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。     

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.      

纵向初应力作用下圆钢管混凝土轴压短柱受力机理

应用连续介质力学,确立钢管在纵向初应力作用下的圆钢管混凝土同心圆柱体钢管和混凝土受压时的计算模型,推导了初应力作用下的钢管混凝土组合弹性模量计算公式和组合应力-应变关系全曲线的表达式,分析了不同初应力系数下钢管混凝土加载过程中的钢管轴向应力-应变关系、环向应力-应变关系以及核心混凝土的轴向应力-应变关系、径向应力-应变关系的变化情况,探讨了初应力系数对钢管混凝土力学性能的影响。分析结果表明:随着钢管纵向初应力的增大,核心混凝土的纵向刚度、径向压应力、纵向强度与钢管环向拉应力也有所降低,而相应的钢管纵向压应力有所增加,套箍约束作用和极限承载力也有所降低,但对组合弹性模量影响不大。     

圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件工作机理研究

利用有限元软件ABAQUS对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件进行研究,分析了混凝土强度、内外钢管屈服强度、轴压比、截面名义含钢率及空心率等参数对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件的荷载-变形关系曲线的影响规律,并对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件荷载-变形关系曲线进行全过程计算分析。结果表明:混凝土强度、外钢管屈服强度及截面名义含钢率越大,构件极限承载力越高,空心率越大,构件极限承载力越低,而随着轴压比的增大,构件承载力先增大后减小;圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件荷载-变形曲线可分为三个阶段:弹性段、弹塑性段和塑性段。通过对这三个阶段中内外钢管和混凝土固定端的截面纵向应力分布云图及钢管与混凝土间相互作用的分析,揭示了圆中空夹层钢管混凝土在压弯剪作用下的工作机理。     

考虑含钢率影响的核心型钢-混凝土组合柱受压计算分析

为了研究受不同含钢率影响的核心型钢-混凝土组合柱受压性能及其设计计算,以核心型钢-混凝土组合柱为研究对象,基于有限元与理论分析相结合的方法,利用ABAQUS建立组合柱的三维实体有限元模型,探讨了不同含钢率对外包混凝土柱和内嵌型钢柱的破坏特征与组合柱极限承载力的影响,提出了型钢承载占比的计算公式,在此基础上对现有理论公式进行了修正,用于分析不同含钢率下的组合柱极限承载力.结果表明:通过理论公式计算得到的组合柱极限承载力与有限元计算结果能较好地吻合,进一步验证了有限元模型的合理性;含钢率增大,可有效改善混凝土柱的局部破坏,减小应力集中现象,同时对内嵌型钢柱的受力起到有效保护作用,可延缓型钢柱的过早屈服,避免局部屈曲现象发生;此外,型钢承载比随着含钢率增大而提高,两者成正相关;在现有钢筋混凝土柱极限承载力理论公式的基础上考虑型钢承载比的影响,可更为准确地计算不同含钢率的组合柱极限承载力.研究成果可为型钢-混凝土组合构件的设计计算及相关规范的制定提供参考.     

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.      

钢管混凝土受压构件徐变分析

混凝土徐变使钢管混凝土构件发生应力重分布。根据弹性徐变理论,按龄期调整的有效模量法,导出了轴心受压和小偏心受压构件长期作用下钢管与核心混凝土徐变应力增量计算公式,计算值与试验结果吻合较好。进一步的数值分析表明,截面含钢率变化会显著影响钢管应力增量值的变化,但对核心混凝土应力增量影响不大;随着偏心率的增大,相同含钢率下钢管与核心混凝土应力增量几乎均呈线性变化。增大截面含钢率可降低钢管由徐变产生的附加内力,但根据截面内力按刚度分配的原则,钢管更多地承担外力,使钢管的总内力呈增大趋势,核心混凝土承受的外力显著减小,不利于钢管混凝土构件性能的发挥。     

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.     

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.      

