圆钢管超高性能混凝土短柱偏压力学性能研究

为研究钢管超高性能混凝土短柱的偏压性能,以荷载偏心率和钢管径厚比为变化参数,设计了12个圆钢管UHPC短柱试件并对其进行偏心受压加载试验,分析了该类构件的破坏模式、荷载-挠度曲线、钢管应变和变形系数等,考察了主要因素对短柱偏压性能的影响规律。结果表明:试件的破坏特征为钢管屈服和核心混凝土压坏;荷载-挠度曲线有较明显的峰值点,偏心率越大和径厚比越小,曲线的下降段越平缓;达到60%峰值荷载时,钢管开始产生明显的约束作用,达到90%峰值荷载时,截面变形不再符合平截面假定;偏心率增大使试件的承载力和刚度下降,而径厚比减小可降低这种不利影响。在试验基础上,结合数值模拟对短柱的N-M曲线进行分析,建立了临界偏心率和套箍系数的关系表达式,并基于此提出短柱偏压承载力实用计算方法,理论与试验结果吻合较好。

预应力薄壁圆钢管约束混凝土短柱轴压性能初探

为提高薄壁钢管混凝土柱轴心受压性能,提出了预应力薄壁圆钢管约束混凝土柱,即采用对拉螺栓对薄壁圆钢管施加环向预应力,形成对内部混凝土初始约束围压,以提高内部混凝土的轴心抗压强度及承载力性能。为探究其轴向受压性能提升效果,进行了预应力薄壁圆钢管约束混凝土短柱轴心受压试验;并采用ABAQUS有限元计算软件建立了相应的非线性有限元数值模型,基于试验所获得荷载-位移数据,验证了模型的可靠性。在合理可靠试验模型的基础上,进行了不同预应力度(k=0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)和不同钢管厚度(t=1.5mm、2.0mm、2.5mm和3.0mm)情况下的轴心受压性能影响分析。结果表明:采用对拉螺栓对薄壁圆钢管混凝土柱施加环向预应力,可有效提高其轴心抗压强度、刚度和延性;在合适预应力范围内,预应力度(k=0~0.4)越大,预应力薄壁钢约束混凝土短柱轴心受压性能提升越明显;但较大的预应力度(k=0.5)会让构件在达到峰值荷载后,其承载力降低较为明显,从而使构件延性降低;当预应力度k不变,构件的轴心受压性能随钢管厚度t的增大而增大。

带对穿螺栓矩形钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法研究

设置对穿螺栓可以提高钢管混凝土短柱的力学性能,以试件同参数的ANSYS模型为原始算例,研究对穿螺栓的直径和纵向间距、套箍系数、宽厚比、长宽比、材料强度等参数对其轴压力学性能的影响。结果表明:设置对穿螺栓可以提高钢管对核心混凝土的约束效应,核心混凝土的应力分布表现为以对穿螺栓为分界线形成两个有效约束区,且四个角部的应力值最大;随着对穿螺栓纵向间距的减小、直径的增大,试件的承载力、变形能力、延性提高;试件承载力可随着套箍系数的增加、宽厚比的减小、材料强度的增强有小幅度提高。提出带对穿螺栓矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力的计算方法,得到的计算值和试验值吻合良好,该方法还同样适用于带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱承载力计算,计算过程简便且准确度高。

方钢管超轻混凝土短柱轴压性能试验研究

对16个方钢管超轻混凝土短柱和8个空钢管短柱进行了轴压试验,以超轻混凝土强度和含钢率为变化参数,研究方钢管超轻混凝土短柱的破坏形态和受力性能。结果表明,随着超轻混凝土强度的降低,钢管对核心混凝土的约束效应越强;随着含钢率的增加,构件的承载力和变形能力提高,但当含钢率高于0.25时,超轻混凝土的存在对构件的承载力和变形能力已基本没有影响。基于叠加理论,提出了适用于方钢管超轻混凝土短柱承载力的计算公式。

