装配式圆钢管约束混凝土柱的轴压性能

为了研究钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能，基于试验研究结果，对钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能进行了有限元分析. 首先通过有限元建立了现浇式和装配式圆钢管约束混凝土柱模型；然后从承载力-平均纵向应变关系曲线、钢管应力、钢筋应力和混凝土应力方面对比了现浇式与装配式柱的轴压性能；其次分析了装配式柱变形形态及受力机理；最后提出了装配式柱轴压承载力计算方法. 研究结果表明:与现浇式柱相比，装配式柱也具有良好的轴压性能和延性性能，钢管及钢套管对核心混凝土的约束作用更强，轴压承载力提高幅度为1.94%～6.17%；增加钢管厚度对提高装配式圆钢管约束混凝土柱轴压承载力最有效，提高幅度达59.15%，增加箍筋间距对其轴压承载力影响较小，减小幅度为2.91%；钢管纵向应力在靠近钢套管与钢管连接处较大，钢管环向应力在钢管通缝上、下附近区域较大，在钢套管装配处也较大；所提装配式柱轴压承载力公式计算值（N_uc）与有限元值（N_uf）、试验值（N_ut）的比值均值分别为0.964、1.014，方差分别为0.003 5、0.002 9.      

矩形不锈钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为了研究矩形不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能,对7组不同截面尺寸的矩形不锈钢管混凝土短柱进行轴压试验,得到了不同试件的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-横向应变曲线、荷载-纵向应变曲线、荷载-长宽比曲线,分析了矩形截面长宽比对试件承载力的影响. 研究结果表明:矩形不锈钢管混凝土短柱在轴向压力作用下,其典型破坏模式为试件局部向外屈曲破坏;在相同长宽比的情况下,壁厚由4 mm增加到6 mm时,试件承载力增加25%~57%;在相同壁厚的情况下,长宽比由1增加到2,试件承载力减小22%~30%;将本文试验数据与国内外普通碳钢钢管混凝土柱的相关规范和标准的计算结果进行对比分析,发现不锈钢管混凝土短柱轴压承载力较相同截面的普通碳钢钢管混凝土短柱承载力平均高出14%;通过数值拟合得到了轴压承载力计算公式,该计算公式能较好地预测矩形不锈钢管混凝土短柱轴压承载力.      

圆钢管H型钢再生混凝土短柱的轴压承载力分析

为了研究圆钢管H型钢再生混凝土短柱轴压力学性能，对此类构件轴压承载力计算公式进行了理论推导，基于极限分析法，运用双剪统一强度理论，并依据H型钢和钢管对核心区再生混凝土约束效果的不同，分别计算H型钢约束区再生混凝土和钢管约束区再生混凝土承载力，提出一套圆钢管H型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算公式，考虑了钢管内径厚比、套箍系数、H型钢配钢指标以及再生粗骨料取代率对短柱轴压承载力的影响, 同时也适用于无H型钢的圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算. 将推导得到的钢管有效约束力代入承载力计算公式所得结果与相关试验结果对比误差在10%以内，吻合较好，验证了承载力计算公式的有效性和精确度.      

钢管轻集料混凝土短柱偏心受压性能的试验

进行了18根钢管轻集料混凝土短柱的偏心受压试验.分析了偏心荷载作用下不同含钢率、偏心率的钢管轻集料混凝土短柱的破坏过程、破坏模式及破坏机理,并对试件的承载力影响参数及其承载力性能开展了研究.试验结果表明,钢管轻集料混凝土短柱在偏压荷载作用下,其荷载-挠度曲线主要分弹性阶段、弹塑性阶段和下降段;内填轻集料混凝土能够有效延缓外侧钢管的局部屈曲;试件的破坏模式属于弹塑性破坏或塑性破坏;在试件中截面,钢管对核心轻集料混凝土的约束作用与受力区域及加载过程有关;含钢率和偏心率对试件的极限承载力性能有一定影响,含钢率越大,试件承载力极限也越大,偏心率越大,试件极限承载力越小;钢管轻集料混凝土短柱偏压承载力与相同条件下的钢管普通混凝土短柱大致相当.     