圆钢管自密实混凝土纯弯力学性能

基于合理的钢材和核心混凝土拉压本构模型,利用截面分层法对钢管混凝土纯弯构件弯矩-曲率进行全过程分析,建立了钢管混凝土实用组合抗弯刚度、极限抗弯承载力等计算式和钢管混凝土组合梁单元弯矩-曲率全曲线实用计算方法,通过3根钢管自密实混凝土和1根钢管普通混凝土受弯构件的试验研究,考察了混凝土强度和含钢率对构件纯弯性能的影响。试验结果表明,受弯构件受压区钢管对混凝土产生约束套箍作用,受拉区钢管处于双向受拉应力状态,提高混凝土强度对提高极限弯矩作用不明显,而增大含钢率对提高极限弯矩作用较明显,并且与分层法相比,组合单元法在保证精度的前提下,减少了截面分层,提高了程序的计算速度。     

HSRC框架柱抗震性能试验研究

为了研究HSRC(high-strength reinforced concrete)框架柱的抗震性能,对19根HSRC框架柱采用低周反复加载方法进行拟静力试验.研究了HSRC框架柱在压弯剪共同作用下的破坏特征和抗震性能;分析了含钢量、轴压比、配箍率、剪跨比以及混凝土强度对HSRC框架柱抗震性能的影响.结果表明:与普通RC框架柱相比,HSRC框架柱极限承载力与延性显著提高,抗震性能明显改善;在压弯剪共同作用下,含钢量、剪跨比、混凝土强度对HSRC框架柱的抗震性能影响较大,轴压比、体积配箍率对HSRC框架柱的抗震性能影响较小;剪跨比大于等于3的HSRC框架柱的经济合理参数为:含钢量3.5%~4.5%;设计轴压比0.45~0.60;体积配箍率0.8%~1.0%.     

钢套管再生混凝土加固柱轴压试验

为实现建筑业节能减排的目标,提出了钢套管再生混凝土加固柱的新加固方法,对1个未加固柱、12个钢套管再生混凝土加固柱以及2个钢管混凝土柱进行轴压试验,并对试件的承载力和变形特点进行分析,并讨论了该加固柱的承载力计算方法.研究结果表明:加固后试件的承载力提高2.19～3.98倍,且加固柱的刚度、延性均比原柱有明显提高;钢套管再生混凝土加固柱的承载力为钢套管普通混凝土加固柱承载力的91.8%～97.0%;当填充再生混凝土强度由27.0 MPa增加到32.9 MPa时,加固柱的承载力仅提高2.67%;对于再生粗骨料取代率为50%的试件,当钢套管厚度由1.81 mm增加到3.84 mm和5.84 mm时,承载力分别提高了34.0%和77.8%;考虑原柱初始应力后,试件峰值应变减小47.1%～59.3%;钢套管加固柱与钢管混凝土柱具有类似的受力性能.采用不同规范计算试件的承载力,结果表明EC4规范公式的计算精度最高,稳定性最佳.      

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.     

圆钢管混凝土柱轴压承载力计算探讨

在大量国内外实验数据分析的基础上,回归了钢管混凝土轴压短柱强度承载力和长柱稳定承载力的计算公式,计算结果与实验结果符合较好;该公式计算简单,物理概念明确,可为工程设计提供参考.     

受火冷却后钢管混凝土叠合短柱的轴压力学性能

为掌握受火冷却后钢管混凝土叠合短柱的轴压破坏机理和力学性能,基于试验研究和有限元模拟,分析了叠合短柱的破坏模式、轴压极限承载力和轴向刚度.考虑截面形状、钢管尺寸和长细比3个参数的变化,完成了8根叠合短柱在ISO-834升温曲线作用下的受火试验和受火冷却后的轴压承载力试验,并采用ABAQUS进行了非线性有限元模拟.研究结果表明:与钢筋混凝土短柱相似,受火冷却后叠合短柱的破坏模式为受压破坏;与常温时相比,受火180 min冷却后,叠合短柱的轴压极限承载力下降27.4%~38.2%,轴向刚度下降61.4%~69.0%;当受火时间和钢管尺寸均相同时,钢管外部钢筋混凝土结构层增大1.53倍厚度,受火冷却后圆形叠合短柱的轴压承载力和轴向刚度降幅分别下降8.4%和1.3%,方形叠合短柱的轴压承载力和轴向刚度降幅分别下降5.8%和4.1%;与模拟值相比,提出的简化计算方法计算的轴压极限承载力偏差的平均值和标准差分别为4.9%和5.3,计算的轴向刚度偏差的平均值和标准差分别为13.8%和9.8.     

