CFRP钢管混凝土核心轴压短柱静力性能研究

为了了解CFRP钢管混凝土核心轴压短柱的静力性能，对8根CFRP钢管混凝土核心轴压短柱和用于对比的4根钢管混凝土核心轴压短柱进行静力试验，分析此类构件的载荷—纵向应变关系，并初步探讨约束效应系数对此类构件承载力的影响。研究结果表明，由于CFRP的存在，试件在屈服之后，承载力并不马上下降，而变形却经历一段持续增长：在其他条件相同的情况下。ξcf或ξs越大，CFRP钢管混凝土核心轴压短柱的承载力越大，且承载力的增长与ξcf或ξs的增加基本呈线性关系，但约束效应系数的增加对提高CFRP钢管混凝土核心轴压短样承载力的效果并不显著。     

薄壁钢管混凝土短柱与薄壁钢管约束混凝土短柱轴压性能试验

以圆形和方形薄壁钢管混凝土短柱及薄壁钢管约束混凝土短柱为对象,研究了外包钢管受力状态对短柱性能的影响及其机理,分析了截面形状对外包钢管受力状态及其对核心混凝土约束的影响。通过CFRP约束对受力性能的研究,进一步揭示了外包材料受力状态对受力性能的影响。研究表明,圆钢管对核心混凝土约束作用强,试件极限承载力较高,其中圆钢管约束柱中钢管的约束作用更加显著,极限承载力大于圆钢管柱;CFRP约束后,极限承载力和变形性能均得到有效改善。方钢管对核心混凝土的约束效果弱,试件极限承载力较低,且方钢管约束柱的极限承载力小于方钢管柱;CFRP约束对其极限承载力无明显提高,但有效改善了其延性。     

方形钢管混凝土的本构关系

分析了方形钢管混凝土在轴压下的受力机理,将钢管对混凝土的约束作用等效为有效侧向应力。借鉴典型的约束混凝土本构关系,提出了方形钢管混凝土的等效单轴受压本构关系。基于试验结果,讨论确定了所提出的本构关系的几个关键参数和强度指标,即峰值应变修正系数、钢管有效侧向压应力系数、峰值时钢管的横向应力等。采用建议的本构关系计算了轴压下方形钢管混凝土短柱的荷载-应变全过程曲线,计算结果与试验结果吻合良好。建议的本构关系可以用于评估方形钢管混凝土短柱的极限承载力和延性。     

自应力钢管混凝土中核心混凝土单轴本构关系

普通钢管混凝土短柱核心混凝土的本构关系不能满足自应力钢管混凝土轴压短柱的计算需要.在已有试验的基础上,补做了12根自应力钢管混凝土短柱轴压试验.首先测量了自应力钢管混凝土短柱在限制条件下的膨胀性能;然后对其进行了轴压承载力试验.通过对37根自应力钢管混凝土短柱轴压试验结果进行分解分析,提出一种适用于自应力钢管混凝土短柱轴压计算的等效单轴本构模型,与传统的混凝土本构关系相比,这个本构关系考虑了自应力水平和套箍系数对核心混凝土的影响,并且具有计算简单、方便的特点.     

方钢管钢骨高强混凝土轴压柱有限元分析

为了分析方钢管钢骨混凝土轴压柱的工作机理,采用ANSYS有限元软件对其轴压柱受力进行了全过程数值模拟.结果表明,采用修正的方钢管内核心约束混凝土本构关系模型可以很好地模拟极限承载力及峰值应变;有限单元在发生high distortion以前的下降段与试验曲线变化基本一致,但其后的变形不能代表真实的受力状态.因此,利用ANSYS进行钢管钢骨高强混凝土的弹性与弹塑性分析结构是可行的.     

