Damage assessment for seismic response of recycled concrete filled steel tube columns

A model for evaluating structural damage of recycled aggregate concrete filled steel tube （RCFST） columns under seismic effects is proposed in this paper. The proposed model takes the lateral deformation and the effect of repeated cyclic loading into account. Available test results were collected and utilized to calibrate the parameters of the proposed model. A seismic test for six RCFST columns was also performed to validate the proposed damage assessment model. The main test parameters were the recycled coarse aggregate （RCA） replacement percentage and the bond-slip property. The test results indicated that the seismic performance of the RCFST member depends on the RCA contents and their damage index increases as the RCA replacement percentage increases. It is also indicated that the damage degree of RCFST changes with the variation of the RCA replacement percentage. Finally, comparisons between the RCA contents, lateral deformation ratio and damage degree were implemented. It is suggested that an improvement procedure should be implemented in order to compensate for the performance difference between the RCFST and normal concrete filled steel tubes （CFST）.

Seismic performance of recycled concrete-filled square steel tube columns

An experimental study on the seismic performance of recycled concrete-filled square steel tube （RCFST） columns is carried out. Six specimens were designed and tested under constant axial compression and cyclic lateral loading. Two parameters, replacement percentage of recycled coarse aggregate （RCA） and axial compression level, were considered in the test. Based on the experimental data, the hysteretic loops, skeleton curves, ductility, energy dissipation capacity and stiffness degradation of RCFST columns were analyzed. The test results indicate that the failure modes of RCFST columns are the local buckling of the steel tube at the bottom of the columns, and the hysteretic loops are full and their shapes are similar to normal CFST columns. Furthermore, the ductility coefficient of all specimens are close to 3.0, and the equivalent viscous damping coefficient corresponding to the ultimate lateral load ranges from 0.323 to 0.360, which demonstrates that RCFST columns exhibit remarkable seismic performance.

Experimental Behavior of Recycled Aggregate Concrete Filled Steel Tubular Columns

During the modernization or rehabilitation activity,the demolished structural waste causes large soil pollution and unavailability of natural aggregate is the big concern for the construction industry.Therefore,this manuscript deals with the Composite Steel Circular Column(CSCC)with Recycled Aggregate concrete(RAC)as infill is partly used,with the replacement of 25%and 50%in M30 grade of Concrete.And internal reinforcement steel is fully replaced by rolled steel tubes(circular and square)with varied thickness,ISA-unequal angle.Around 14 specimens are cast and examined under axial load for analysis of the deflection characteristics,the load-bearing capacity along with its buckling behavior.The experimental values are estimated through LVDT(linear variable differential transducer)at 3-phase.The curve of load-deflection is drawn with the load pattern.From the date interpretation,it is found column made of 50%-RAC has more than 25%-RAC.

Behaviors of recycled aggregate concrete-filled steel tubular columns under eccentric loadings

The paper investigates the behaviors of recycled aggregate concrete-filled steel tubular(RACFST)columns under eccentric loadings with the incorporation of expansive agents.A total of 16 RACFST columns were tested in this study.The main parameters varied in this study are recycled coarse aggregate replacement percentages(0%,30%,50%,70%,and 100%),expansive agent dosages(0%,8%,and 15%)and an eccentric distance of compressive load from the center of the column(0 and 40 mm).Experimental results showed that the ultimate stresses of RACFST columns decreased with increasing recycled coarse aggregate replacement percentages but appropriate expansive agent dosages can reduce the decrement;the incorporation of expansive agent decreased the ultimate stresses of RACFST columns but an appropriate dosage can increase the deformation ability.The recycled coarse aggregate replacement percentages have limited influence on the ultimate stresses of the RACFST columns and has more effect than that of the normal aggregate concretesteel tubular columns.

