圆钢管RPC短柱轴心受压极限承载力分析

为了研究钢管活性粉末混凝土(钢管RPC)柱轴心受压力学特性,采用全截面受压方法进行了圆钢管RPC短柱轴心受压试验,测试了其在荷载作用下的变形、应变情况.试验结果表明,在荷载达到极限承载力时,钢管PRC短柱的变形主要处于弹性阶段,当承载力下降到极限承载力的80%～90%后趋于平缓,在总结相关试验资料的基础上,参照CECS 104:99中钢管高强混凝土极限承载力公式,提出了钢管RPC短柱的极限承载力计算经验公式.为了便于工程应用,把公式中的混凝土强度及其对应的系数α进行了扩展,采用扩展后的系数α对试验数据重新进行了计算,计算结果与试验数据符合良好,能满足工程应用.

钢管活性粉末混凝土界面粘结强度计算方法研究

为研究钢管活性粉末混凝土(RPC)的粘结滑移机理,对10个钢管约束RPC试件进行单轴推出试验,分析了试件的破坏特征、荷载-滑移曲线和钢管应变,探讨了长径比、径厚比以及RPC强度的影响规律,结果表明:套箍系数较小时,荷载-滑移曲线有明显的下降段,较大时未出现下降;粘结强度总体随径厚比的减小和长径比的增大而提高,RPC强度的影响不明显;当粘结应力达到粘结强度时,钢管的横向变形系数超过泊松比,其约束作用开始发挥。在此基础上,建立了钢管内压力与粘结应力的关系,并通过试验数据回归提出了钢管约束RPC粘结强度计算模型,公式计算与试验结果符合较好。

钢管活性粉末混凝土界面粘结强度试验研究

参照传统钢管混凝土粘结强度的设计理论与试验方法,设计2组钢管活性粉末混凝土(ReactivePowder Concrete,RPC)柱试件,进行钢管与RPC之间界面粘结强度试验研究。考虑施工条件以及工程造价等因素,对RPC配合比和试件养护条件进行了优化。通过试件的反复推出试验,得到钢管RPC柱的荷载-滑移曲线。试验研究结果表明,钢管RPC试件的第1次轴心推出试验曲线与普通钢管混凝土试件的轴心推出试验曲线有相似的规律,而其反复轴心推出试验曲线与普通钢管混凝土试件的反复轴心推出试验曲线的规律有差异,而且钢管RPC试件的奇数次轴心推出试验曲线与偶数次轴心推回试验曲线没有对称性;采用蔡绍怀提出的粘结强度计算公式计算得到的钢管RPC粘结强度与试验得到的结果相近;自然养护条件下RPC的立方体强度约为蒸汽养护条件下的88%,自然养护条件下钢管RPC的粘结强度低于蒸汽养护条件下钢管RPC的粘结强度。

加载方式对钢管活性粉末混凝土短柱抗压性能影响的研究

钢管活性粉末混凝土的超高强度能有效减小构件的截面尺寸,减轻结构自重,在高层建筑和桥梁建设中都有良好的应用前景。考虑实际工程中钢管活性粉末混凝土结构可能出现的其中2种加载方式——全截面加载及核心混凝土加载,进行不同加载方式对钢管活性粉末混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究。试验结果表明,2种加载方式下试件的应力发展过程不一样,但极限状态时钢管切向应力均接近钢材的屈服强度,纵向应力均接近0,试件的极限承载力相差不大,但套箍作用和刚度有一定的差异。讨论2种不同加载方式作用下试件的破坏机理、极限承载力公式及荷载变形情况。利用有限元软件ABAQUS建模分析并与试验结果进行对比。

钢管活性粉末混凝土柱界面黏结性能研究

为了研究钢管与活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)之间的界面黏结性能,对两组钢管RPC柱进行轴心推出试验。建立钢管RPC柱的非线性有限元模型,通过合理选用钢管、混凝土、接触单元及其参数,并与文献[14]中钢管混凝土轴心推出试验的试验数据进行对比,验证了有限元模型的有效性,进而对钢管RPC柱的界面黏结承载力进行计算。试验结果表明,钢管RPC柱的黏结荷载-滑移曲线以及黏结破坏荷载规律与普通钢管混凝土轴心推出试验规律相似。有限元分析结果与试验结果符合较好,该有限元模型可以用于钢管RPC柱的界面黏结承载力计算。

基于ABAQUS的钢管活性粉末混凝土短柱轴压受力性能研究

基于ABAQUS工作平台,建立已完成的钢管活性粉末混凝土(RPC)短柱试验试件的有限元模型,对其轴压荷载作用下的受力性能进行分析,将数值计算所得破坏形态、荷载-应变曲线、极限承载力与试验结果进行对比,两者吻合较好。基于此,进一步对钢管和RPC应力-应变曲线进行分析,探讨钢材强度、含钢率和RPC强度对柱轴压性能的影响。结果表明:随着钢材强度和含钢率增加,短柱的极限承载力和残余承载力提高,延性性能改善;RPC强度增加时,试件的极限承载力提高而残余承载力变化不大。最后,根据极限平衡理论建立短柱轴压承载力计算公式,其在0.18<ξ<2.62范围内适用性较好,可为工程设计提供参考。

