内置工字型CFRP型材高强圆钢管高强混凝土轴压短柱组合效应分析

目的 研究内置工字型CFRP型材的高强圆钢管高强混凝土短柱在轴心压力作用下三种材料的组合效应。方法 采用有限元分析软件ABAQUS对其进行数值模拟,通过相关试验验证模型的准确性,并对典型构件的破坏形态、受力全过程曲线进行分析,揭示构件各组成部分之间的相互作用和工作机理,评估CFRP配置率、钢材屈服强度、混凝土抗压强度、约束效应系数对组合效应的影响。结果 在高强圆钢管高强混凝土柱中内置CFRP型材,对构件的延性及安全裕度有显著提高,并改善了高强圆钢管对高强混凝土的约束,提高了构件的组合效应。结论 CFRP配置率控制在5.9%~8.4%,约束效应系数在1.2~1.4,钢材屈服强度不大于770 MPa时,构件中三种材料组合效应最佳。

冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

基于材料强度折减及钢管壁厚折减的方法,对冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土轴压力学性能采用有限元法进行了研究。基于合理的有限元分析模型,对冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土柱的破坏模态、轴向荷载-位移关系、钢管与混凝土相互作用进行了分析,研究了含钢率、截面尺寸、钢管屈服强度、混凝土轴心抗压强度以及冻融循环-酸雨交替次数对试件轴压极限承载力的影响。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合良好,验证了模型的有效性;冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后轴压圆钢管混凝土短柱的破坏模态与普通试件相似,轴向荷载-位移曲线变化趋势一致,试件均为塑性破坏;圆钢管混凝土轴压短柱随冻融循环-酸雨锈蚀交替次数的增加,材料性能劣化严重,外钢管对核心混凝土约束作用减弱,试件极限承载力明显下降。

圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力有限元分析

目的利用有限元软件ABAQUS对圆钢管再生混凝土短柱的极限承载力进行非线性分析,验证笔者提出的核心再生混凝土本构关系的修正数学表达式的正确性.方法钢管与核心混凝土接触界面采用库仑摩擦模型.核心混凝土与顶端垫板采用8节点线性缩减积分三维八面体实体单元(C3D8R),钢管采用线性四节点减缩积分壳体单元(S4R).柱的一端施加固定约束,另一端施加位移荷载.结果有限元模拟分析得到的载荷-变形关系曲线与已有试验结果吻合较好.钢管再生混凝土短柱的承载力有随着再生骨料取代率的增加而降低的趋势.结论笔者提出的核心再生混凝土本构关系的修正数学表达式,可以满足利用ABAQUS对圆钢管再生混凝土短柱构件轴压承载力进行较准确的模拟分析要求.

圆钢管混凝土轴压短柱在长期荷载-氯盐腐蚀耦合作用下的试验研究

研发了用于钢管混凝土轴压短柱在长期荷载-氯盐腐蚀耦合作用下的试验装置和方法。分别进行了7个圆钢管混凝土轴压短柱和4个圆钢管轴压短柱在浓度为3.5%的Na Cl溶液中腐蚀下的长期荷载试验研究。试验结果表明,长期荷载会使试件刚度降低很多,但对其承载力影响相对较小。腐蚀对试件的承载力和刚度的削弱都很大,且对圆钢管试件的削弱程度高于对圆钢管混凝土试件的;持载-腐蚀耦合作用对试件的承载力和刚度的降低都很大,并且对于圆钢管试件,随着持载等级和浸入程度的增大而更加明显。总体而言,对于钢管混凝土试件,持载-腐蚀耦合作用对其承载力和刚度的降低要大于单纯持载作用和单纯腐蚀作用对其承载力和刚度的降低的简单叠加。

CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱试验研究

通过对10根CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱和用于对比的5根圆钢管混凝土轴压短柱承载力的试验研究,初步探讨CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱的受力性能以及CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱承载力的提高效果。分析了钢管约束指标和CFRP筒约束指标等对CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱承载力的影响。研究结果表明:在本次试验的参数范围内,外包CFRP可以有效提高圆钢管混凝土轴压短柱的承载力;CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱承载力的提高率近似随着CFRP筒约束指标的增加而线性增加;在其它条件相同的情况下,钢管约束指标越大,承载力提高率越小;承载力提高率随着约束指标比的增加而增加;如果粘结良好,在破坏前,CFRP筒和钢管可以保持协同工作。