Stress-strain relationship of recycled self-compacting concrete filled steel tubular column subjected to eccentric compression

As a typical compression member,the concrete-filled steel tube has been widely used in civil engineering structures.However,little research on recycled self-compacting concrete flled circular steel tubular(RSCCFCST)columns subjected to eccentric load was reported.In this study,21 specimens were designed and experimental studies on the stress-strain relationship of were carried out to study the mechanical behaviors.Recycled coarse aggregate replacement ratio,concrete strength grade,length to diameter ratio and eccentric distance of specimens were considered as the main experimental parameters to carry out eccentric compression tests.The corresponding stress-strain relationship curves were used to analyze the influence of concerned parameters on ecentric load-bearing capacity of RSCCFCST columns.The experimental results show that the strain of the eccentric compression stress-strain curves increase with the increase of recycled coarse aggregate replacement ratio and concrete strength grade.With increase of eccentric distance,the ductility of specimens increases while the bearing capacity decreases.Moreover,a phenomenological model of RSCCFCST columns is proposed,which exhibits versatile ability to capture the process during loading.The present study is expected to further understanding the behaviors and to provide guidance of RSCCFCST columns in design and engineering applications.

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱恢复力模型研究

为建立圆钢管型钢再生混凝土组合柱的恢复力模型,对11根圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验研究,考虑了再生骨料取代率、配钢率及钢管径厚比等不同设计参数的影响,分析了组合柱的地震破坏形态及滞回性能。基于组合柱的力学特征及曲线形状,提出了圆钢管型钢再生混凝土组合柱骨架曲线的三折线参数模型,采用理论推导与数据拟合的方法确定了组合柱骨架曲线的模型参数。在此基础上,给出了组合柱的滞回规则和卸载规律,构建了组合柱的恢复力模型,计算滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好,表明该恢复力模型较好地反映了反复荷载下组合柱的受力特征点及滞回性能,可为此类组合柱的推广提供技术参考。

圆钢管型钢再生混凝土组合柱滞回性能非线性有限元分析

基于圆钢管型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验研究,采用OpenSees软件对该组合柱进行了滞回性能数值分析,获取了组合柱的滞回曲线及抗震性能指标,并与试验结果进行了比较,验证了组合柱数值模型的合理性。在此基础上,对组合柱的滞回性能开展了参数影响分析。结果表明:再生骨料取代率从0增大到100%,组合柱的峰值荷载下降了7.78%,延性略有降低;提高再生混凝土强度、型钢强度及圆钢管强度,对于提升组合柱的承载力及刚度是有利的,但却使组合柱的脆性增大;随着轴压比的增大,组合柱的承载力呈现先上升后下降的趋势,而延性逐渐变差;型钢配钢率从5.54%增至9.99%,组合柱的峰值荷载提高了24.34%,但对于改善组合柱的延性不明显;增大钢管壁厚对组合柱的承载力和延性均是有利的。

圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法研究

通过对11个圆钢管型钢再生混凝土组合柱进行低周反复荷载试验,分析再生粗骨料取代率、型钢截面形式、轴压比、型钢配钢率及圆钢管壁厚参数对组合柱水平承载力的影响规律;观察了组合柱的破坏形态及特征,研究了圆钢管、型钢翼缘及腹板应变的发展规律,分析了组合柱的地震破坏特征。研究表明,在水平地震作用下组合柱发生典型的压弯塑性铰破坏。在此基础上,结合现有规范提出了基于叠加原理的圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法。计算结果表明,其水平承载力计算值与试验值吻合度较好,能较为准确地预测组合柱的水平承载力。

反复荷载下方钢管型钢再生混凝土组合柱抗震性能试验研究

为研究方钢管型钢再生混凝土组合柱的抗震性能,通过对9个组合柱试件进行低周反复荷载试验,对其地震破坏特征进行分析,并详细探究再生粗骨料取代率、型钢配钢率、方钢管宽厚比和轴压比等影响参数对组合柱承载力、延性及耗能能力等抗震性能指标的影响。研究结果表明:在反复水平荷载作用下组合柱呈现典型的压弯塑性铰破坏模式。组合柱的荷载-位移滞回曲线呈饱满“纺梭形”,具有较好的耗能能力。再生粗骨料取代率对组合柱的承载力的影响较小,随着再生粗骨料取代率的增加,组合柱的延性和耗能能力逐渐下降,延性和耗能能力最大分别下降7.83%和7.6%,组合柱试件承载力先升高后下降,承载力最大变化幅值为1.98%,影响幅值较小。随着方钢管宽厚比的减小或型钢配钢率的提高,组合柱的承载力和延性均得到提高,宽厚比从100降至33,承载力提高了57.44%,而型钢配钢率从4.2%增长至6.3%,承载力和延性则分别提高了21.45%和20.44%,说明方钢管宽厚比和型钢配钢率对组合柱抗震性能影响较大。另外,增大轴压比对组合柱试件的抗震性能不利,随着轴压比的增大,组合柱的滞回曲线饱满度下降,延性降低,轴压比从0.2提高到0.6,延性降低了11.11%。研究结论可为方钢管型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供参考。

