A new calculation method for axial load capacity of separated concrete-filled steel tubes based on limit equilibrium theory

A new calculation method for axial load capacity of separated concrete-filled steel tubes based on limit equilibrium theory was proposed,which took into account the decrease of confinement effect by steel tube and the non-uniform distribution of ultimate stress in cored concrete.The accuracy of the analytical result is validated through running the numerical result by finite element method (FEM) and experimental data as well.The influences of the key parameters on the load capacity of the concrete-filled steel tube (CFST) was studied,including the separation ratio,concrete compressive strength,and steel strength.The results indicate that the load capacity of the tube increases with concrete strength and steel strength under the separation ratio less than 4%,while decreases with a higher separation ratio improved.

广义圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力公式

为研究圆形、圆端形、变圆心角圆端形和矩形钢管混凝土短柱轴压承载力的统一计算公式,采用两种不同本构关系建立广义圆端形钢管混凝土轴压短柱的ABAQUS有限元模型,利用90个钢管混凝土短柱轴压试验数据与有限元计算结果进行对比,验证了有限元模型的可靠性。通过改变构件的截面形状和材料强度,设置了9组共90个广义圆端形钢管混凝土轴压短柱有限元模型。对有限元计算结果展开参数分析,研究截面平直段高宽比和截面圆心角对钢管混凝土约束效应的影响。基于统一理论和约束分区方法,以截面形状影响系数对套箍系数进行了修正,并在GB 50936—2014推荐的圆形钢管混凝土短柱轴压承载力公式的基础上,建立了广义圆端形钢管混凝土短柱的轴压承载力简化计算公式,最后采用452个广义圆端形钢管混凝土短柱轴压试验数据对公式的准确性进行了验证。结果表明:当材料强度和含钢率一定时,广义圆端形钢管混凝土柱的套箍约束效应随着截面平直段高宽比的增大而减小,随着截面圆心角的增大而增大;简化公式的计算结果与试验结果吻合良好,适用于圆形、圆端形、变圆心角圆端形及矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力计算。

基于统一理论的配筋钢管混凝土柱承载力研究

尽管配筋钢管混凝土(R-CFST)构件因其优越的力学性能越来越引起工程界的重视,但其承载力计算方法仍存在不合理之处。为此,采用非线性数值模拟方法研究R-CFST短柱基于统一理论的承载力。首先基于既有模型修正得到适合R-CFST的混凝土本构模型和非线性数值模拟方法,并用试验数据验证模型的可靠性;然后基于统一理论修正得到R-CFST的套箍指标,再以套箍指标为参数分析了108个试件模型;最后给出基于统一理论的R-CFST短柱承载力公式。结果表明:R-CFST的承载力随套箍指标的变化规律与常规钢管混凝土(CFST)相似,呈二次抛物线关系,而其塑性变形能力优于常规CFST;所提出公式的形式与规范公式相匹配,计算结果安全、可靠,符合工程实际。

钢管混凝土拱桥拱肋模拟方法探讨与分析

为研究不同模拟方法对钢管混凝土拱桥拱肋的刚度取值和结构力学行为的影响,结合统一理论法与刚度叠加法的优点,按照统一理论双单元法的思路建模分析,根据GB 50923—2013和JTG/T D65-06—2015两本规范针对拱肋轴向刚度和抗弯刚度的差异,建立误差分析模型进行比较。并以净跨径390m中承式钢管混凝土拱桥为研究对象,分别基于统一理论法、统一理论双单元法和刚度叠加法建立有限元模型,探讨分析在恒载作用下不同模拟方法对钢管混凝土拱桥主拱轴力、位移和稳定性的影响。结果表明:通过统一理论法和刚度叠加法计算的刚度误差比较可检验钢管与混凝土的强度等级的匹配性,对于外径1.2 m的钢管混凝土,C60混凝土与Q345钢材的匹配性更优,且钢管壁厚为20~32 mm时最佳;主拱关键截面采用统一理论法、统一理论双单元法的轴力计算结果与刚度叠加法相比,相对差值均不超过5%;统一理论法模拟拱肋的整体刚度和稳定系数均大于刚度叠加法,是分析大跨钢管混凝土拱桥稳定的一种可靠、经济的方法。

方钢管混凝土轴压短柱的力学性能

根据统一强度理论,综合考虑了方钢管混凝土的材料特点,引入了考虑厚边比影响的等效约束折减系数,将钢管混凝土角部非均匀的约束力转化为均匀的约束力,从而将方钢管对混凝土的约束等效为圆钢管对混凝土的约束。在厚壁圆筒的统一强度理论解的基础上,推导了计算钢管混凝土极限承载力的公式,并用该公式对文献资料数据进行了计算对比。结果表明:该公式有很强的适用性,对发挥材料潜力、节约材料很有意义。

