加载方式对钢管混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究

钢管混凝土在铁路拱桥和桥墩中都有良好的应用前景.将实际工程中钢管混凝土结构的加载形式归纳成全断面加载、荷载仅施加于核心混凝土、荷载仅施加于钢管和钢管有初应力等4种.进行这4种不同加载方式(含初应力)对钢管混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究.试验结果表明,整个断面加载、荷载仅施加于核心混凝土和钢管有初应力这3种加载方式下试件的极限承载力相差不大,但套箍作用和刚度有一定的变化;对于荷载仅加于钢管的试件,其极限承载力与刚度均有较大幅度的降低,可不考虑钢管对混凝土的套箍作用.最后,在试验研究基础上讨论在这4种不同加载方式作用下试件的极限承载力计算方法.     

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。     

脱空钢管混凝土偏心受压力学性能试验研究

本文进行了30个核心混凝土脱空的钢管混凝土偏心受压构件试验研究,试验参数有脱空率、偏心率、加载模式及构件长细比.试验过程中记录了试件在各级荷载下的纵向、横向变形,以及中截面纵向、横向应变,获得了试件破坏时承受的最大荷载.试验结果表明,核心混凝土脱空降低了钢管混凝土极限承载力,脱空率越大,极限承载力越小;偏心率越大,极限承载力也越小;在脱空一侧加载较之在非脱空一侧加载的极限承载力小;脱空对长柱极限承载力影响比短柱小.     

方中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能对比试验研究

对4种不同截面形式的钢管混凝土试件进行轴压对比试验,试件分为方实心试件、方套圆中空夹层试件和2种内管不同放置形式的方套方中空夹层试件。试验结果表明:所有试件达到极限承载力之后,均出现外管焊缝开裂、内管向内凸曲的现象;在空心率不太大的情况下,方中空夹层钢管混凝土的轴压承载力比方实心钢管混凝土大;方实心试件比方中空夹层试件的横向应变发展快,方套圆中空夹层试件比方套方中空夹层试件的横向应变发展更快;采用有限元分析软件ABAQUS对轴压试件的荷载—变形全过程进行计算,得到的极限承载力与试验结果吻合较好。     

方中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能对比试验研究北大核心

对4种不同截面形式的钢管混凝土试件进行轴压对比试验,试件分为方实心试件、方套圆中空夹层试件和2种内管不同放置形式的方套方中空夹层试件。试验结果表明:所有试件达到极限承载力之后,均出现外管焊缝开裂、内管向内凸曲的现象;在空心率不太大的情况下,方中空夹层钢管混凝土的轴压承载力比方实心钢管混凝土大;方实心试件比方中空夹层试件的横向应变发展快,方套圆中空夹层试件比方套方中空夹层试件的横向应变发展更快;采用有限元分析软件ABAQUS对轴压试件的荷载—变形全过程进行计算,得到的极限承载力与试验结果吻合较好。     

膨胀剂掺量对钢管混凝土轴压性能影响试验研究

钢管混凝土中由于膨胀剂的加入补偿收缩作用明显,并产生一定的膨胀应力,使核心混凝土与钢管壁紧密结合。在钢管的紧箍力下,核心混凝土处于三向受压状态,能与钢管协同工作,从而提高钢管混凝土构件的极限承载力。本文对膨胀剂掺量分别为0,4%,8%,12%的钢管混凝土试件轴压下环向应力和承载能力进行试验研究。结果表明:膨胀剂掺量的增加会导致钢管壁环向应力增大从而降低轴压下钢管的承载力,并非膨胀剂掺量越多钢管混凝土极限承载力越大,掺量为4%时钢管极限承载力最高;将钢管混凝土极限承载力计算公式应用于掺膨胀剂钢管混凝土计算结果偏小,会造成原材料的浪费。     

圆钢管活性粉末混凝土长柱轴心受压承载力分析

应用 ABAQUS建立了圆钢管活性粉末混凝土( reactive powder concrete,简称 RPC)长柱有限元模型,计算得到16个试件的荷载-变形曲线和极限承载力,极限承载力计算结果与已有试验结果吻合较好。研究长细比和套箍系数对圆钢管RPC长柱轴心受压极限承载力的影响,并对长柱和短柱的受力性能进行了比较。研究结果表明：不同长细比试件的荷载-变形曲线在弹性阶段均吻合良好,在弹塑性阶段出现破坏以后,曲线均有不同程度的偏差;不同套箍系数试件弹性阶段的荷载-变形曲线及极限承载力均区别不大,套箍系数较大的圆钢管 RPC 长柱后期强度提高较大,且延性较好;圆钢管 RPC 短柱的弹性阶段比长柱有所延长,极限承载力亦显著增加;短柱破坏表现为核心混凝土破坏、钢管屈服,长柱破坏表现为整体失稳。     