钢管混凝土短柱轴压承载力试验与规范计算方法对比研究

为研究钢管混凝土构件尺寸效应对其承载力与规范计算方法的异同,对含钢率和套箍系数相同,截面形式不同的三种钢管混凝土短柱构件进行轴压试验,分别获取了构件在轴心压力作用下的荷载-应变关系曲线和荷载-轴向位移全过程曲线。运用叠加原理理论分析了当套箍系数相等时,不同规格钢管混凝土构件的受力性能和极限承载力提高效果。将试验值与现行规范计算值对比,研究结果表明,现有规范CECS 28:2012和DBJ 13-51—2010对钢管混凝土短柱的承载力计算值与试验值最接近;当套箍系数相等,材料性能相同、构件几何尺寸近似的圆钢管混凝土短柱具有一定的尺寸效应。

截面短长轴比对椭圆钢管混凝土柱抗爆性能影响

目的 研究椭圆钢管混凝土柱抗爆性能,分析截面短长轴比对其抗爆性能的影响。方法 利用LS-DYNA有限元软件建立TNT炸药-空气-椭圆钢管混凝土柱-刚性地面整体三维实体有限元模型,分别从短轴和长轴两个方向进行起爆设置,探究椭圆钢管混凝土柱受爆炸荷载作用后冲击波传递特性。结果 与双向刚度相同的柱子相比,椭圆钢管混凝土柱抗爆冲击波反射、衍射作用更为复杂;椭圆钢管混凝土柱沿长轴迎爆的抗爆性能明显优于沿短轴方向;绘制短长轴比-柱中侧向位移曲线,根据短轴方向与长轴方向抗爆性能差异,提出了设计宜采用的短长轴比为0.6~1.0;沿短轴向施加爆炸荷载时,短长轴比设计值不应小于0.4。结论 得出了不同短长轴比下构件破坏形态,进一步提出了采用短长轴比0.4~0.6内的椭圆钢管混凝土柱时,应采取加固措施。

内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能的有限元分析

为研究内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能,通过有限元软件ABAQUS进行建模分析,并使用现有试验数据进行验证,研究了工字钢参数变化对内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能影响。结果表明,有限元模型建立准确;当含钢率小于34%时,纵向放置工字钢腹板厚度参数变化对局压承载力影响较大;当含钢率大于34%时,横向放置工字钢翼缘厚度参数变化对局压承载力影响较大;对比工字钢高度与工字钢宽度变化对局压承载力的影响,纵向放置工字钢宽度参数变化对局压承载力影响较大。同时提出局压承载力计算公式,经过模拟结果验证,所提公式计算承载力与模拟承载力比值为0.86~1.06,计算结果较为准确。

基于响应面法的钢管石轻混凝土短柱轴压承载力影响因素分析

对钢管石轻混凝土短柱试件进行静力加载试验,分析试件的破坏形态和极限承载力,采用混凝土塑性损伤模型对试件进行有限元验证,基于有限元模型和响应面法,建立钢管石轻混凝土短柱的分析模型,提出一种预测其极限承载力的多元回归方程,并探讨了不同变化参数对钢管石轻混凝土极限承载力的影响,结果表明:随着碎石含量的增加,试件端部的鼓曲环越来越不明显,试件极限承载力逐渐提高;有限元模型计算的极限承载力和峰值位移与试验值吻合较好,可以作为钢管石轻混凝土短柱分析的基准模型;建立的钢管石轻混凝土短柱回归方程计算极限承载力值和文献试验值吻合较好,当试件含钢率在4.73%~12.02%,高度在450~800 mm,钢管的直径在140~169 mm时,回归方程能更好地预测试件的极限承载力;钢管屈服强度、钢管壁厚、石轻混凝土抗压强度的增加均能提高试件的极限承载力,但钢管屈服强度和钢管壁厚对钢管石轻混凝土短柱的极限承载力影响较大。