方形钢管约束下核芯混凝土的本构关系

分析了方形钢管混凝土在轴压下的受力机理,将钢管对混凝土的约束作用等效为有效侧向应力,借鉴典型的约束混凝土本构模型,提出了方形钢管约束的核芯混凝土的等效单轴受压本构关系。基于试验结果,讨论确定了所提出的本构关系的几个关键参数和强度指标,即峰值应变修正系数、钢管有效侧向压应力系数、峰值时钢管的横向应力等。采用建议的本构关系计算了轴压下方形钢管混凝土短柱的荷载－应变全过程曲线,计算结果与试验结果吻合良好。建议的本构关系可以用于评估方形钢管混凝土短柱的极限承载力和延性。     

方钢管混凝土本构关系的发展

本文首先对常温下方钢管混凝土中的钢材和混凝土的受力情况分别进行了分析,并在此基础上,介绍了相应的恒高温作用后方钢管混凝土中钢材和混凝土的本构关系模型,对比较结果进行了讨论。     

CFRP约束圆钢管高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究混凝土强度、径厚比、CFRP(碳纤维增强复合材料)层数及CFRP包裹方式等参数对CFRP约束圆钢管混凝土轴压静力性能的影响,进行了6个圆钢管混凝土短柱和18个CFRP-钢管混凝土短柱的轴压对比试验.研究发现CFRP的约束对圆钢管混凝土承载力有较显著的提升,且承载力的提高幅度随着CFRP的增加而增加.钢管高强、超高强混凝土短柱的破坏形态呈现为剪切破坏,延性较差,CFRP的约束可以改善其延性,且CFRP层数越多延性越好.半包CFRP试件性能接近于全包CFRP试件性能.随径厚比增大,CFRP约束效果下降.若黏结良好,试件失效前,CFRP与钢管能保持协同工作;最后选取了3个经典的CFRP约束钢管混凝土轴压承载力公式进行验算,发现基于CFRP和钢管双重约束的公式能较好地预测其承载力.     

圆形钢管混凝土柱承载力计算综述

综述了国内外对钢管混凝土柱承载力计算的历史和现状,其主要内容包括圆形钢管混凝土的本构关系,单一应力及复杂应力状态下的承载力计算。     

方形钢管约束下核心凝土的本构关系

分析了方形钢管混凝土在轴压下的受力机理,将钢管对混凝土的约束作用等效为有效侧向应力,借鉴典型的约束混凝土本构模型,提出了方形钢管约束下核心混凝土的等效单轴受压本构关系.基于试验结果,讨论确定了所提出的本构关系的几个关键参数和强度指标,即峰值应变修正系数、钢管有效侧向压应力系数、峰值时钢管的横向应力等.采用建议的本构关系计算了轴压下方形钢管混凝土短柱的荷载-应变全过程曲线,计算结果与试验结果吻合良好.所建议的本构关系可用于评估方形钢管混凝土短柱的极限承载力和延性.     

钢骨—T形钢管混凝土中长柱轴心受压试验分析

为研究钢骨—T形钢管混凝土长柱轴心受压力学性能,对16根长细比为16<λ<43的钢骨—T形钢管混凝土柱进行轴心受压试验,研究试件破坏形态和工作机理,得到试件的荷载—纵向位移曲线、荷载—应变曲线以及荷载—挠度曲线。通过分析套箍指标、配骨指标和长细比等参数对试件轴心受压力学性能的影响,以及对比试件极限承载力的试验值和理论计算值,提出钢骨—T形钢管混凝土长柱轴心受压稳定系数计算方法,进而推出极限承载力计算公式。研究结果表明:内置工字型钢骨的T形截面钢管混凝土柱具有较好的延性;钢管、混凝土和钢骨三者能很好地协同工作,改善了核心混凝土的脆性破坏性质,使组合柱的承载力显著提高;所提出的试件极限承载力计算公式可供工程设计参考。     

改性钢管全再生粗骨料混凝土短柱的轴压试验

为了最大化利用再生骨料,以硅粉和钢纤维掺量为主要变化参数设计了20个圆形和方形截面钢管全再生粗骨料混凝土短柱构件进行轴压试验,观察了短柱的受力全过程和破坏形态,获取了构件的荷载―变形全过程曲线,分析了硅粉和钢纤维掺量对其承载性能的影响,试验结果表明:混凝土中的粗骨料全部采用再生骨料会降低钢管再生混凝土柱的峰值承载力及峰值应变,可以采用硅粉的填充效应及活性和钢纤维对裂缝的内部约束来改善钢管全再生骨料混凝土柱的性能,经改性后的钢管全再生骨料混凝土柱的性能和普通钢管混凝土柱的性能相当,硅粉掺量为10%、钢纤维体积掺量为1.5%的钢管全再生骨料混凝土的峰值承载力超过了普通钢管混凝土柱。并采用现有计算理论及规程计算公式对构件的承载力进行了计算和比较,得到各规程在计算钢管全再生骨料混凝土承载力时的适用性,规程EC4和试验数据更接近。     