CFRP-钢管砼轴压短柱受力性能分析

以试验为基础,对CFRP-钢管混凝土轴压短柱的受力性能进行了分析。首先按不同阶段分析了该类构件的作用机理,然后给出了混凝土、钢管以及CFRP筒的应力途径。以此为依据,确定了该类构件典型的应力-应变曲线,并将其划分为若干阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段以及下降段;与钢管混凝土轴压短柱的应力-应变曲线相比,CFRP钢管混凝土轴压短柱的应力-应变曲线的最大特点是在达到极限承载力之后,都要经历一个下降段。探讨了该类构件承载力的简化计算方法,并建议采用极限平衡法求解。

内置十字加强板圆形钢管短柱在轴压作用下的力学性能研究

通过运用有限元分析软件MARC,分析了内置十字加强板圆形钢管短柱在轴压作用下弹塑性力学性能,目的是为了确定该类桥墩的有效失稳长度和短柱极限承载力及极限应变。分析时考虑了焊接残余变形和残余应力的影响,考察的参数有径厚比、Ls/D等参数。通过研究提出了短柱的有效失稳长度、极限强度和极限应变的关系式,为桥墩抗震性能评价提供了理论基础。

圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱荷载-变形关系分析

目的深入了解圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱的静力性能.方法以试验研究为基础,依据圆CFRP-钢管约束混凝土在轴压力作用下的应力-应变关系,采用纤维模型法模拟圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系;分析了钢管约束效应系数和CFRP筒约束效应系数对圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响.结果计算值与试验值吻合良好且偏于安全.结论总结了典型的圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱荷载-变形关系曲线特点,该曲线可以分为4阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、塑性增强阶段和软化阶段;该方法也可用于圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系分析.

轴压下圆形钢管混凝土短柱承载力的简化计算

本文阐述了圆形钢管混凝土轴压短柱的受力机理,并基于试验结果确定了混凝土强度提高系数和钢管纵向强度折减系数,建立了该类构件承载力的简化计算公式。用建议公式对28个试验试件进行承载力计算,计算结果与试验结果和规范计算结果吻合良好。

圆钢管再生混凝土偏压短柱抗震性能分析

应用ABAQUS建立模型对比分析研究偏心率对圆钢管再生混凝土短柱抗震性能的影响,组内模型的再生混凝土取代率、轴压比、轴压力等影响因素相同,对比分析了偏心率对模型破坏特征、滞回性能、极限承载力与延性系数所产生的影响。结果表明:偏心率对模型的破坏形态有较大的影响;随着偏心率的增大,大轴压比圆钢管再生混凝土短柱的耗能能力、极限承载力与延性系数下降明显;在轴心受压时,轴压比对模型耗能能力与极限承载力影响有限,对延性系数有明显影响,但偏心受压时,轴压比对模型耗能能力、极限承载力与延性系数都影响较大。

CFRP包裹带脱空缺陷钢管混凝土短柱的轴压性能分析

为了探究碳纤维布(CFRP)包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的轴压性能和受力机理,通过ABAQUS有限元分析软件,建立了轴压作用下CFRP包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的力学性能有限元分析模型,对CFRP包裹不同脱空形式下圆钢管混凝土轴压短柱进行了系统的参数分析。研究参数主要包括:钢材屈服强度、混凝土强度、径厚比(D/t)、CFRP抗拉强度、包裹层数和脱空率等,探讨了CFRP包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土轴压短柱的有效加固机制,揭示了轴压下CFRP包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的基本受力机理和典型破坏模式。研究结果表明,采用CFRP包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱能够较好地提高其变形能力,试件轴压承载力随着钢材屈服强度、混凝土强度、CFRP抗拉强度以及包裹层数的提高而显著提高,随着脱空率和径厚比的增大而逐步降低。研究结果将为提升带脱空缺陷的钢管混凝土结构性能提供科学依据。