圆中空夹层钢管混凝土柱承载力研究

采用统一强度理论,对圆中空夹层钢管混凝土柱进行了研究,分析了钢管的拉压强度比,以及中间主应力对圆中空夹层钢管混凝土柱承载力的影响,提出了圆中空夹层钢管混凝土柱的极限承载力计算公式,与文献资料的试验结果作了比较,验证了理论公式的正确性,并得出了中空夹层钢管混凝土柱和钢管混凝土具有相同优点等结论。该结果为中空夹层钢管混凝土柱的承载力分析计算提供了一定的理论依据,对工程设计有一定的参考价值。

钢管混凝土轴向受压短柱承载力的统一解

应用双剪统一强度理论,分别对轴心受压钢管混凝土短柱的核心混凝土和薄壁钢管在三向应力状态下的轴向极限应力进行理论分析,得出侧向力对核心混凝土、薄壁钢管和钢管混凝土柱的3个约束效应系数,推导出钢管混凝土轴向受压短柱承载力的统一解。与有关文献的试验结果比较,结论基本一致,证明双剪统一强度理论对钢管混凝土的理论分析有很好的适用性。该推导结果为钢管混凝土承载力分析计算提供了一定的理论依据。

实空心钢管混凝土轴压承载力的统一理论和公式

目前关于钢管混凝土轴压承载力的计算理论和方法很多,其中分别有针对实心或空心截面、圆形或方形及多边形的。按"统一理论"的思想,不论截面是实心或空心,圆形或多边形,它们的性质应该是统一且连续的,那么计算公式也应该是完全统一且连续的,而现有的计算方法多针对其中部分截面形式或有不连续的情况。基于此推论,本文在基于厚壁圆筒理论建立的圆形实空心钢管混凝土承载力统一计算公式的基础上,将其进一步扩展到多边形截面上,最终得到可以同时适用于实心和空心,圆形和多边形的轴压承载力统一计算公式。

圆中空夹层钢管混凝土短柱的承载力

针对圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱的极限承载力,应用薄壁圆筒的统一强度理论极限解,考虑内圆与外圆中空夹层钢管混凝土的内外钢管薄壁效应,提出了计算公式,与文献资料的试验结果做了比较。同时分析了钢管的径厚比、拉压强度比以及中间主应力对圆中空夹层钢管混凝土柱承载力的影响规律。结果表明:把内外钢管看成薄壁圆筒,推导的极限承载力计算公式的计算值与试验值误差小;极限承载力随着径厚比及拉压强度比的增大而减小,随中间主应力的增大而增大。

基于双剪统一强度理论的轴心受压钢管混凝土承载力的研究

从双剪统一强度理论出发,推导出钢管混凝土核心混凝土抗压强度的计算公式,进行了钢管混凝土试件的轴心抗压试验,得出了其荷载变形曲线及极限荷载,并进行了钢管混凝土承载力的理论计算,所得理论结果与试验结果基本一致,说明双剪统一强度理论对于钢管混凝土的理论计算有非常好的适用性,为钢管混凝土的分析计算提供了一定的理论依据。

基于统一理论的复式钢管混凝土轴压承载力计算

依据钢管混凝土统一理论,将其研究成果推广应用于复式钢管混凝土轴压强度计算中,分析了复式钢管混凝土轴压受力机理,考虑不同内外钢管截面形式,提出复式钢管混凝土等效套箍系数,分别计算实复式钢管混凝土和复式空心钢管混凝土短柱的轴压强度.公式计算结果分别与文献试验数据进行了对比,结果表明:在满足一定的含钢率和空心率范围内,可以用统一理论计算复式钢管混凝土的轴压承载力,为复式钢管混凝土承载力设计计算提供了新的理论方法.

基于统一理论的蝶形拱桥空间稳定性分析

为考察多拱肋蝶形拱桥结构的稳定性,基于考虑钢管套箍作用的统一理论,对大跨度蝶形钢管混凝土拱桥的2类稳定问题进行了分析.通过计算特征值,得到了结构的第一类稳定安全系数;考虑结构的几何非线性和材料非线性,用荷载增量法迭代求解,得到了结构的极限承载力和第二类稳定安全系数.以太原市南中环主桥为工程背景,对该桥各施工阶段和成桥阶段的空间稳定性进行了分析.结果表明:用换算截面法和叠合单元法获得的稳定安全系数比用统一理论法获得的整体上略小,用统一理论法分析钢管混凝土拱桥的稳定性是可行的;蝶形拱桥的失稳形式以拱的面外扭转失稳为主;拱肋的初始缺陷、活载分布形式和横向风荷载等对结构稳定性均有不同程度的影响;结构的第二类稳定安全系数均小于第一类稳定安全系数.

