GFRP管高强混凝土组合柱轴心受压试验研究

文章通过4根GFRP管高强混凝土组合柱轴压试验,研究了加载方式及混凝土强度等参数对组合柱受力性能的影响.试验结果表明,组合柱承载力随着混凝土强度增加而增加,试件全截面受压时承载力较核心混凝土单独受压时高。根据试验研究与理论分析,建立GFRP管高强混凝土组合柱轴心受压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好。     

空心钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

为深入认识空心率对空心钢管混凝土轴压短柱工作性能的影响,对在轴压下空心钢管混凝土短柱的荷载-变形曲线、不同空心率的空心钢管混凝土短柱的混凝土纵向应力、钢管横向应力与纵向应力的变化采用有限元法进行分析。结果表明:随着空心率的减小,钢管的环向应力增大,核心混凝土的纵向应力增大。钢管对核心混凝土的套箍作用减弱,钢管屈服后纵向应力降低速率增大、环向应力增加速率加快。最后在极限平衡理论的基础上,建立在轴压状态下空心钢管混凝土轴压短柱承载力计算公式,与有限元计算结果相比较,该公式计算结果与之吻合度较好。与试验结果相比,公式与有限元的计算结果都更安全。     

钢管活性粉末混凝土轴压短柱受力性能试验研究

进行22根钢管活性粉末混凝土(钢管RPC)轴压短柱试验,分析其荷载-变形曲线、破坏特征和影响极限承载力的主要因素。试验研究表明:钢管RPC轴压短柱的荷载-纵向应变曲线弹性阶段约为极限荷载的90％~95％;套箍系数ξ较小时,在达到极限荷载后承载力急剧下降;ξ较大时,在达到极限荷载后承载力下降平缓并呈回升趋势。ξ较小的试件多呈剪切破坏形态;ξ较大的试件所有断面上均被墩粗,试件的上、下两端明显局部鼓曲。构件承载力随RPC强度fc的提高而提高,两者基本成线性关系;套箍系数ξ越大,构件承载力也越大,但钢管对RPC的约束效果比对普通混凝土的差。提出的钢管RPC轴压短柱极限承载力的实用计算公式计算出的结果与试验结果吻合良好。     

自密实补偿收缩混凝土填充钢管约束 RC柱的轴压性能

为研究自密实(SCC)补偿收缩混凝土填充钢管加固桥墩的轴压性能,研配了自密实补偿收缩混凝土,将其作为混凝土短柱和钢管之间的填充混凝土。制作外包钢管填充自密实补偿收缩混凝土加固混凝土短柱试件,以有无钢管外包约束、填充层混凝土强度、混凝土柱高度、核心混凝土直径、钢管壁厚度以及填充层厚度为试验参数,探究其对试件破坏模式、荷载—竖向相对位移曲线、钢管荷载—应变曲线的影响。在一定范围内,增大钢管壁厚度和核心混凝土直径能大幅度提高极限承载力;填充层起黏结和传力作用,对非全截面加载试件极限承载力无显著影响。验证了Mander公式对试验模型有良好的预估效果。     

钢管混凝土核心短柱轴压承载力计算方法研究

钢管混凝土核心短柱承载力目前仍无统一计算方法,针对此问题,文章基于钢管混凝土核心柱轴压承载力计算方法与外围普通钢筋混凝土体积配箍率有着密切关系的认识,分体积配箍率小于和等于大于临界配筋率两种情况建立了该柱轴压承载力计算公式;当外围混凝土的配箍率小于临界配箍率时,组合柱的破坏是由外围混凝土控制,根据协同工作原理,通过对钢管混凝土核心柱各组成部分荷载-变形曲线分析,建立了该柱轴压承载力计算公式;当外围混凝土的配箍率等于或大于临界配箍率时,核心柱破坏时钢管内外混凝土都能达到极限状态,采用极限平衡法推导该柱轴压承载力计算公式。理论分析与实验结果相吻合,表明了本文方法的正确性。     

矩形钢管钢纤维混凝土组合柱轴压承载力有限元分析

为探明钢纤维混凝土(SFRC)强度、钢纤维体积掺量、钢材强度和长径比等对矩形钢管SFRC组合柱轴压承载力的影响规律，根据正交试验设计32根柱，开展非线性有限元分析，得到荷载位移关系曲线。研究表明：矩形钢管SFRC轴压柱承载力受钢材强度、SFRC强度和钢纤维体积掺量影响显著，其中与钢纤维体积掺量呈近似直线变化，随着钢材强度增加承载力增速有所放缓。提出了矩形钢管SFRC轴压柱的承载力计算式，与相关文献试验值吻合良好。     