基于桁梁实桥试验的钢管混凝土界面传力机制

为分析钢管混凝土桁梁桥的承载性能和钢-混凝土组合作用机理,进行了桁梁上、下弦钢管混凝土界面传力行为实桥试验和全桥板壳-实体有限元参数分析;以主跨71 m的简支半穿式钢桁梁桥为依托,沿其上、下弦杆节间长度范围内共布设102个应变测点,测试并分析了加载车作用下钢管轴向应变分布和钢-混凝土界面传力特征;采用ABAQUS软件建立了试验桥板壳-实体有限元模型,经实测挠度与应变数据验证模型的可靠性后,进行了界面连接状态、界面抗剪刚度、钢管厚度、管内混凝土强度等对钢管混凝土界面传力性能的参数影响分析。分析结果表明:钢管轴向应变分布规律可反映钢管混凝土界面传力的基本特征;钢管混凝土桁架上、下弦杆节点区域均出现界面剪力不均匀分布现象,钢-混凝土界面有效传力范围内钢管轴向应变呈负指数函数分布,其他区域钢管轴向应变保持不变;完全脱黏的钢管混凝土桁架弦杆的钢管轴向应变在节点一定范围内呈二次抛物线函数分布;钢管轴向应变因界面连接状态所表现出的不同应变分布规律和剪力传递长度可用于评价钢管混凝土组合作用强弱和界面工作状态;桁架弦杆的剪力传递长度随钢管厚度和管内混凝土强度的增加而增大,钢管厚度的影响更显著;在钢管混凝土桁架弦杆内设置抗剪连接件可缩短剪力传递长度。      

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.      

长期荷载作用下钢管混凝土轴心受压构件初始应力分析

在分析弹性工作范围的钢管混凝土轴心受压短柱受力特点的基础上,对在长期荷载作用下钢管混凝土轴心受压构件的初始应力进行了分析。推导出在荷载作用下,三向应力状态的核心混凝土应力计算公式,引进了对钢管混凝土构件截面积的折减系数。与其它初始应力的简化公式的计算结果对比表明,此公式能全面反映含钢率、钢材及混凝土级别等因素对初始实力的影响。     

微型钢管混凝土构件抗弯性能数值模拟研究

影响微型钢管混凝土构件抗弯性能的主要因素有混凝土强度等级、钢管壁厚、桩径、钢材屈服强度等4个因素,为了研究这4个因素对微型钢管混凝土构件抗弯性能的影响,采用有限元软件ABAQUS,通过数值模拟的手段对其进行研究。研究结果表明:微型钢管混凝土构件的抗弯强度随着混凝土强度等级的提高不断增大,但是增幅在逐渐减小;微型钢管混凝土构件的抗弯强度随钢管壁厚的增加而增加,两者几乎呈线性相关;微型钢管混凝土构件的抗弯强度随桩径的增大而增大,且增长速率随着桩径的增大逐渐在增大;微型钢管混凝土构件的抗弯强度随钢材屈服强度的增大而增大。另外,基于有限元数值计算结果,最后提出了微型钢管混凝土构件的极限抗弯承载力表达式,与试验结果进行对比,两者吻合良好。通过与各规程进行对比,提出的抗弯承载力计算方法用于微型钢管混凝土构件更合适。     

方中空夹层钢管混凝土轴压柱承载力有限元分析

深入研究方中空夹层钢管混凝土构件的力学性能是该类结构的基础.文章结合已有文献中方中空夹层钢管混凝土柱的轴压试验,采用ANSYS软件分析钢管混凝土轴压构件,混凝土采用考虑钢管约束效应的本构关系,钢材采用双线形随动强化模型,采用ANSYS(APDL)编制命令流,并结合数值方法对方中空夹层钢管混凝土轴压柱的荷载-变形关系的分析.显示ANSYS计算结果和试验结果以及数值计算吻合较好.