内配型钢的圆钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

在钢管混凝土构件内部配置型钢可显著提高其受力特性。在合理选取材料本构模型的基础上,基于ABAQUS软件建立了内配型钢圆形钢管混凝土短柱荷载-变形全过程分析的数值模型,并与其他研究者完成的相关试验构件结果进行了对比,总体上数值计算结果和试验结果吻合良好。基于此模型,对其在轴压荷载受力全过程、典型破坏形态以及各部件的荷载分配进行了较全面分析。结果表明:内部型钢的存在可显著提高构件承载力,并有效增强核心混凝土的被动约束效应;型钢截面形式不同,对内部混凝土的约束效果不同,从而引起核心混凝土的应力分布有所不同。本文分析结果可进一步完善内配型钢的圆钢管混凝土构件力学性能的理论研究,也可为相关工程应用提供参考。

碳纤维布部分包裹圆钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为了研究碳纤维增强聚合物(CFRP)部分包裹的圆钢管混凝土短柱轴压性能和破坏机理,本文进行了8根组合短柱的轴压试验,探讨了钢管强度、CFRP布包裹层数、CFRP布包裹间距等参数对试件轴压性能的影响。通过对破坏模式、轴压荷载(N)-轴向变形(δ)曲线、钢管和CFRP应变响应等试验结果的分析,揭示了CFRP部分包裹圆钢管混凝土轴压短柱的受力机理,提出了组合短柱的轴压承载力计算公式,研究结果将为CFRP在实际工程中的应用提供科学依据。

圆钢管混凝土(CCFST)短柱轴心受压承载力的统计分析

针对广泛收集的529根圆钢管混凝土(circular concrete-filled steel tube,CCFST)短柱轴心受压试验结果,以套箍系数、混凝土强度、钢材强度和钢管直径为参数,分析GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》中CCFST短柱轴心受压承载力计算公式的准确性和适用性。分析结果表明,GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》虽可以合理预测CCFST短柱的轴压承载力,但结果的离散性较大,且在某些参数超出规范限值时偏于不安全。基于分析结果,综合考虑到混凝土强度效应、钢材强度效应,并引入尺寸效应,提出一个新的CCFST轴压短柱承载力的计算公式,该公式在预测CCFST轴压短柱承载力时离散性更小,并且适用范围更广。

薄壁钢管矿渣混凝土短柱的轴压性能试验研究

通过12根内置大尺度矿渣的薄壁钢管矿渣混凝土短柱的轴压试验,以核心混凝土强度、截面含钢率、矿渣块体取代率为变化参数,分析了新型短柱的破坏模式、荷载-位移关系,同时探讨了三种因素对新型短柱轴压承载力的影响程度。结果表明:全部试件均发生了剪切破坏,且试件都具有较高的轴压承载力和后期变形的能力;核心矿渣混凝土强度等级对新型短柱轴压承载力的影响程度最大,其次是含钢率,影响能力最小的是矿渣块体取代率。研究成果说明薄壁钢管矿渣混凝土短柱在承载力、延性方面有较多的优越性,有进一步研究和推广应用的价值。

带槽口缺陷的圆钢管短柱轴压性能试验

对51根带有在圆钢管切割工艺中产生的槽口缺陷的圆钢管短柱进行轴压性能试验研究.研究结果表明:对于带槽口缺陷的圆钢管短柱,管壁较厚的在槽口缺陷处只会产生凸起屈曲,而管壁较薄的在槽口缺陷处会有凸起屈曲和凹陷屈曲两种破坏模式.槽口缺陷的存在既会小概率使得圆钢管短柱有更明显的屈服平台,形成双峰曲线,也会普遍减小圆钢管短柱的初始刚度和延性系数;槽口缺陷高度在0.5倍的壁厚范围内对初始刚度、延性系数和极限承载力的影响微乎其微;钢管管壁越薄,缺陷对极限承载力的影响愈加显著,其极限承载力下降幅值更大.最后,提出槽口缺陷影响系数并给出考虑槽口缺陷的圆钢管短柱极限承载力计算公式.