不同壁厚钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究不同壁厚钢管混凝土短柱轴压力学性能,制作了10组不同壁厚的钢管混凝土短柱试件进行轴压性能对比试验.试验结果表明,钢管混凝土轴压短柱壁厚效应的本质是核心混凝土的围压效应.在弹性变形阶段,随着钢管壁厚增加,轴压短柱弹性极限承载力增加,试件弹性极限承载力与钢管壁厚呈线性关系.在塑性变形阶段,随着钢管壁厚增加,轴压短柱塑性变形模型增加,钢管混凝土短柱塑性变形模量与钢管壁厚呈线性关系,试件呈现理想塑性状态时的钢管壁厚约为5 mm.通过对几种典型轴压承载力计算公式进行试验验证,得出欧洲和日本标准能够较好预测不同壁厚钢管混凝土短柱试件的弹性极限承载力.

圆CFRP钢复合管混凝土轴压短柱试验研究

通过对8根圆CFRP(碳纤维增强塑料)钢复合管混凝土轴压短柱和4根圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的试验,研究CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱的增强效果.分析了钢管约束效应系数和CFRP筒约束效应系数等对圆CFRP钢复合管混凝土轴压短柱极限承载力的影响.在本次试验的参数范围内,CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的提高率近似随着CFRP的增加而线性增加;在其它条件相同的情况下,钢管约束效应系数越大,CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的提高率越小.

钢管混凝土短柱支座隔震性能研究

本文提出了一种钢管混凝土短柱隔震支座，通过伪静力试验测定了短柱支座的恢复力特性，给出了有关恢复力的某些特征参数的表达式；对一座七层砌体房屋进行了非线性地震反应分析，考察了短柱支座的特性及其隔震效果；通过模型振动台试验，进一步验证了短柱支座的隔震效果和计算模型的准确性。

钢管混凝土T形短柱轴压力学性能试验研究

异形钢管混凝土柱应用于实际工程显示出良好的发展前景。本文在考虑肢厚、肢宽、管壁厚度和腹板宽度等参数的基础上,设计制作6个钢管混凝土T形短柱试件。通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载―平均纵向变形曲线和极限承载力,分析各参数对钢管混凝土T形短柱轴心受压力学性能的影响。参考国内外有关矩形钢管混凝土柱承载力的计算理论和计算方法,在分析试验数据的基础上,建立了钢管混凝土T形短柱轴心抗压极限承载力计算公式,公式可供实际工程设计参考。

顶升可缩式钢管混凝土支柱试验研究与工程应用

针对沿空留巷巷旁支护存在的问题,提出基于顶升可缩式钢管混凝土支柱的巷旁支护技术。设计了顶升可缩式钢管混凝土支柱结构与留巷工艺,为验证该支柱增阻让压性能,开展了不同让压结构的可缩承载试验,研究表明:杨木可缩阶段承载力200 kN、极值承载力700 kN,松木可缩阶段承载力500 kN、极值承载力900 kN,钢筋网柱可缩阶段承载力400 kN、极值承载力750 kN,以松木的压缩率最高,达到77.7%,可见,松木更适合作为让压结构。通过分析钢管混凝土短柱和长柱承载力试验结果,验证了钢管混凝土支柱高承载力特征,修正了支柱承载力长细比折减系数,优化了顶升可缩式钢管混凝土支柱承载力计算公式。通过文献分析选取了合理的巷旁支护阻力和压缩量计算方法,以鲁西煤矿3_(下)A02工作面沿空留巷为例,进行了巷旁支护阻力和压缩量计算分析,以试验研究为基础,开展了顶升可缩式钢管混凝土支柱结构设计、支柱受力分析和工程实践研究。实践表明采用单排φ299 mm×10 mm顶升可缩式钢管混凝土支柱+一排φ21.6 mm×10300 mm控顶锚索的巷旁支护,辅以挡风帘+网喷层的采空区隔离方案,能够保证沿空留巷长期稳定,该技术具有顶升初撑效果好、增阻变形能力强、支护承载力高等特点,在基本顶沉降运动剧烈的留巷工程中具有较好的应用前景,若进一步配合采空区侧切顶卸压和支柱外壳钢管回收复用,留巷效果将更优。