绕丝加固钢管混凝土柱轴压承载力计算

通过对缠绕不同间距钢丝绳的钢管混凝土柱试件进行轴心受压试验,研究绕丝加固钢管混凝土柱的承载力、强度、变形能力以及破坏的发展形态,并与普通钢管混凝土柱对比,研究钢丝绳用量(不同间距)对其力学性能的影响。研究结果表明:缠绕钢丝绳可以明显提升钢管混凝土柱的承载能力,提升幅度随着缠绕钢丝绳间距的减小而增大,缠绕钢丝绳对钢管混凝土柱起到了很好的约束效果,且间距越小,其约束效果越好,承载力性能提升越明显。基于相关试验结果,预测绕丝加固钢管混凝土柱的承载力计算模型,验证了该预测模型与试验结果总体一致。     

钢管复合桩承载特性模型试验研究

为研究钢管复合桩的承载性能,进行了剪力环、泥皮和防腐涂层共同作用下的钢管复合桩和钢筋混凝土桩室内模型试验,对比分析了试件的荷载-变形曲线、钢管变形等参数,并采用分解分析法对钢管复合桩的套箍效应进行了分析.试验及计算结果表明,钢管复合桩承载性能较钢筋混凝土桩显著提高,套箍效应使得钢管复合桩承载力较空钢管和钢筋混凝土桩承载之和提高9.8%,混凝土抗剪强度提高了1.2倍;钢管对核心混凝土产生的紧箍作用沿界面长度增大,且随荷载的增加而增大;在防腐涂层、泥皮和剪力环(间距90 cm)共同作用下,钢管套箍效应带来的混凝土紧箍力最大值可达2.32 MPa;规范ACI (2005)适合于泥皮、防腐涂层和剪力环共同作用时钢管复合桩极限承载力的计算.      

钢管混凝土柱徐变稳定性分析

为了探讨混凝土徐变对钢管混凝土柱轴向荷载作用下长期稳定性的影响,基于能量法和按照龄期调整的有效模量法,应用失稳准则,推导了考虑徐变和屈曲前变形的两端铰接、一端固定一端铰接和悬臂柱3种边界条件下的钢管混凝土柱长期稳定临界力计算公式,研究了该类柱徐变稳定临界力与核心混凝土强度的影响规律,并将规范取值与该临界力进行了对比. 研究结果表明:考虑徐变的钢管混凝土柱稳定临界力与徐变系数有关,相同计算长度但不同边界条件的该类柱徐变稳定临界力一致;核心混凝土强度的提高,会减小徐变对构件稳定临界力的影响;当按现行混凝土结构设计规范对核心混凝土强度等级低于C45的钢管混凝土柱进行设计时,应注意徐变失稳问题;钢管混凝土柱的徐变稳定承载力在前60 d下降明显且占总下降量约80%,在100 d后承载力逐渐趋于稳定.      

酸雨环境下钢管混凝土柱轴压性能研究

通过通电方法对钢管混凝土试件进行加速腐蚀,分析混凝土强度、长细比和酸雨溶液p H值等参数对受酸雨腐蚀后钢管混凝土柱的轴压力学性能影响,并与未腐蚀钢管混凝土柱的轴压力学性能进行对比。分析结果表明:钢管腐蚀会引起钢管混凝土柱的套箍系数降低,从而导致钢管混凝土柱承载力和刚度下降,最终影响结构的安全性;酸雨腐蚀后钢管混凝土柱的承载力随内填混凝土的强度等级提高而增大;随钢管混凝土短柱的长细比增大而减小。     