圆钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力有限元分析

目的研究煤矸石粗骨料不同取代率下的圆钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力的关键影响因素,提出承载力简化计算式,为其工程应用提供理论指导。方法通过ABAQUS建立圆钢管煤矸石混凝土轴压短柱有限元模型,验证模型可靠性,并研究试件的破坏模态、应力分布与荷载分配;在此基础上分析试件在不同取代率下含钢率、钢材屈服强度、混凝土轴心抗压强度对钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力的影响。结果不同取代率下,含钢率由4.04%到10.25%、混凝土轴心抗压强度由20 MPa到40 MPa、钢材屈服强度从345 MPa到460 MPa,使构件承载力分别平均提升41.09%、40.72%、12.90%;煤矸石粗骨料100%取代率下构件的轴压承载力下降幅度低于16%。结论圆钢管煤矸石混凝土轴压短柱较普通混凝土柱仍具有较高承载力;不同取代率下含钢率、混凝土轴心抗压强度对试件的轴压承载力影响较为显著;引入煤矸石取代率影响系数的轴压承载力简化计算式与试验值的平均误差率小于6%,可供工程应用参考。

CFRP包裹带脱空缺陷圆CFST短柱的偏压受力性能

为了获悉碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)条带对带脱空缺陷圆钢管混凝土(concrete filled steel tube,CFST)短柱的修复加固作用,文章通过ABAQUS软件建立了偏压下CFRP包裹带脱空缺陷圆CFST短柱的数值分析模型,并通过现有试验数据验证了模型的准确性,进而分析了偏心率、钢材强度、混凝土强度、径厚比、CFRP强度、CFRP包裹层数及脱空比等关键参数对偏压构件承载力、破坏模式等基本力学指标的影响规律。研究结果表明:偏压下CFRP包裹带脱空缺陷圆CFST短柱的主要破坏模式包括钢管屈曲、CFRP断裂及混凝土压溃;CFRP条带包裹可以明显提高带脱空缺陷CFST短柱的承载力和延性;构件偏压极限承载力随着钢材强度、混凝土强度及CFRP包裹层数的增加而提高,随着脱空比、径厚比及偏心率的提高而降低。研究结果可为CFRP包裹带脱空缺陷圆CFST柱的设计和应用提供科学依据。

圆钢管玄武岩纤维再生混凝土短柱轴压力学性能

为研究圆钢管玄武岩纤维再生混凝土(BFRRC)短柱的轴压力学性能,以再生粗骨料取代率和玄武岩纤维掺量为变化参数,设计并完成了15根圆钢管BFRRC短柱试件的轴压试验。观察了试件的受力全过程及破坏形态,获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线,分析了变化参数对圆钢管BFRRC短柱轴压性能的影响,建立了可行的组合截面应力-应变全过程曲线方程。研究表明:试件均发生鼓曲破坏,但核心混凝土在钢管约束下处于碎而不散状态;随着再生粗骨料取代率的增大,试件的耗能性能、延性系数逐渐增大,耗能因子、延性系数提升幅度最高可达1.84%和10.36%,承载力逐渐降低,降低幅度最大达5.03%;随着玄武岩纤维掺量的增大,试件的耗能性能、延性系数逐渐增大,增加幅度最高可达2.97%和4.93%,承载力提高幅度不大;不同的玄武岩纤维掺量下,试件实测的荷载-位移曲线饱满,且具有较长的变形流幅,延性较好。

盐雾腐蚀下钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究钢管混凝土在酸性大气腐蚀下的性能劣化,进行了16个圆钢管混凝土短柱在盐雾腐蚀下的轴压试验,分别考虑了钢材等级和失重率的影响。对比分析了不同等级钢材在盐雾腐蚀下的性能劣化,以及盐雾腐蚀对圆钢管混凝土短柱轴压力学性能的影响。试验结果表明:盐雾腐蚀不仅引起钢材截面的削弱,对于钢材的力学性能也会带来一定的改变;随着失重率的增加,试件的破坏模式由剪切型逐渐变为腰鼓型,圆钢管混凝土短柱的轴压承载力和刚度都有不同程度的降低,峰值位移的变化则不大,试件的横向变形系数和延性逐渐减低。由于腐蚀使钢管削弱,试件的套箍系数随着失重率的增加而减小,但承载力试验值与名义值的比值却随着失重率的增加而增大。