变刚度钢管混凝土短柱隔震装置的试验研究

本文提出了变刚度钢管混凝土短柱隔震装置的设想，进行了足尺隔震装置滑动摩擦、滚动摩擦两种方案的伪静力试验，结果表明本文装置具有较好的耗能能力、延性及变刚度特性，能够在中小震时起到较好的隔震效果，在大震时避免隔震层产生过大位移及隔震元件失稳现象的发生。

矩形中空夹层钢管混凝土短柱力学性能的数值分析

在确定组成矩形钢管混凝土的钢材和核心混凝土应力应变关系模型的基础上,利用数值解法对矩形中空夹层钢管混凝土轴压构件的荷载-变形关系进行了全过程分析.

圆钢管混凝土短柱轴压极限承载力分析

针对钢管混凝土短柱轴压状态,考虑屈服时钢管竖向应力对承载力的贡献,采用厚壁圆筒理论和双剪统一强度理论,对钢管进行极限承载力分析;对混凝土采用Drucker-Prager屈服理论进行钢管约束下的承载力的计算分析,两者叠加得到钢管混凝土的极限承载力计算公式,并与现有试验数据进行对比,结果吻合良好,为圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的计算提供了一种新的方法.

变刚度钢管混凝土短柱隔震结构弹塑性动力分析

采用HBTA2.5程序,对一变刚度钢管混凝土短柱隔震结构进行了弹塑性时程分析。分析结果表明,其隔震装置的水平变形和耗能能力可以大大减轻地震对结构的影响。提出钢管混凝土短柱隔震结构在工程应用将有很好的发展前景。

钢管珊瑚混凝土短柱轴压性能试验研究

以南海岛礁的礁砂作为骨料,参照南海海水离子含量人工配制海水,制作7组圆钢管珊瑚混凝土短柱试件进行轴压试验,通过分析试件在轴压荷载下的效应变化和破坏形态,分别得到不同钢管套箍系数与试件长径比对短柱试件力学性能的影响规律,以及钢管套箍作用对核心珊瑚混凝土约束强度的影响。基于试验结果,进一步分析了钢管套箍系数对核心珊瑚混凝土强度的影响情况,回归得到钢管珊瑚混凝土极限承载力计算公式,为圆钢管珊瑚混凝土的设计应用提供试验参考。

离心钢管混凝土短柱火灾下与火灾后的极限承载力

针对离心钢管混凝土结构抗火设计、火灾中受损评价以及修复等有关问题,通过对钢材与混凝土高温下与高温后的应力-应变关系的分析,建立了离心钢管混凝土短柱四面均匀受火及其火灾后的有限元分析计算模型,进行了火灾下与火灾后荷载-变形关系曲线全过程分析,结合离心钢管混凝土结构的常温极限承载力表达式,提出了ISO-384标准升温曲线作用下和作用火灾后轴压构件的极限承载力简化计算公式.研究表明,短柱在火灾下与火灾后的极限承载力随升温时间的增加而剧减,承载力与温度场的分布基本上成线性关系.

火灾后方钢管钢筋混凝土短柱承载力分析

在确定了ISO-834标准火灾作用后钢材和混凝土应力应变关系的基础上,首先利用ABAQUS有限元软件建立火灾作用后方钢管钢筋混凝土短柱温度场及力学分析模型,计算结果得到以往试验结果验证。然后分析了截面边长、配筋率、受火时间、含钢率、材料强度等参数对火灾作用后钢管钢筋混凝土短柱承载力的影响规律,结果表明,受火时间、截面边长是影响其承载力的主要因素。最后提出了火灾作用后方钢管钢筋混凝土短柱承载力的理论公式,为其灾后修复和加固提供参考。