不同角度荷载作用下椭圆形钢管混凝土桥墩压弯性能研究

椭圆形钢管混凝土桥墩的流线外形可以有效降低水流等的作用，但是其截面特性较为复杂，尤其是当荷载沿非对称轴方向作用时，容易发生扭曲而降低强度。为了研究不同角度荷载作用下椭圆形钢管混凝土桥墩的压弯性能，本研究采用数值分析软件，建立并通过试验验证了可以精确模拟圆形钢管混凝土桥墩力学性能的数值分析模型。进一步地，利用模型分析了0°～90°不同角度加载时椭圆形钢管混凝土桥墩的压弯性能，分析了不同荷载角度对承载性能的影响规律。结果表明，随着加载角度从0°增加到30°、60°、90°,椭圆形钢管混凝土桥墩极限压弯承载力分别下降了5.38%、27.18%、37.03%;初始刚度随着荷载作用角度的增加而降低，屈服位移和极限位移随着水平荷载作用角度的增加而有所上升。本研究的结果可为椭圆形钢管混凝土桥墩的设计提供借鉴。     

水泥混凝土路面GFRP传力杆的优化设计

提出了水泥混凝土路面荷载传递效率新指标,给出了荷载传递效率η的定义,并以此系数作为评价GFRP传力杆传荷性能的标准。探讨了不同的纤维体积含量对各向异性GFRP传力杆等效三维模量的影响。采用Abaqus有限元软件,建立GFRP传力杆在车轮荷载作用下的全路面模型,首次从微观角度分析GFRP传力杆在不同纤维缠绕角度和纤维体积含量下对路面弯沉量、混凝土传力杆界面的最大拉、压应力以及单根传力杆传递的最大剪力值的影响,并给出了GFRP传力杆的纤维缠绕角度和纤维体积含量较优值。结果表明:在标准轴载作用下,GFRP传力杆较优的纤维缠绕角度为45°,较优的纤维体积含量为0.65。     

圆钢管混凝土轴压中长柱的承载力

首先应用模型柱法,对钢管混凝土轴压中长柱荷载-变形关系进行全过程分析,得到了钢管混凝土轴压中长柱承载力的数值解法;其次,根据切线模量法推导了钢管混凝土轴压中长柱稳定承载力计算公式;再次,基于模型柱法,探讨了构件长细比、混凝土强度等级、含钢率和钢材屈服强度对钢管混凝土轴压中长柱承载力稳定系数的影响,并在修正切线模量法推导的计算公式的基础上,建立了钢管混凝土轴压中长柱承载力实用计算公式;最后将该公式计算结果与各国216根钢管混凝土轴压中长柱承载力有效试验结果进行了对比。结果表明:该承载力计算公式所得结果与试验结果吻合较好,且偏于安全。     

FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压性能及承载力计算模型

为了给FRP-混凝土-钢管组合方柱的设计和施工提供参考,促进其在桥梁墩柱等腐蚀环境下的工程结构中应用,通过21根方柱的轴压试验,重点研究空心率、钢管径厚比和FRP约束特征值对FRP-混凝土-钢管组合方柱轴压性能的影响。基于极限平衡理论及FRP约束混凝土实心方柱的试验结果,对FRP-混凝土-钢管组合方柱进行受力分析,提出了其轴压承载力计算模型。结果表明:外层FRP管和内层钢管对FRP-混凝土-钢管组合方柱中的混凝土具有较大约束,其强度和延性均得到显著提高;其轴压性能与外层FRP约束程度和内层钢管径厚比密切相关;基于极限平衡理论提出的FRP-混凝土-钢管组合方柱极限承载力计算模型的计算过程简单,且计算值与试验结果吻合较好。     

基于极限状态钢管混凝土墩柱轴压承载力计算

为了探求钢管混凝土墩柱轴压承载力的新计算方法,基于极限状态下钢管和混凝土的受力特点,通过对国内外354个钢管混凝土轴压短柱试验数据的回归分析,得出了适用于普通钢管混凝土墩柱和钢管高强混凝土墩柱的侧压系数k值,给出了一个新的计算公式。该公式得到的普通钢管混凝土短柱轴压承载力计算值与试验值之比的平均值为0.969,均方差为0.101,钢管高强混凝土短柱轴压承载力计算值与试验值之比的平均值为0.971,均方差为0.116,可见计算结果与试验结果吻合良好,且略偏于保守。同时给出了轴压长柱的稳定承载力计算公式,对108个试件的数据分析表明:计算结果与试验结果总体上吻合良好。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土结构力学性能研究综述