高温后钢管活性粉末混凝土的动态力学性能

采用霍普金森压杆装置对高温后钢管活性粉末混凝土(reactive powder concrete-filled steel tube,RPC-FST)进行冲击压缩实验,分析了应变率效应及温度效应对试件动态力学性能的影响。结果表明:高温(200、300℃)后RPC-FST仍具有较好的抗冲击能力、延性和完整性;冲击荷载作用下,RPC-FST的应变率效应明显弱于RPC的应变率效应;随着过火温度的提高,RPC-FST的峰值应力逐渐增大,变形能力增强,抗冲击能力提高。动力提高系数随过火温度的提高而增大,说明高温后RPC-FST的应变率效应更显著。

钢管活性粉末混凝土拱桥计算分析

以一座跨度为71.5m的高速铁路钢管混凝土拱桥为参考,设计一座钢管活性粉末混凝土(RPC)拱桥。借鉴已有钢管RPC的轴压承载力的计算方法,从截面尺寸、材料用量、结构刚度和结构动力特性等方面与原设计进行分析对比。分析结果表明,在不降低结构正常使用性能的前提下,主拱截面的几何尺寸减小,能有效减少材料的用量,降低主拱圈的自重,使主拱圈在自重作用下的内力降低,设计荷载也随之降低。通过ANSYS程序建立拱桥的有限元分析模型,对其变形性能和动力性能进行计算对比。分析结果表明,由于拱肋截面减小,结构刚度和自振频率有所降低,但是都能够满足工程需要。

钢管活性粉末混凝土受压长柱动力稳定性研究

根据弹性体系动力稳定理论,基于Hamilton原理建立了钢管RPC柱在轴向周期荷载作用下的动力偏微分方程.通过分析柱长径比、动力荷载恒荷分量、RPC弹性模量等参数对轴心受压柱动力稳定性的影响,探讨了钢管RPC长柱发生参数振动时的动力稳定性,并求解得到了不同杆端约束下柱的动力稳定参数,为钢管RPC受压长柱的动力分析与工程设计提供依据.

钢管RPC短柱偏心受压受力性能试验研究

本文进行12根钢管RPC短柱偏心受压的试验,测试采集了各级荷载下试件侧向挠度、纵向应变和极限荷载等实验数据,观察描述了圆钢管RPC短柱偏心受压在加载过程中的外形变化和破坏特征,分析了钢管RPC短柱偏心受压荷载-挠度曲线的特点及其整体工作全过程。

钢管约束活性粉末混凝土短柱承载力计算研究

活性粉末混凝土(RPC)具有超高强度但脆性较大,钢管约束可显著提高RPC的延性。采用全截面加载、仅对核心混凝土加载两种方式,对20根外径133mm的圆钢管约束RPC短柱开展轴心受压性能试验。分析了试件的破坏过程和特征、荷载-位移曲线和轴压承载力;探讨了加载方式、钢管径厚比和RPC强度对轴压性能的影响规律。结果表明:套箍系数大于0.9时,试件发生鼓曲破坏,其余则为剪切破坏;钢管厚度为4.5mm、6mm时,荷载-位移曲线会出现明显的下降段,钢管厚度为8mm、10mm时,曲线则平稳或者继续上升;试件整体轴压承载力大于钢、混凝土两种材料承载力的简单叠加,两种加载方式下的提高幅度分别为12%、24%。在试验基础上分析了钢管约束RPC短柱的工作机制和受力模型,结合双剪统一强度理论建立了短柱在两种加载方式下的轴压承载力计算方法,公式计算与试验结果的误差小于10%,适用性较好。

方钢管活性粉末混凝土柱地震损伤模型研究

为研究方钢管活性粉末混凝土(RPC)柱在水平低周往复荷载作用下的抗震性能和地震损伤模型,利用ABAQUS有限元软件建立了125根不同参数(含钢率、轴压比及长细比)的方钢管RPC柱模型,对其滞回曲线、骨架曲线、延性及耗能能力进行分析。参考Park损伤模型和付国有效耗能假设,提出一种基于变形和有效累积滞回耗能的双参数损伤模型,非线性拟合得到损伤参数α=0.851和β=-0.508。研究结果表明:滞回曲线的形状规则且饱满,说明方钢管RPC柱具有良好的变形能力和耗能能力,有限元分析结果与试验结果吻合较好,验证了方钢管RPC柱模型建立的正确性;将方钢管RPC柱试件的变形和有效累积滞回耗能结果代入损伤模型计算的试件损伤变量D值均接近于1,试件最终破坏形态及其损伤变量D值与损伤评估中《建(构)筑物地震破坏等级划分》(GB/T 24335—2009)规定的地震破坏等级中的破坏现象及其所对应的损伤变量D值基本一致,说明该损伤模型能较好地反映方钢管RPC柱的地震损伤状态。