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱耗能能力及延性分析

对11个圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验,观察了组合柱的破坏形态及特征,获取了组合柱的滞回曲线、等效粘滞阻尼系数、延性系数及侧向位移角等性能指标,分析了再生粗骨料取代率、型钢截面形式、轴压比、型钢配钢率和圆钢管径厚比等参数对组合柱耗能能力及延性的影响规律。结果表明:反复荷载作用下组合柱呈压弯塑性铰破坏模式;组合柱的荷载-位移滞回曲线饱满呈纺梭形,屈服位移后的等效粘滞阻尼系数在0.30~0.48之间,平均位移延性系数大于3.0,极限侧向位移角介于1/30~1/20之间且均大于规范限值1/50,组合柱表现出良好的耗能能力和延性。此外,组合柱的耗能能力和延性受再生粗骨料取代率的影响较大,全再生混凝土较普通混凝土耗能能力下降14.5%;增加钢管壁厚或型钢配钢率有利于提升组合柱的耗能能力和延性,而增大轴压比则对组合柱的延性和变形不利;内置型钢采用箱型截面时,组合柱耗能及延性最优,与工字型钢相比,采用箱型截面型钢的组合柱耗能能力和延性分别提升了23.5%和51.9%。

圆钢管砖骨料地聚物再生混凝土柱滞回性能试验研究

为探究废弃黏土砖再利用的可行性,对6根圆钢管砖骨料地聚物再生混凝土柱的滞回性能进行了系列试验研究。以不同钢管厚度(4、6 mm)、砖骨料取代率(0%、50%、100%)、轴压比(0.05、0.25、0.50)为参数,得到了试件在往复荷载作下的失效模态、骨架曲线和滞回曲线,并对构件的刚度退化、滞回性能、峰值承载力、延性、承载力退化和耗能能力等抗震性能指标的变化规律分析。结果表明:试件的失效模式表现为底部发生鼓曲、开裂,出现塑性铰的区域核心混凝土破碎,与普通钢管混凝土相似;砖骨料取代率和轴压比的增加会降低试件的承载力,钢管厚度的增加会提高试件的承载力。试件的滞回曲线饱满,表现出不明显的捏缩,表明耗能能力较好;轴压比的增加导致试件的变形能力降低,加快了刚度和承载力的退化速度,增长钢管厚度可以提高试件的变形能力;砖骨料取代率对试件刚度退化、延性、承载能力和耗能能力的影响有限。

方钢管砖混再生骨料混凝土短柱轴压性能有限元研究

目的 研究方钢管砖混再生骨料混凝土短柱的力学性能,推动建筑固废资源化利用。方法 利用ABAQUS软件建立方钢管砖混再生骨料混凝土短柱模型,将模拟结果与试验结果进行对比,验证了模型的正确性。然后分析砖混骨料取代率、倒角率、钢管屈服强度及厚度对短柱轴压力学性能的影响。结果 砖混骨料取代率小于50%时,极限承载力降低幅度在10%以内;当倒角率提高至0.16时,极限承载力有小幅度提升;试件的极限承载力随着钢管的厚度及屈服强度的增大而提高。结论 砖混骨料取代率较小时对试件承载能力影响较小,外包钢管的强度与厚度对试件承载能力有较大影响。对于方柱,适当提高倒角率可以使钢管更好约束混凝土,提高试件承载能力,但倒角率过大时截面面积有较大削弱,承载能力降低。