为改善钢管混凝土套箍效应和节点传力可靠性问题,提出PBL加劲型矩形钢管混凝土结构,从管壁局部屈曲力学性能、构件力学性能、界面力学性能和节点力学性能4个方面,对已有研究成果进行总结,并与传统的钢管混凝土结构进行对比,综述了不同结构的宽厚比限值、轴压强度、轴压稳定、抗弯性能、压弯性能、剪切-滑移本构关系、节点传力长度、疲劳荷载作用下钢-混界面黏结性能、节点静力性能和节点疲劳性能,系统地阐述了PBL加劲型矩形钢管混凝土结构的力学性能优势。结果表明:在轴压和压弯荷载作用下,由于混凝土的支撑作用,以及PBL纵肋的加劲和连接作用,钢管的宽厚比限值相比矩形钢管混凝土结构提高到2倍以上;PBL加劲型矩形钢管混凝土构件轴压承载力相比矩形钢管混凝土有所提高,同时,PBL纵肋保证了构件的完全黏结,组合作用得到发挥,结构的轴压和抗弯刚度也得到提高;PBL加劲肋孔中的混凝土榫提供了较大的抗剪承载力,界面强度相比矩形钢管混凝土提高2倍以上,剪切模量提高3倍以上,有效缩短了节点传力长度,且疲劳荷载作用下,界面性能更可靠;管内PBL纵肋的抗拔作用,可有效限制节点部位主管表面弯曲变形,使节点刚度和承载力得到提高,焊趾位置热点应力集中系数明显减小,疲劳性能得到改善。     

设加劲肋钢管混凝土轴压短柱试验研究及有限元分析

为了进一步研究内设加劲肋钢管柱填充混凝土后的力学性能,参照某桥上、下弦杆截面,进行了内设加劲肋钢管混凝土柱的轴压短柱试验,得到了试件的极限承载力和破坏模式,并与内设加劲肋空钢管柱进行了对比。试验研究结果表明:内设加劲肋钢管混凝土柱力学特征存在明显三阶段破坏,破坏模式与设直肋薄壁钢管混凝土柱有所同,发生"半波"、"双波"破坏不及薄壁钢管混凝土柱明显。同时,采用大型通用有限元程序ANSYS建立了三维有限元模型,对试件的承载力和荷载应变曲线进行了分析,分析结果与试验结果吻合良好,在此基础上进一步分析了宽厚比对设加劲肋钢管混凝土柱受力性能的影响。     

FRP-混凝土轴压短柱的极限承载力研究

在线性Mohr-Coulomb强度准则的基础上,提出FRP-混凝土轴压短柱极限承载力计算时的基本假定,利用极限平衡法推导了FRP-混凝土轴压短柱的极限承载力公式,并通过与文献试验结果的比较,验证了理论公式的正确性。该结果为FRP-混凝土轴压短柱的极限承载力分析提供了一定的准则依据,对实际工程设计有一定的参考价值。     

主跨457 m钢箱拱桥弹性稳定及极限承载力研究

柳州官塘大桥为主跨457m中承式钢箱拱桥,拱肋采用单箱单室钢箱截面,为拱肋内倾角度10°的提篮式拱桥。为了研究大跨径提篮式钢箱拱桥的稳定特性,采用ANSYS有限元分析软件APDL参数化建模,分析钢材强度、拱肋安装初始缺陷、拱肋内倾角度对主拱弹性稳定和极限承载力的影响。研究表明:随着钢材强度的增大,极限荷载系数逐渐增大,且基本呈线性比例关系;弹性屈曲分析不能反映钢材强度的影响;随着拱肋内倾角度的增大,弹性稳定系数和极限荷载系数呈先增大后降低的趋势,拱肋内倾角度在12°~13°,具有最大的弹性稳定和极限承载力。     

GFRP筋混凝土柱抗震性能试验

为了掌握GFRP筋混凝土柱的抗震性能,通过5根全GFRP筋混凝土柱和1根混合配筋混凝土柱的低周反复加载试验,研究了体积配箍率、轴压比对GFRP筋混凝土柱抗震性能的影响,分析了混凝土柱抗震破坏形态和过程、滞回特性、变形与耗能能力、强度退化和刚度退化等特征。分别采用延性系数和综合性能指标2种延性评价方法评价其抗震性能,并进行对比。将抗弯承载力试验值与加拿大CAN/CSA-S806-12、美国ACI 440.1R-15和中国GB 50608—2010规范计算值进行了对比。在已有研究成果基础上,结合试验得出的骨架曲线进行分析,提出了全FRP筋混凝土柱理论骨架曲线的计算方法。研究结果表明:全GFRP筋混凝土柱最终因混凝土压碎和GFRP纵筋断裂而破坏,混合配筋混凝土柱因混凝土压碎和钢筋纵筋屈服而破坏,所有试件均未发生GFRP箍筋破坏且GFRP箍筋能够在试验过程中一直对混凝土提供有效约束;全GFRP筋混凝土柱的滞回曲线捏缩效应更加明显,且耗能能力稍低于混合配筋混凝土柱;采用传统的延性系数方法评价GFRP筋混凝土柱的抗震性能存在一定的局限性,而综合性能指标可全面反映GFRP筋混凝土柱较高的承载力和变形性能,且综合性能指标随体积配箍率增大、轴压比减小而逐渐增大;3种规范的抗弯承载力计算值均小于试验值,美国ACI 440.1R-15规范计算值安全储备最高。所建立的理论骨架曲线与试验骨架曲线总体上较为吻合。     