钢管RPC长柱轴压受力性能试验研究

本文进行12根钢管RPC长柱轴压的试验,测试采集了各级荷载下试件侧向挠度、纵向应变和极限荷载等实验数据,观察描述了圆钢管RPC长柱轴压在加载过程中的外形变化和破坏特征,初步探讨了钢管RPC长柱轴压的荷载-变形全过程分析,为以后的进一步研究提供参考。

RPC-CFST组合柱轴压性能试验研究

为研究活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)-钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)组合柱的轴压力学性能,以RPC厚度、长细比为参数,进行了5根RPC-CFST组合柱的轴压试验,分析其受力机理、破坏形态、套箍效应和承载力算法等。试验结果表明:不同参数的RPC-CFST组合柱破坏过程和破坏形态较为接近,随着RPC厚度的增加,外部RPC对CFST的紧箍效应更迟出现,组合柱的极限承载力有小幅度提升;随着长细比的增大,外部RPC对CFST的紧箍效应越早出现,组合柱的弹性刚度和极限承载力逐渐降低。借助ABAQUS有限元软件,建立了经试验验证的RPC-CFST组合柱有限元模型,并对径厚比、RPC强度、含钢率、混凝土强度、套箍系数等参数进行分析。在试验研究和有限元参数分析的基础上,借鉴钢管混凝土结构技术规范和规程,提出了RPC-CFST组合柱轴压承载力计算公式,公式计算值与试验值吻合良好。

混凝土结构发展阶段和我国巨大的建设成就

混凝土结构发展极为迅速 ,其尺度不断增大 ,应用范围日益拓宽。从地上、地下、乃至海洋的工程结构 ,也大多采用混凝土建造。改革开放后我国在混凝土结构建设方面尤其取得巨大的成就 ,创造了诸多亚洲和世界纪录。本文将对混凝土结构发展现阶段的特征作些简述 ,并举例说明各种结构的建设成就 ,特别是我国的新成就。最后在此基础上 。

圆钢管RPC的材料本构关系的探讨

基于试验研究与有限元分析,并参考超高强混凝土的本构关系,对RPC单轴应力—应变关系的下降段进行了假设,将模拟分析与试验结果进行了对比,验证了RPC单轴应力应变关系的可靠性。

超高性能混凝土RPC的抗冲击压缩特性

利用分离式Hopkinson压杆试验装置,完成了超高性能混凝土RPC及其在钢管约束情况下的冲击压缩性能试验,比较了RPC材料在无约束和有约束2种受力状态下的变形和破坏特点,分析了RPC材料与C60自密实混凝土材料的应变速率效应的差异,给出了RPC材料与C60自密实混凝土的冲击破坏阈值。结果表明:在达到冲击破坏阈值的冲击荷载作用下,RPC材料呈现脆性破坏形态,对RPC侧向施加钢管约束可大大改善其抗冲击性能;RPC材料具有一定的应变速率效应,但RPC材料强度随加载速率提高的幅度比普通高强混凝土C60的要小,并且随着RPC材料强度等级提高应变速率效应逐渐减小。

高温后钢管RPC动态本构模型及SHPB试验验证

为了研究防护工程中钢管活性粉末混凝土（RPC）构件的抗冲击及抗火（高温）性能,采用74mm分离式霍普金森压杆（SHPB）试验装置对27块20~300℃加热后的钢管RPC进行了不同应变率的冲击压缩试验,得到了高温后钢管RPC的动态应力-应变曲线和破坏形态。利用ANSYS软件数值模拟了高温后钢管RPC截面温度场分布,建立了高温后钢管RPC动态本构模型。结果表明,300℃高温后的钢管RPC仍具有较高的强度,较好的延性和整体性。本试验条件下,钢管RPC峰值应力和峰值应变随过火温度提高而增大。随着过火温度的提高,钢管RPC峰值应力的应变率效应有所增大,而峰值应变的应变率效应略有减弱。理论方法可以较准确地预测常温条件下钢管RPC的峰值应力和峰值应变。高温后钢管RPC动态应力-应变曲线上升段的理论曲线与试验结果吻合良好,但由于高频振荡和变形滞后的影响,曲线下降段会有一定差别。

钢管RPC轴压短柱的有限元分析

在建立钢管超高强混凝土有限元模型的基础上,通过对22根圆钢管RPC轴压短柱进行模拟分析,并与试验结果作对比。

轴压作用下CFRP约束钢管-活性粉末混凝土短柱承载力计算模型

通过碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束钢管-活性粉末混凝土(CFRP约束钢管-RPC)和钢管-RPC轴压短柱破坏过程的异同比较,探讨了CFRP套箍系数和钢管套箍系数对CFRP约束钢管-RPC和钢管-RPC的影响及内在联系,为CFRP约束钢管-RPC短柱承载力的理论分析奠定了基础。基于双剪强度理论,提出了简易的计算模型,基于叠加理论,通过分析核心RPC、钢管和CFRP的应力-应变方程,推导得出了CFRP约束钢管-RPC轴压短柱的理论计算模型,将两类计算模型结果分别与试验实测值相比较,验证了理论式的可取性。