钢管再生混凝土短柱轴压力学性能试验

对5个钢管再生混凝土轴压短柱和1个普通钢管混凝土轴压短柱进行试验研究,比较钢管再生混凝土与普通钢管混凝土的破坏模式、荷载-变形关系和承载力关系,分析再生骨料取代率、矿物掺合料和钢纤维对钢管再生混凝土性能的影响.结果表明,钢管再生混凝土轴压短柱与普通钢管混凝土轴压短柱的破坏模式和受力过程基本相同;随着再生骨料取代率的增大,核心混凝土强度降低,变形增大,需要更大的约束效应约束核心混凝土,可以掺入硅粉、粉煤灰等矿物掺合料以及钢纤维来提高钢管再生混凝土轴压短柱的性能.根据现有相关规程对钢管再生混凝土的极限承载力进行计算,得到各规程在计算钢管再生混凝土极限承载力时的适用性.     

方钢管混凝土柱在轴压下的局部屈曲

假定方钢管混凝土柱的钢管板件在非加载边受到弹性约束,建立横向位移函数是三角函数条件下钢管壁板的局部屈曲模型.应用能量法推导轴压下钢管混凝土柱的钢管管壁的局部屈曲临界应力的计算公式.以非加载边弹性约束系数分别为2.0和∞为例进行计算.计算结果表明:核心混凝土的存在大大提高钢管管壁抵抗局部屈曲的能力.     

设置斜肋方形薄壁钢管混凝土轴压短柱研究

为改善薄壁钢管混凝土柱力学性能,提出设置斜肋方形薄壁钢管混凝土柱的结构形式.根据无肋、单向设置斜肋和双向设置斜肋3种截面形式、2种截面尺寸的18个薄壁钢管混凝土轴压短柱试验结果,比较和分析了各试件的试验现象、破坏模式及荷载位移曲线等.结果表明:薄壁钢管混凝土短柱以剪切破坏模式为主;肋与混凝土在试件破坏之前,均能保持良好粘结.设肋的短柱能达到较高的极限承载力,与无肋的试件相比,单向设置斜肋短柱的极限承载力提高了18%,双向设置斜肋的提高了29%.采用大型有限元程序ABAQUS6.4对每个试件的试验全过程进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好.通过数值计算,研究了截面尺寸相同的素混凝土短柱及无肋、单向、双向设置斜肋薄壁钢管混凝土轴压短柱的柱中截面混凝土纵向应力的分布规律,为进一步开展设肋短柱研究工作提供了依据.     

钢管混凝土格构柱发展和研究

介绍了钢管混凝土格构柱的工程应用和发展前景.对钢格构柱及钢管混凝土格构柱的试验研究、有限元分析和极限承载力计算方法的研究现状和研究成果进行了综述和总结,对国内现行设计规程计算方法的合理性进行了评价.最后对钢管混凝土格构柱今后的研究方向进行了展望.     

中空夹层钢管混凝土柱轴压力学性能分析

在总结已有中空夹层钢管混凝土柱的特点的基础上,提出了八边形中空夹层钢管混凝土柱.为探讨此类轴压短柱和长柱的力学性能,首先通过理论分析得出试件承载力、典型破坏形态以及荷载-应变曲线;然后进行系统的试验研究,得到的试验结果与理论结果符合较好,通过对试验现象的分析得出各自的力学特点以及承载力的影响因素;最后运用该理论模型对承载力影响因素进行了尺寸拓展,并结合数值模拟数据,对影响因素进行了回归,提出了合理的八边形中空夹层钢管混凝土轴心受压柱承载力计算公式,计算值与理论分析结果、试件结果均能较好符合.     

方钢管混凝土柱滞回性能研究

以含钢率、长细比、材料强度等为主要参数,在确定钢材和核心混凝土在循环荷载作用下的应力-应变关系模型的基础上,利用有限元软件ANSYS,对方钢管混凝土柱在循环荷载作用下全过程进行了计算,以模拟地震作用下方钢管混凝土柱的实际受力性能。研究表明:方钢管混凝土柱荷载-位移滞回曲线呈比较饱满的"梭形",没有明显的捏缩现象,达到极限荷载后,仍表现出良好的延性和后期变形能力,能够满足实际工程中大跨度、重荷载的要求,是一种良好的结构形式。