横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱轴压力学性能

横肋波纹板-方钢管(CPST)约束混凝土柱是由横肋波纹板与四角钢管焊接而成,并在腔内浇注混凝土形成的横肋波纹板约束核心混凝土、方钢管与混凝土共同承担轴向荷载构件。为了研究横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱的轴压性能,开展了3根横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱轴心受压试验。由于横肋波纹板具有较高的侧向刚度,核心混凝土能够得到较好的约束,但波纹板基本不承担轴向荷载,试件最终的破坏形式依次为方钢管局部屈曲、横肋波纹板向外鼓曲、方钢管内混凝土及核心混凝土均被压碎。在此基础上,利用ABAQUS分析了6类关键参数:混凝土的强度、正方形钢管/横肋波纹板的壁厚和抗压强度、钢管的截面尺寸。研究结果表明:如果提高混凝土强度,则抗压承载力提高,而延性降低;方钢管的厚度增加对柱的承载力和延性均有提升;方钢管的强度变高,承载力也随之提高;如果增加横肋波纹板的厚度,则承载力、延性都提高;横肋波纹板强度的变化对承载力影响不大,对延性有所提升;随着方钢管外截面尺寸变大,承载力呈现出提高的趋势。最后,基于Mander等提出的约束混凝土抗压承载力计算公式,通过引入综合影响变量,提出了计算横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱抗压强度的公式,期望为工程实践提供指引。     

中空超高性能混凝土短柱轴心受压试验研究

为研究不同壁厚的中空超高性能混凝土(UHPC)短柱在轴向压力下的变形和承载能力,制作4组不同壁厚的中空UHPC短柱试件,进行轴心受压试验,研究壁厚对试件裂缝发展、竖向变形、横向变形及承载力的影响。结果表明:初始裂缝均出现在荷载达到极限承载力的70%后,裂缝随荷载的增加发展不明显,破坏瞬间迅速开展;试件破坏前基本处于弹性阶段,纵向应变随荷载增加线性增大;壁厚较小时,试件存在端部破坏和板壁屈曲的现象;随着壁厚增大,试件的端部破坏和板壁屈曲情况得到改善;试件的宽厚比5时,承载力试验值和计算值吻合较好,宽厚比≥5时,计算承载力时应考虑0.8的修正系数。     

钢管混凝土核心短柱轴压承载力影响参数分析

基于假定的合理的钢管混凝土核心短柱各部分材料本构模型,依据力的平衡和变形协调两个条件,建立了组合柱轴压承载力分析力学模型;据此分析了位置系数、钢管含钢率、配箍特征值及混凝土强度等参数对其柱轴压承载力提高百分率的影响,并建议了较为经济的组合柱参数范围,其结论可为工程应用提供依据。     

UHPC圆形空心管柱轴压性能试验

为促进绿色桥梁建造与快速施工，充分发挥UHPC力学性能优势，将传统墩柱实心截面改变为UHPC圆形空心截面并加以研究。考虑到轴压是墩柱最基本的受力方式，设计并制作了6个UHPC和3个NC空心管柱试件，研究了不同材料、约束条件以及径厚比等因素对破坏形态与极限承载力的影响。在轴压试验前，通过多组材性试验测得所用UHPC的力学性能，并根据试验结果提出本构关系，用于后续的有限元分析。后续轴压试验表明：UHPC管柱试件中段无竖向裂缝，而NC管柱试件则出现了竖向贯穿裂缝；不同箍筋约束条件对试件初期刚度的影响较小，对极限承载力的影响较大，约束效应越强，极限承载力越高；对于面积相等的2组空心管柱试件，径厚比越小，极限承载力越高，当径厚比由9.5变为7时，试件的极限承载力平均提高了8.8%;其他条件相同时，提升材料强度并不能带来等比例极限承载力的提升。最后，根据实测本构关系建立有限元分析模型并与实测结果进行比对，荷载-位移曲线总体上吻合较好。研究成果可为后续预制拼装UHPC圆形空心管柱墩的设计与应用提供参考。