耐候钢管混凝土柱局部轴向受压性能试验研究

研究目的:免涂耐候钢在桥梁中的应用越来越广泛,耐候钢管混凝土桥墩通常出现局部受压荷载工况。为研究矩形耐候钢管混凝土柱轴向局部受压特性,本文结合3根耐候钢管混凝土柱局部轴压试验,采用ABAQUS有限元软件进行模拟计算,结合试验和有限元方法分析局压面积比ψ2、含钢率、混凝土强度、钢管强度等参数对局压耐候钢管混凝土柱力学性能的影响。研究结论:(1)当含钢率小于0.14时,随着钢管厚度的增加,套箍效应对局压承载能力、刚度有很大的提高,当含钢率大于0.14时,继续增加钢管厚度对提高局压承载能力效果不明显,随着钢管厚度的增加,钢管混凝土界面的纵向剪力传递长度变长;(2)对参数进行回归分析发现:局压面积比ψ2、核心混凝土强度、含钢率是影响局压承载力的重要参数,钢材强度对局压承载能力影响较小;(3)提出了耐候钢管混凝土柱局压承载力简化计算公式;(4)本研究成果可为高架桥梁耐候钢管混凝土桥墩设计与应用提供技术支撑。     

圆钢管轻骨料混凝土轴压柱非线性有限元分析

研究目的:为实现对圆钢管轻骨料混凝土轴压柱的荷载-变形曲线非线性有限元分析,本文采用ABAQUS有限元软件建立圆钢管轻骨料混凝土轴压柱有限元模型,对典型的钢管轻骨料混凝土轴压中长柱的荷载-变形曲线进行分析。研究结论:(1)核心混凝土由于受到钢管的约束其纵向应力有较大提高,延性得到了显著的改善,钢管为轻骨料混凝土提供径向约束的同时纵向应力大幅降低,内力由钢管转向核心混凝土承担的力学特性;(2)钢管对轻骨料混凝土的约束效果要差于对普通混凝土的约束效果。     

开槽方钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

工程实际中的钢管混凝土构件在材料缺陷、构造开槽、环境腐蚀等因素的影响下,外部钢管表面将产生影响其结构完整性和使用寿命的局部缺陷.为研究钢管开槽对钢管混凝土短柱轴压承载力和钢管约束作用的影响,开展开槽方钢管混凝土短柱轴压性能试验研究和有限元分析.试验采用机械开槽的方式模拟钢管局部缺陷,探讨中部横向开槽、中部纵向开槽、角部...     

圆钢管混凝土结构受力性能与设计方法研究

以常温和高温(火灾)下圆钢管混凝土结构受力性能为研究对象,进行常温和高温下混凝土多轴强度准则和本构关系、常温和高温下圆钢管混凝土轴压短柱的受力机理、常温下钢管混凝土偏压柱受力性能、常温下钢管混凝土试件受力性能试验、以及常温和高温(火灾)下钢管混凝土结构非线性有     

圆形配筋钢管混凝土桥柱受压力学性能的试验研究

为研究圆形配筋钢管混凝土桥柱的受压力学性能,对中空圆钢管柱、圆钢管混凝土(CFT)柱及配筋圆钢管混凝土(RCFT)柱进行轴压试验,探讨混凝土强度、钢筋配置的数量和位置、加强肋、钢管的径厚比等对配筋圆钢管混凝土柱的承载力和变形性能等力学性能的影响。研究表明:(1)对于CFT柱,柱破坏时核心高强混凝土表现出明显的脆性,柱的极限受压承载力提高,变形性能降低。(2)钢筋的配置提高了核心混凝土的抗剪承载力,柱破坏时核心混凝土未发生剪切破坏。RCFT柱比中空钢管柱和CFT柱具有更高的承载力和更优的变形性能。(3)带加强肋的柱破坏时核心混凝土与加强肋密不可分,加强肋对于钢管和核心混凝土的一体化性能有明显的促进作用,加强肋可提高约束效果,柱的极限受压承载力和延性都有所提高。(4)钢管径厚比越大,对核心混凝土的约束效果越好。     

