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。     

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。     

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。     

外套钢管加固偏心受压钢筋混凝土短柱承载力计算

利用静力法建立钢管加固既有短柱桥墩的承载力平衡方程,计算出加固结构内钢管对原柱混凝土和填充混凝土套箍指标的临界分界值。基于外套钢管加固钢筋短柱轴压结构分析中的套箍指标的影响,修正了加固后陈宝春的三向受压混凝土考虑紧箍力作用应力梯度和偏心率影响的应力-应变曲线,推导了外套钢管加固偏心受压柱结构的承载力计算公式,其计算结果与试验数据结果相对比,两者吻合较好。     

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。     

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。     

螺旋箍筋约束高强混凝土柱轴心受压性能试验研究

为探究螺旋箍筋约束高强混凝土柱的轴心受压性能,开展了42根螺旋箍筋约束高强混凝土圆柱的轴压试验,研究了混凝土标准立方体抗压强度(58.0~90.6 MPa)、箍筋屈服强度(480~1 219 MPa)、体积配箍率(1.00%~1.60%)与箍筋间距(45~80 mm)对螺旋箍筋约束混凝土柱受压承载力和变形能力的影响。试验结果表明:箍筋约束混凝土在达到峰值压应力时,约束箍筋可能达不到屈服;约束箍筋的强度和体积配箍率相同时,随着高强混凝土强度的增高,约束混凝土达到峰值压应力时箍筋的拉应变减小;混凝土轴心抗压强度、箍筋屈服强度相同时,随着体积配箍率的提高,约束混凝土峰值压应变增大,相应的横向应变也随之增大,箍筋拉应变也增大。基于试验结果,考察了峰值压应力下箍筋拉应变与体积配箍率、混凝土强度、箍筋屈服强度和箍筋间距之间的关系,建立了峰值压应力下约束箍筋拉应变计算公式。拟合得到了约束混凝土峰值压应力f_cc、峰值压应变ε_cc、下降段曲线的特征参数(峰值压应力后85%峰值应力下的轴向压应变ε_c85、50%峰值压应力的轴向压应变ε_c50)的计算公式。给出了考虑体积配箍率、混凝土轴心抗压强度、箍筋间距和箍筋屈服强度影响的箍筋约束高强混凝土的轴心受压应力-应变关系模型。     

反复荷载作用下钢管混凝土轴压承载力退化模式研究

为探讨钢管混凝土构件受压屈服后再次受荷时的承载力变化规律,以含钢率、套箍系数、核心混凝土中钢纤维掺量与反复加载次数为参数,对12根钢管混凝土短柱进行了反复轴压试验。结果表明:钢管混凝土短柱受压屈服后,如管壁出现开裂,再次承受荷载时其承载力下降显著。如管壁不出现开裂,截面含钢率高、套箍系数大时,构件承载力衰减缓慢,承载力损失较小;含钢率低、套箍系数较小时,承载力则先出现较大衰减,达到最小值后有小幅回升,承载力损失较大; 5次反复加载,试件承载力均保持在初始承载力的60%以上。     

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。     

不同配箍率和钢纤维掺量UHPC柱抗震性能试验

为明确超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）柱中配箍率和钢纤维掺量对抗震性能的影响,对不同配箍率（0%、0.25%和0.5%）与钢纤维体积掺量（0%、1%和2%）的5根超高性能混凝土足尺柱试件进行了抗震性能试验研究,分析了配箍率和钢纤维掺量对超高性能混凝土柱耗能能力、自复位能力、强度退化性能、刚度退化性能以及弯矩曲率关系的影响规律。基于对超高性能混凝土柱构件性能、箍筋应变以及等效侧向约束力的分析,提出钢纤维体积掺量与配箍率的等效计算公式。研究结果表明：①配箍率对正截面破坏超高性能混凝土柱的延性、耗能能力以及自复位能力均有影响,当配箍率从0%提高到0.5%时,柱试件的延性系数提高15%,耗能能力提高55%,自复位能力提高32%;②钢纤维体积掺量对超高性能混凝土柱破坏形态的影响显著,随着钢纤维体积掺量的增加,混凝土的压碎剥落现象得到明显改善,延缓了受压钢筋屈曲现象的发生,从而提高了柱的延性,当钢纤维体积掺量从0%提高到2%时,柱试件的延性系数提高45%,耗能能力提高142%,自复位能力提高42%;③对于正截面破坏的受压构件而言,采用钢纤维代替箍筋具有一定的可行性。对于所研究的超高性能混凝土柱而言,2%的钢纤维体积掺量可等效于0.51%的配箍率。     

水下不分散混凝土柱抗剪承载力试验研究

通过对水下不分散钢筋混凝土柱和普通钢筋混凝土柱在轴向荷载和水平低周反复荷载作用下的对比试验研究,分析了两者抗剪承载力的区别以及影响水下不分散混凝土柱抗剪承载力的因素,如剪跨比、轴压比、配箍率等。试验结果表明,用规范给出的公式计算水下不分散混凝土柱所得的结果与试验值相差较大,通过修正得出了水下不分散混凝土柱抗剪承载力的计算公式,计算结果与试验值较为吻合。     

