚度比。