套管混凝土短柱轴压承载力研究

对HDPE管混凝土柱、PVC管混凝土柱和钢管混凝土柱进行了轴压试验,研究了它们的轴压极限承载力和荷载—应变曲线。同时,采用有限元方法对上述三种套管混凝土短柱的轴压试验进行了数值模拟,并与试验结果进行了比较,结果吻合良好。计算结果表明,通过合理选择有限元分析数值模型,可较好地预测套管混凝土短柱的轴压承载力,为今后的试验研究和数值分析奠定了基础。     

圆钢管混凝土轴压短柱受力机理影响因素分析

根据钢管混凝土轴压短柱弹塑性全过程分析理论,在试验验证的基础上,对钢管混凝土轴压短柱受力机理进行数值仿真,分析了钢管混凝土加载过程中各内力随纵向应变的变化情况,探讨了含钢率、钢材屈服强度和混凝土强度对钢管混凝土力学性能的影响。研究结果表明:钢管混凝土在受荷过程中,核心混凝土由于受到钢管的约束其纵向应力有较大提高,延性得到显著提高,钢管为混凝土提供径向约束,但其纵向应力大幅度降低;在其他条件相同的情况下,含钢率和钢材屈服强度越高,则钢管混凝土轴压短柱套箍作用越强,承载力越高,延性越好;而混凝土强度越高,则试件套箍作用越弱,延性越差,但承载力越高。     

哑铃型钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

采用混凝土单轴受力应力-应变关系统一计算公式,应用ABAQUS有限元软件建立哑铃型钢管混凝土轴压短柱三维有限元实体模型.将哑铃型钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线简化为2圆钢管混凝土轴压短柱、钢腹板和腹腔内混凝土的荷载-变形曲线简单叠加,建立弹塑性法.对比了有限元法和弹塑性法计算结果与试验结果,2种方法与试验结果较吻合...     

L形加肋钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

为考察不同加肋形式对L形钢管混凝土轴压力学性能的影响,共设计8根钢管混凝土轴压短柱试件(2根无肋,6根加肋),进行加压试验,并对比所有试件受压后的截面破坏模态、屈曲形态和位置以及荷载-纵向应变关系曲线,通过ABAQUS有限元软件进行仿真建模,并结合有限元计算轴压全过程曲线、钢管与混凝土的相互作用力分布以及钢管截面上的应力云图纵向分布情况对不同加肋形式构件进行轴压工作机理分析。结果表明:钢管外壁鼓曲、焊缝开裂是8根L形钢管混凝土轴压试验构件在破坏时的普遍表现;布置纵向加劲肋能显著提高试件的极限承载力和延性;对于间断加肋试件,减小其肋间间距可显著提升试件的约束效果;设置在阴角处的加劲肋对提升试件受压性能的效果不明显;钢管对混凝土的约束在无肋试件中主要集中在角部,加肋试件的约束主要集中在肋与角部处;综合考虑焊缝数量、加劲肋面积以及加肋后效果,L-WR-5的加肋方式最优。     

倒角半径对矩形钢管混凝土柱的轴压性能影响

为了研究倒角半径对矩形钢管混凝土柱的轴压性能影响,进行3个系列15个矩形钢管混凝土柱的轴压试验。变化参数包括倒角率(2R/D=0.06～1.00)和钢管厚度(2,4和6 mm)。研究结果表明:倒角半径的改变能够有效地减弱矩形钢管混凝土柱角部的应力集中现象,提高钢管的环向约束效果,改善约束混凝土柱的轴压性能;随着倒角半径的增大,矩形钢管混凝土试件破坏模式从剪压破坏转变为腰鼓破坏,其峰值应力、峰值应变和极限应力显著提高,倒角率为1.00试件的极限强度比倒角率为0.06的试件提高幅度为40%～45%,表现出较高的承载能力和变形能力;钢管厚度的增加对约束混凝土的轴压性能也存在有益影响。     