复合钢管混凝土柱抗震延性分析

通过分析钢管混凝土强度提高的机理,对复合钢管约束混凝土的套箍系数计算提出建议。基于已有的复合钢管混凝土柱试验,采用通用非线性有限元软件ABAQUS建立了复合钢管混凝土的有限元模型。有限元分析结果与试验结果吻合良好。在此基础上,分析了设计名义轴压比、径宽比、套箍系数等参数对复合钢管混凝土柱位移延性系数的影响,得到了影响外层混凝土与核心混凝土之间轴力重分配和复合钢管混凝土柱位移延性的关键参数。通过回归分析,得到反映各关键参数影响的复合钢管混凝土位移延性系数的简化计算公式,为复合钢管混凝土柱设计中的延性计算提供参考。     

内填式钢管混凝土构件受箍机理分析

利用修正弹性模量的方法来计入内填式钢管混凝土轴压构件承载力的提高，并用能量法和最小势能原理从中导出了在轴向压力作用下内填式钢管混凝土构件受箍机理。分析表明，套箍系数不但与核心混凝土的泊松松比、截面半径及弹性模量有关，还与外围钢管的泊松比、钢管壁厚及弹性模量有关。     

轴心受压钢骨-钢管混凝土组合短柱力学性能研究

为适应建筑结构高耸、大跨的发展,提出了一种重载柱设计的新模式,即钢骨—钢管混凝土组合柱,该组合柱是在钢管混凝土内埋设钢骨。通过12根组合短柱的轴心受压试验,研究了钢骨—钢管混凝土组合短柱的力学性能,讨论了影响这种新型钢—混凝土组合柱性能的主要因素,包括混凝土强度、套箍指标和配骨指标等,给出了该种组合柱的承载力计算公式。研究结果表明:由于钢管、钢骨和混凝土的协同工作,该种组合柱不但具有很高的承载力,而且具有很好的延性,可大大提高建筑物的防倒塌能力;由所给组合柱承载力计算公式计算的结果与实测值吻合良好。     

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。     

锈蚀钢筋混凝土梁承载力计算方法及试验研究

为研究锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力和破坏形态,建立锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力计算公式,通过34根构件实测值验证计算公式准确性,开展14根锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力试验,研究锈蚀率和剪跨比对锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力的影响,结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力随剪跨比增加而减小,锈蚀率小于5%,锈蚀钢筋混凝土梁破坏状态与未锈蚀钢筋混凝土梁都呈现出剪切破坏状态,锈蚀率大于5%,锈蚀钢筋混凝土梁破坏形态由剪切破坏转化为弯曲破坏;锈蚀率10%是极限承载力变化临界点,每增加1%,小于临界点和大于临界点时极限承载力分别降低1.4%和5.6%。锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力计算值与试验值平均比值为1.05,计算公式具有较高精度。     

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。     

初始缺陷对钢管混凝土混合柱高墩极限承载力的影响研究

施工误差、材料性能不均匀等因素必然导致钢管混凝土混合柱高墩存在一定的初始缺陷。文中以四川干海子特大桥为工程背景,运用一致缺陷和改进随机缺陷理论,考虑材料非线性、几何非线性,对钢管混凝土混合柱高墩进行极限承载力分析,得到其极限承载力特征参数,进而研究初始缺陷对钢管混凝土混合柱高墩极限承载力的影响,并采用随机有限元法对初始材料缺陷进行极限承载力敏感性分析。结果表明,钢管混凝土混合柱高墩属于缺陷敏感结构,对于干海子特大桥110 m钢管混凝土混合柱桥墩,初始缺陷限值按现有规范取值风险较大,其初始缺陷限值建议取墩高的1/2 000;与一致缺陷模态法相比,结构初始缺陷值控制在较小范围内时,采用随机缺陷模态法计算所得钢管混凝土混合柱高墩的极限承载力偏小;沿墩高方向缺陷对结构极限承载力的灵敏度变化较大,呈现下部结构大于上部结构、两端大于中间的规律;干海子特大桥110 m钢管混凝土混合柱桥墩对顺桥向缺陷最敏感;钢管混凝土混合柱高墩材料缺陷对极限承载力的敏感性从大到小依次为纵向连接杆件外径、纵向连接杆件钢管壁厚、核心混凝土弹性模量、柱肢杆件外径、核心混凝土密度、钢材密度、柱肢杆件钢管壁厚。     

空心矩形薄壁墩延性抗震性能试验

为了深入研究矩形截面且空心薄壁桥墩的延性抗震性能,对4个模型墩在恒定的轴压和循环反复水平荷载作用下进行了拟静力试验。探讨了薄壁墩在压、弯、剪共同作用下的破坏形态、位移延性和耗能能力,考虑轴压比、配箍率2个参数对结构极限承载力和延性性能的影响。试验结果表明:模型墩的破坏形式为弯曲破坏,位移延性系数介于3.61~5.56之间;配箍率是影响桥墩延性抗震性能的主要因素,随其值的增加位移延性系数增大,箍筋能显著提高试件的延性和耗能能力;随着轴压比的提高,试件的承载力有所降低,后期变形能力减小,抗震性能越来越差;建立了具有8个控制点的恢复力模型,并给出了各控制点的计算公式。