方中空不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能

为促进方中空不锈钢管混凝土构件在土木工程中的应用，以不锈钢外管厚度和混凝土强度为变量的6组试件为研究对象，首先，进行轴压试验，得到了不同试件在轴压荷载作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线，并进一步分析了不锈钢方管宽厚比、核心混凝土强度以及不锈钢方管约束效应系数对方中空不锈钢管混凝土短柱极限承载力的影响；然后，初步讨论了倒角对强度和延性的影响，提出了避免内管先于外管屈曲的最小厚度计算方法；最后，基于试验结果以及已有文献数据，采用拟合方法推导了方中空不锈钢管混凝土短柱的抗压承载力计算式，并与已有文献的简化模型及国外主要规范的计算结果进行对比.研究结果表明：试件宽厚比由34.9降至20.9，极限承载力的提升率平均为98.5%，核心混凝土强度由C40提升至C60时，试件极限承载力的提升率平均为7.3%；短柱的轴压极限承载力随约束效应系数近似呈线性增加，约束效应系数ξ越大，短柱的承载力越高；本文得到的计算式可以较好地预测方中空不锈钢管混凝土短柱的轴压承载力.     

高压输电塔主材的角钢并联加固轴压承载力

提高输电杆塔主材局部稳定性的承载力，可有效地避免输电塔倒塌事故的发生. 为此，通过6个轴心受压角钢并联加固试验、1个单角钢轴心受压试验和分析13个有限元模型，得到了试件的荷载-位移曲线和荷载-应变曲线以及构件的Mises应力云图，确定了试件的受力规律和应变规律以及设计参数对构件承载力的影响规律. 分析表明:试件原角钢的局部屈曲失稳为试件主要破坏形式；加固角钢的单元最大强度达到223.1 MPa；填板夹具的单元最大强度达到83.7 MPa；试件整体应变以竖向应变为主，填板夹具以剪切应变为主；均匀受压板理论的屈曲公式可以较好地计算出该加固试件的极限承载力；角钢并联加固法可以提高单角钢40%承载能力.      

再生混凝土骨料包裹桩承载特性试验研究

采用再生混凝土骨料替换包裹碎石桩碎石芯料，形成一种新型地基处理方式——再生混凝土骨料包裹桩，以改善采用包裹碎石桩处理液化及软弱土地基时碎石强度未能充分发挥的问题.开展了模型试验，研究包裹长度、刚度及长径比对再生混凝土骨料包裹桩单桩承载特性和骨料破碎度的影响.研究结果表明：包裹长度为1倍～6倍桩径时，延长包裹长度可显著提高桩体承载力，包裹长度小于1倍或大于6倍桩径时，包裹长度对承载力改善不明显；包裹材料的临界刚度约为100 kN/m，当小于临界刚度时，增加包裹刚度能显著提高桩体承载力，大于临界刚度时，增加包裹刚度不再明显改善桩体承载力；再生混凝土骨料包裹桩桩长不变时，长径比大于10的桩体承载力较低，桩体主要在10～30 cm深度内产生不同程度的局部弯曲，长径比小于7的桩体承载力较高，桩体主要发生轻微鼓胀变形，无局部弯曲；混凝土骨料的破碎度与桩体能承受的极限荷载呈正相关，增加包裹长度、刚度及桩径均会增加芯料的破碎度.因此，进行再生混凝土骨料包裹桩单桩设计时应充分考虑包裹长度、刚度和长径比与芯料破碎度之间的关系，以获取最优设计方案.     

自密实再生混凝土的基本力学性能试验研究

为了研究自密实再生混凝土的基本力学性能,通过立方体抗压强度试验、轴心抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验和弹性模量试验,观察了自密实再生混凝土的受压和受拉破坏过程和破坏形态,分析了再生粗骨料替代率对自密实再生混凝土基本力学性能的影响,探讨了普通混凝土和再生混凝土的各力学性能指标之间的换算关系对自密实再生混凝土的适用性. 结果表明:自密实再生混凝土受压和受拉的破坏形态与普通混凝土相似;当再生粗骨料替代率由0增加至100%时,自密实再生混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量分别降低了15.5%、12.7%、25.6%和11.5%,而自密实再生混凝土的峰值应变增大了19.8%;再生粗骨料替代率对自密实再生混凝土的泊松比无显著影响;普通混凝土和再生混凝土的各力学性能指标之间的换算关系不适用于自密实再生混凝土,提出的自密实再生混凝土的立方体抗压强度与其他力学性能指标之间的换算关系具有较高精度.      

轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱耐火性能

为探讨轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱的耐火性能,对4根轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱进行了试验研究,并对火灾荷载比、截面含管率和截面边长等对耐火性能的影响进行了有限元分析.研究结果表明:当火灾荷载比减小、截面含管率和截面边长增大时,火灾作用下试件的轴向膨胀变形增大,轴向压缩变形减小;在相同的升温曲线和火灾时间作用下,截面边长增大时,柱内温度降低;含管率变化对柱内温度场影响较小.火灾荷载比、截面边长和长细比是影响轴心受压方形截面叠合柱耐火性能的主要因素;含管率、纵筋配筋率和材料强度变化对轴心受压方形截面叠合柱耐火性能的影响较小.      

矩形钢管混凝土柱局部屈曲分析

在矩形钢管混凝土柱中采用薄壁钢板将引起局部屈曲,局部屈曲会降低钢管混凝土柱的强度、延性和抗弯刚度。主要分析在偏心荷载作用下,矩形钢管混凝土柱局部临界屈曲应力σcr的变化情况。因此,通过引入应力梯度系数φ来描述偏心距,并应用伽辽金法推导出了矩形钢管混凝土柱局部屈曲的临界应力公式。从公式可知,随着应力梯度系数φ的增加,矩形钢管混凝土柱中外包钢板的局部屈曲应力会减小。另外,完全的轴心压力对矩形钢管混凝土柱的局部屈曲是不利的。     

再生粗骨料混凝土干燥收缩特性理论模型

为研究再生粗骨料混凝土的干燥收缩特性,收集了现有12项研究与32组收缩数据并进行了比较,试验时间跨度为41~480 d,分析参数包括水灰比(0.36~0.68)、普通混凝土抗压强度(27~60 MPa)、再生粗骨料替换率(20%~100%)、相对湿度(43%~65%)、湿养护时间(1~28 d)和测量收缩的时间(41~480 d);通过比较试验数据和理论预测结果,利用基于天然骨料混凝土干燥收缩试验数据的多个统计指标,评估了现有ACI 209R-92模型、Bazant-Baweja B3模型以及FIB MC2010模型;采用基于Fathifazl等研究的方法来评估混凝土的干燥收缩增量;通过上述选定模型来评估再生粗骨料混凝土的干燥收缩率的增量,并使用评价残差、欧洲国际混凝土委员会(CEB)变异系数、CEB均方差与CEB偏差等统计指标评价了试验数据。研究结果表明:当将已知收缩行为的天然骨料混凝土的部分或全部粗骨料替换为已知残留砂浆含量的再生粗骨料,可以最准确地预测总收缩的演变;通过将残余砂浆系数应用于天然骨料混凝土的实测收缩量,可以相对准确地预测再生骨料混凝土的收缩;当再生粗骨料混凝土的替代率为20%~33%时,残余砂浆系数为1.03~1.08,当再生粗骨料混凝土的替代率为50%时,残余砂浆系数为1.07~1.16,即再生骨料混凝土的干燥收缩率比天然骨料混凝土的干燥收缩率增加了约16%或更小;当再生粗骨料混凝土的替代率为100%时,残余砂浆系数为1.18~1.76;当天然骨料混凝土的替代率大于50%时,再生粗骨料混凝土的干燥收缩率的增加相比天然骨料混凝土的干燥收缩率的增加更明显。由此可见,当前的研究方法可用于利用扩展的数据库进一步改进再生粗骨料混凝土干燥收缩行为的理论预测。      

Prediction of Axial Capacity of Concrete-Filled Square Steel Tubes Using Neural Networks

The application of artificial neural network to predict the ultimate bearing capacity of CFST （ concrete-filled square steel tubes） short columns under axial loading is explored. Input parameters consiste of concrete compressive strength, yield strength of steel tube, confinement index, sectional dimension and width-to-thickness ratio. The ultimate bearing capacity is the only output parameter. A multilayer feedforward neural network is used to describe the nonlinear relationships between the input and output variables. Fifty-five experimental data of CFST short columns under axial loading are used to train and test the neural network. A comparison between the neural network model and three parameter models shows that the neural network model possesses good accuracy and could be a practical method for predicting the ultimate strength of axially loaded CFST short columns.