钢管自密实再生混凝土短柱的承载力计算方法

自密实再生混凝土的骨料粒径较普通混凝土小,且再生骨料的性能较天然骨料低。因此,钢管自密实再生混凝土的承载能力与钢管普通混凝土存在一定差异。本文分析了现有的钢管普通混凝土短柱轴压和偏压承载力计算公式的适用性,基于统一理论和极限平衡理论提出了相应的钢管自密实再生混凝土短柱轴压承载力计算公式,基于经验系数法提出了钢管自密实再生混凝土短柱偏压承载力的计算公式。研究结果表明:所提出的实用计算公式能准确地计算钢管自密实再生混凝土短柱的轴压和偏压承载力。     

膨胀剂对钢管混凝土瞬时变形和徐变的影响

钢管混凝土中掺入膨胀剂可以补偿核心混凝土的收缩,防止钢管和混凝土脱粘,并且产生一定的膨胀初应力,从而改善钢管混凝土的受力性能。为了考察膨胀剂掺量对钢管混凝土轴压变形的影响,本文以膨胀剂掺量分别为0,4%,8%的钢管混凝土短柱为研究对象,对钢管混凝土在轴压下的瞬时变形和徐变进行了试验研究。结果表明:膨胀剂会改善钢管混凝土的力学性能,随着膨胀剂掺量的提高,钢管混凝土在轴压下的瞬时变形和徐变相应减小。     

加载方式对钢管混凝土轴压长柱和中长柱受力性能影响的试验研究

进行4种加载方式对钢管混凝土轴压长柱和中长柱试件受力性能影响的试验研究,并与轴压短柱试验进行对比和分析。结果表明,加载方式对长柱中截面应力的影响较小,但对刚度影响较大,从而影响稳定极限承载力,其中初应力对长柱的极限承载力降低的影响比短柱明显,而与之相反,对于荷载仅施加于钢管之上的长柱,其极限承载力反而大于同样加载的短柱。随着长细比的增大,加载方式对试件套箍作用的影响有减小的趋势,且受力性能的差异也逐渐缩小。加载方式对钢管混凝土中长柱受力性能的影响介于短柱与长柱之间,但与短柱更接近。最后,讨论不同加载方式作用下长柱和中长柱的极限承载力计算方法。     

恒高温下混凝土及钢管混凝土受压力学性能研究

对国内进行的恒高温下C20-C80强度等级的混凝土单轴受压力学性能的试验资料进行了重分析,提出了恒高温下C20-C80强度等级混凝土轴心抗压强度、受压弹性模量、受压峰值应变等力学性能指标统一计算公式和混凝土轴心受压应力-应变全曲线计算公式。并进一步建议了恒高温下钢材的多轴弹塑性本构模型和混凝土轴对称三轴受压本拘模型,应用连续介质力学建立高温下钢管混凝土同时受压的同心圆柱体计算模型,采用弹塑性全过程分析理论,编制相应的计算程序,对恒高温下钢管混凝土轴压短柱受力性能进行全过程分析,计算结果与试验结果符合较好。     

排气孔对方钢管混凝土短柱耐火性能影响试验研究

为了深入研究排气孔数量对方钢管混凝土耐火性能的影响,以排气孔数量、轴压比和含钢率为试验参数进行了7个方钢管混凝土短柱耐火性能试验。研究结果表明:排气孔数量会影响试件的鼓曲位置;排气孔数量越多,方钢管混凝土柱耐火极限越低,轴向变形(Δ)-升温时间(t)曲线的后期压缩变形速率越快;轴压比越大,方钢管混凝土柱的耐火极限越低,轴向变形(Δ)-升温时间(t)曲线的膨胀阶段越不明显;含钢率越高,方钢管混凝土柱耐火极限越低,对轴向变形(Δ)-升温时间(t)曲线的影响不大。从高温下钢管混凝土的损伤机理方面解释排气孔数量对方钢管混凝土耐火性能产生影响的原因。研究成果可为该类结构进行防火设计时提供参考。     