钢管预置集料混凝土中长柱受压性能试验

为了探究钢管预置集料混凝土中长柱受压性能,首先,考虑混凝土类型、混凝土强度、径厚比、长径比和偏心率等参数影响,设计了11根钢管预置集料混凝土中长柱和3根普通钢管混凝土中长柱;其次,通过轴压和偏压试验,并结合有限元分析法,研究了试件破坏形态、承载力、变形特征等变化规律;最后,基于极限平衡理论,提出了适用于钢管预置集料混凝土中长柱轴压与偏压承载力计算公式。研究结果表明:钢管预置集料混凝土中长柱破坏形态与普通钢管混凝土中长柱的破坏形态相似,均为弯曲失稳破坏;钢管预置集料混凝土中长柱承载能力与普通钢管混凝土中长柱承载能力相当,但钢管预置集料混凝土试件轴向刚度是普通钢管混凝土试件轴向刚度的1.2倍左右,表现出良好的抗变形能力;钢管预置集料混凝土中长柱径厚比由39.75降低至19.88,承载能力提高33.8%;长径比由6增大至15时,承载能力降低20.5%;偏心率由0.25增大至1.0时,承载力降低49.5%;钢管预置集料混凝土中长柱稳定系数受混凝土强度和径厚比影响较小,但随着长径比和偏心率增大而近乎呈线性降低趋势。本文提出的承载力计算公式可为钢管预置集料混凝土中长柱设计提供参考。

圆形截面钢管混凝土受弯构件塑性发展系数的双因素计算模型研究

为了综合考虑截面几何和材料特性对圆形截面钢管混凝土(CFST)受弯构件抗弯强度的影响,选择截面厚径比和材料强度比作为自变量,研究建立了圆CFST受弯构件截面塑性发展系数的二元函数计算表达,并建立了截面抗弯强度计算模型。首先在确定厚径比和强度比取值范围的基础上,设计1 656个圆CFST受弯构件的数值模型,利用纤维模型法计算确定每个构件的截面抗弯强度和塑性发展系数。然后选择截面钢管壁厚与外径之比、钢管强度与核心混凝土强度之比作为自变量,通过回归分析建立圆CFST构件的截面塑性发展系数的二元函数表达式,据此提出了圆CFST构件截面抗弯强度的计算模型。最后通过与试验数据、现行设计规范和研究文献中不同计算模型进行对比分析,验证了建立的圆形截面钢管混凝土受弯构件的截面塑性发展系数和抗弯强度计算模型具有更高的精度和适用性。

内置工字形CFRP的高强圆钢管高强混凝土纯弯构件抗弯刚度研究

目的研究内置工字形CFRP型材高强圆钢管高强混凝土纯弯构件的抗弯刚度,为该类构件的设计和工程应用提供参考。方法设计3个CHCFHST-CFRP构件,对其进行纯弯试验;应用ABAQUS有限元软件建立了纯弯构件数值模型,在数值模拟结果与试验结果吻合的基础上,分析各参数对构件抗弯刚度的影响;并且推导了适用于纯弯构件的抗弯刚度和挠度计算公式。结果试件均未出现断裂,钢管也未产生局部鼓曲,卸载后纯弯段有明显回弹;随着混凝土强度、钢管壁厚和型材尺寸的增长,构件抗弯刚度略有增长;与未配置CFRP型材的构件相比,配置CFRP型材后构件的抗弯刚度有了明显的增长。结论试件整体呈弯曲破坏模态,具有良好的变形能力,具有较强的耗能能力及刚度退化能力;利用笔者推导的公式得到的计算值与试验结果吻合较好,公式可用来计算此类构件的抗弯刚度与挠度。

圆钢管再生镍铁渣混凝土柱冲击性能试验

为研究掺镍铁渣钢管再生混凝土柱抗冲击性能,以粗骨料替代率、轴压比、落锤质量及冲击能量为变化参数,设计并制作了11根圆钢管再生混凝土柱。通过落锤冲击试验,得到了试件的破坏形态、位移时程曲线及冲击力时程曲线,研究了轴压比、粗骨料取代率、冲击能量和落锤质量对钢管再生混凝土柱侧向冲击性能的影响。结果表明:钢管再生混凝土柱抗冲击性能良好,能量吸收率基本恒定在67%左右;与取代率为0%相比,再生粗骨料取代率为30%时,试件跨中挠度平均降低8.9%;再生粗骨料取代率为70%时,试件跨中挠度平均降低11.4%;随着冲击能量的增加,试件跨中残余位移显著增大;轴压比在0~0.4以内,轴向力对钢管再生混凝土抗冲击性能有提高作用;落锤质量由330 kg增加至430 kg,冲击持续时间增加16%;套箍系数增大,跨中挠度减小。