配筋圆钢管混凝土短柱轴压承载力分析

在统一强度理论的基础上,对配有纵向钢筋和箍筋的圆钢管混凝土短柱轴心受压时的受力性能进行了分析;考虑了钢管和箍筋对混凝土的约束作用,推导出了配筋圆钢管混凝土短柱的轴压承载力计算公式;分析了中间主应力、钢管径厚比和体积配箍率对承载力的影响。将公式的计算结果与文献试验结果进行比较,二者吻合较好。结果表明:统一强度理论对于配筋圆钢管混凝土轴压短柱的理论计算有非常好的适用性,为配筋钢管混凝土柱的分析计算提供了一定的理论依据。

基于统一强度理论的矩形钢管混凝土短柱轴压承载力计算

考虑矩形钢管长边、短边对核心混凝土的不同约束作用,将其对核心混凝土所产生的侧向压力等效为圆形钢管对核心混凝土产生的均匀侧向压力,并采用双剪统一强度理论对钢管内核心混凝土的受力进行分析;提出了矩形钢管混凝土短柱简单、实用的轴压承载力计算公式,并对影响因素进行了分析;将该公式计算值与相应文献试验值、其他公式计算值进行了比较,吻合较好。结果表明:所推公式具有很好的适用性,为矩形钢管混凝土柱的研究提供了一定的理论依据。

双剪统一强度理论下钢管混凝土承载力的理论分析及试验研究

制作了25个钢管混凝土试件,进行了钢管混凝土试件的轴心受压和偏心受压试验,得出了其荷载变形曲线及极限荷载,以双剪统一强度理论为基础,推导出钢管混凝土核心混凝土抗压强度的计算公式,并进行了钢管混凝土承载力的理论计算,所得理论结果与试验结果基本一致,说明双剪统一强度理论对于钢管混凝土的理论计算有非常好的适用性,为钢管混凝土的分析计算提供了一定的理论依据.

钢管混凝土框架骨架曲线研究

以钢管混凝土统一理论为基础，从截面层次的恢复力模型出发，钢管混凝土柱构件选用三线型弯矩～曲率滞回模型；钢梁采用双线型弯矩-转角滞回模型；钢筋混凝土梁选用三线型弯矩-转角滞回模型。使用非线性分析程序IDARC分析钢粱-钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁-钢管混凝土柱两类框架结构的骨架曲线，程序结果和试验结果吻合良好。并进一步研究了轴压比、含钢率、混凝土强度和钢材强度等对结构骨架曲线的影响。研究结果不仅为钢管混凝土框架结构的应用推广提供了必要的理论基础，而且对钢管混凝土抗震设计具有较好的参考价值。

方形薄壁钢管轻骨料混凝土短柱的承载力

采用双剪统一强度理论,综合考虑方形薄壁钢管的局部屈曲效应以及轻骨料混凝土与普通混凝土多轴强度准则差异的影响,推导出了方形薄壁钢管轻骨料混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式,同时分析了拉压比、材料强度参数、宽厚比和混凝土强度对极限承载力的影响。结果表明:该计算结果与文献试验结果吻合良好,验证了公式的合理性;该结果为方形薄壁钢管轻骨料混凝土轴压短柱的承载力分析计算提供了理论依据,具有工程参考价值。

多边形空心钢管混凝土短柱轴压极限承载力统一解

采用三参数统一强度理论,以空心圆钢管混凝土短柱为基础进行极限承载力分析,将混凝土划分为有效约束区和非有效约束区,通过均匀约束系数和侧压系数来反映截面形状及围压对极限承载力的影响,提出了适用于各种多边形截面形式空心钢管混凝土短柱的轴压极限承载力的统一解,变换参数可自然退化为实心和两参数统一强度理论的解,通过与文献试验结果的比较验证了其正确性,并分析了参数影响特性。研究结果表明:钢管混凝土短柱的轴压极限承载力随侧压系数的增大而增大;随均匀约束系数的增大而增大;随空心率的增大而减小。

基于统一强度理论的钢管混凝土柱承载力计算

从Von Mises屈服准则和双剪统一强度理论出发,对钢管和核心混凝土的受力性能进行分析.从核心区混凝土所受侧向压应力的角度出发,基于大量实验数据,得到核心区混凝土约束系数计算公式.从而完善了钢管混凝土柱的轴心受压承载力计算公式,使公式的精确性和适用性有所提高.所得计算结果与试验结果吻合良好,并与目前公式的计算结果进行对比,说明所提出公式的合理性.从尺寸大小和材料强度两个方面,对钢管混凝土柱承载力的影响因素进行探讨.

考虑初应力的钢管混凝土柱轴压承载力统一解

采用双剪统一强度理论,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,对有初应力的钢管混凝土轴压短柱的受力性能进行理论分析,引入考虑长细比影响的折减系数,建立了考虑初应力的钢管混凝土柱轴压极限承载力的统一解。将计算结果与文献试验结果进行对比,吻合良好,验证了公式的合理性。推导出一个新的初应力影响系数,并对其各参数进行分析。该结果为研究初应力对钢管混凝土轴压构件力学性能的影响提供了理论依据,具有一定的实际参考价值。