钢管再生混凝土柱力学性能研究进展

钢管再生混凝土作为一种新型组合结构形式,能够有效改善再生混凝土的固有缺陷.通过外部钢管对内部核心混凝土的约束效应,增强再生混凝土构件的力学性能和防灾效益.现有研究主要从理论分析、试验研究和验证模型入手,对钢管再生混凝土柱的力学性能和变形能力进行探究.基于近年来钢管再生混凝土柱的研究现状进行综述,阐述了钢管再生混凝土柱的力学性能、耐高温性能、耐火性能、抗酸侵蚀性能和抗震性能,并对今后研究方向提出了建议.     

外端板加强式钢管混凝土柱梁焊接节点受力性能分析

针对方形钢管混凝土柱与钢梁穿芯螺栓-加劲端板节点在反复荷载作用下易发生螺栓松动甚至断裂的问题,提出外端板加强式柱梁焊接节点。基于外端板加强式钢管混凝土柱-钢梁焊接节点抗震性能试验结果,运用ABAQUS对其抗震性能进行有限元分析,并与试验结果进行对比,进而对影响该类型节点受力性能的因素予以分析。研究结果表明:有限元分析的节点破坏模式、滞回曲线与试验结果吻合较好;加劲肋对节点的破坏模式、承载力与变形能力影响较大;柱子轴压比与钢梁腹板厚度对节点的承载力与变形能力有一定影响;混凝土强度与外端板厚度对节点承载力与变形能力影响较小。试验研究与有限元分析结果均表明,该类型节点承载力与变形能力等抗震性能指标良好,可在地震设防区应用。     

极限平衡法分析钢骨-钢管混凝土短柱承载力的简化方法

从钢骨-钢管混凝土组合柱的工作机理出发,分析了其各组成部分应力状态,提出了计算钢骨-钢管混凝土轴压短柱的简化模型。根据组合柱各组成部分极限(屈服)条件,应用极限平衡理论建立了截面的力学平衡方程,基于钢骨翼缘对核心混凝土的附加约束,推导了该组合柱的轴压极限承载力计算公式。计算结果表明,有关实验值与本文理论计算结果较吻合。     

外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱轴压承载力计算方法

约束混凝土可以有效改善混凝土的承载性能和延性,被广泛应用于工程实践中。针对轴压作用下多重箍筋约束混凝土柱的极限承载力计算问题,参考Sheikh提出的有效约束模型理论,建立外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱轴压下的约束理论模型。并以约束混凝土计算理论为基础,采用叠加原理和统一强度理论,推导该约束形式下混凝土柱的轴压承载力计算方法,应用有限元软件ABAQUS对该类新型约束混凝土柱进行数值模拟计算。结果表明:外方内双螺旋箍筋约束混凝土柱轴压承载力的理论计算值与模拟值吻合良好,且理论值偏于保守,多重约束混凝土的承载性能明显优于普通箍筋约束混凝土柱的承载性能。     

加载方式对钢管活性粉末混凝土短柱抗压性能影响的研究

钢管活性粉末混凝土的超高强度能有效减小构件的截面尺寸,减轻结构自重,在高层建筑和桥梁建设中都有良好的应用前景。考虑实际工程中钢管活性粉末混凝土结构可能出现的其中2种加载方式——全截面加载及核心混凝土加载,进行不同加载方式对钢管活性粉末混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究。试验结果表明,2种加载方式下试件的应力发展过程不一样,但极限状态时钢管切向应力均接近钢材的屈服强度,纵向应力均接近0,试件的极限承载力相差不大,但套箍作用和刚度有一定的差异。讨论2种不同加载方式作用下试件的破坏机理、极限承载力公式及荷载变形情况。利用有限元软件ABAQUS建模分析并与试验结果进行对比。