圆钢管再生镍铁渣混凝土柱偏压力学性能研究

为了研究再生粗骨料取代率和偏心距对圆钢管再生镍铁渣混凝土柱力学性能的影响,设计了13个试件进行轴心和偏心受压试验,分析试件的荷载-跨中挠度曲线、侧向挠度曲线、刚度退化和耗能。在普通钢管混凝土的研究结果基础上,回归拟合适用于钢管再生混凝土的压弯承载力预测公式。结果表明:偏压试件的挠度沿柱高呈对称分布,形状符合正弦半波曲线;加载过程中截面中性轴的位置向受压区偏移,表明受压区面积逐渐缩小,受压区高度减小;当取代率超过30%后,随着再生粗骨料取代率的增加,试件的极限承载力降低,刚度逐渐退化,试件破坏时的耗能系数表现为降低的趋势;随着偏心距的增大,试件的极限承载力降低,侧向挠度曲线的包络面积逐渐增大,刚度逐渐退化;根据拟合的压弯承载力计算公式得到的计算值与试验结果吻合较好。

新型开洞圆钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点受力性能研究

传统的钢-混凝土混合结构的圆钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点存在钢筋交错、纵横向需与钢构件避让或开孔等情况,节点构造复杂,施工难度较大,连接节点成为钢-混凝土混合结构的设计及施工难点。对此提出了新型开洞圆钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点,并结合近年来采用钢-混凝土混合结构的项目经验,对该类节点进行有限元分析,研究了柱顶轴压力和柱端水平力对节点各部分构件受力性能的影响,结果表明,柱顶轴压力的变化显著影响了圆钢管混凝土柱钢管开洞位置各构件的应力,且偏心力对圆钢管混凝土柱承载力有一定的折减。最后考虑到钢管壁开洞对圆钢管混凝土柱存在一定程度的削弱,采用了四种加强措施,分析了四种加强措施下钢管荷载-应力曲线,结果表明,开洞位置钢管壁加厚效果最为显著,设置内环板对缓解应力集中效应也有一定的效果,设置竖向断开加劲肋与设置竖向连续加劲肋荷载-应力曲线基本一致,考虑到设置竖向断开加劲肋所需钢材更少,认为设置竖向断开加劲肋具有较为显著的优越性。

圆形钢管混凝土柱轴压承载力及承载力组成研究

为了研究相互作用下圆形钢管混凝土(circular concrete-filled steel tube,CCFST)柱中钢管和混凝土各自的承载力贡献,通过ABAQUS软件中的VUMAT子程序导入一种新的混凝土材料本构,建立了能够反映CCFST柱中钢管和混凝土相互作用的三维有限元模型,并通过试验数据验证了模型的荷载-位移曲线、钢管和混凝土的荷载-变形曲线以及侧向变形曲线。在此基础上分析了混凝土强度、钢管屈服强度、径厚比以及套箍系数对CCFST柱承载力及其组成的影响。然后结合有限元模型推导了CCFST柱在轴压荷载下峰值承载力的数学模型,模型中提出的钢管环向应力比例系数和混凝土承载力贡献系数可以评估钢管和混凝土的受力状态。将计算模型与现行规范及现有研究进行对比,发现提出的计算公式具有良好的计算精度,且可以评估钢管和混凝土各自的承载力贡献。

方钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力有限元分析

目的 研究各设计参数在不同煤矸石粗骨料取代率下对方钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力的影响规律,提出轴压承载力计算式。方法 利用ABAQUS有限元分析软件建立方钢管煤矸石混凝土短柱轴压有限元模型,并与试验结果对比,验证模型的准确性;分析试件应力分布与荷载分配,并采用控制变量法分析试件在5种煤矸石粗骨料取代率下主要参数对其轴压承载力的影响。结果 相同设计参数下,试件轴压承载力随煤矸石粗骨料取代率的提高而降低,且最大降幅未超过14%;当试件截面边长一定时,含钢率对试件轴压承载力的影响最显著,其中,含钢率由7.4%增加至20.3%使试件轴压承载力在不同取代率下平均提升68.85%。结论 掺入煤矸石粗骨料不会使构件轴压承载力显著劣化,依据《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014),引入煤矸石粗骨料取代率影响系数后的计算误差小于5%,可为相关研究提供参考。