酸雨环境下方钢管再生混凝土偏心受压试验研究

对酸雨腐蚀后的9根方钢管混凝土进行偏心受压试验研究,主要考虑偏心距、混凝土类型和酸雨腐蚀率变化对试件力学性能的影响。研究表明:整体上酸雨腐蚀试验与法拉第电化学腐蚀定律吻合较好,随着腐蚀率的增加,试件极限承载力、前期刚度及延性均有所降低;混凝土类型对试件破坏形态、极限承载力和前期刚度影响不大,钢管再生混凝土的延性略差于同等条件下的钢管普通混凝土;随着偏心距的增加,试件达到峰值荷载前竖向相对压缩率增大,刚度减小。采用有限元软件对所有试件进行建模分析,整体上有限元建模方法能够较好模拟酸雨环境下方钢管再生混凝土偏心受压全过程,计算所得试件的极限承载力与试验结果较吻合。     

通过外包活性粉末混凝土型钢梁抗弯性能试验研究

基于三榀外包活性粉末混凝土型钢简支梁的抗弯性能试验,观察试件的破坏过程、裂缝的分布与开展情况、挠度的变化特点和试件的破坏形态,得到外包活性粉末混凝土型钢梁试件的承载能力、典型荷载-挠度曲线和混凝土及型钢沿梁跨中截面高度的应变值;分析试件的的承载能力特征、荷载-挠度曲线发展的阶段性特点和梁跨中混凝土及型钢应变的分布规律,推导外包活性粉末混凝土型钢梁开裂荷载及正截面抗弯极限承载能力的计算公式。研究结果可为外包活性粉末混凝土型钢梁正截面抗弯的有关进一步理论计算提供试验数据和理论依据,为外包活性粉末混凝土型钢梁构件的进一步精细化研究打下基础。     

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。     

钢管自密实混凝土轴压受力机理试验研究

通过钢管混凝土短柱轴压试验,研究不同混凝土强度等级、钢管中部是否开小孔或不同高度的横槽以及不同加载方式对钢管自密实混凝土极限承载力、荷载—变形曲线和荷载—横向变形系数曲线的影响,探究钢管自密实混凝土的轴压受力机理。试验结果表明:当钢管与混凝土轴压同时受荷时,采用不同尺寸的应变片或中部某标距范围内的位移计测试可准确记录钢管的轴向变形;随着混凝土强度等级的提高,钢管自密实混凝土极限承载力不断增大,而剩余承载力基本不变;钢管与混凝土是否同时受荷对极限承载力和剩余承载力影响不大;钢管开小孔,钢管自密实混凝土轴向压缩变形性能减弱,钢管轴向承压能力减弱,而极限承载力和剩余承载力基本不变;钢管开槽,其受力机理发生变化,变形性能减弱,极限承载力降低,钢管更多地参与横向受拉工作。     

矩形中空夹层钢管混凝土纯弯构件的试验研究

中空夹层钢管混凝土是在两根同心放置的钢管夹层中灌筑混凝土而成的一种新型结构.本文以空心率为主要变化参数,设计了3根矩形中空夹层钢管混凝土和1根矩形实心钢管混凝土试件,通过试验研究了其在纯弯状态下的力学性能.试验结果表明:在加载过程中,所有试件均表现出良好的塑性性能;矩形中空夹层钢管混凝土抗弯承载力较矩形实心钢管混凝土有显著的提高;同时用有限元方法对试件弯矩—跨中挠度曲线进行计算,计算结果与试验结果吻合良好.     

钢管约束混凝土轴压短柱承载力的研究

传统钢管混凝土是将混凝土直接灌入钢管,然后全截面承压,使得混凝土处于三向受力状态;但这种结构形式及加载方式就决定其并没有最大发挥钢管的高抗拉性能及混凝土的高抗压特性.对此,笔者提出一种钢管约束混凝土受力体系,理论分析证明该体系较传统构件有着更大的承载力.     

弱黏结薄壁圆钢管混凝土短柱轴心受压试验

对5个薄壁钢管混凝土短柱进行了轴心受压试验。其中3个试件的钢管内壁与混凝土间的黏结作用被削弱,以研究此状态下核心混凝土与外钢管间荷载的传递方式、外钢管的受力状态以及试件的破坏模式。试验结果表明:削弱核心混凝土与外钢管间的黏结作用造成加载端混凝土的荷载份额增大,在该部分发生局部破坏的可能性增大,钢管纵深部分承担的荷载减少;混凝土内部设置钢管可以增强混凝土的承载能力,同时有利于荷载向纵深传递,使荷载在较大区域内均匀分布,有利于材料性能的充分发挥,可以作为钢管削弱或者核心混凝土与钢管间黏结作用削弱条件下提高承载力的一种构造措施。     

钢箱-混凝土组合梁抗弯承载力理论与试验研究对比分析

基于当前型钢-混凝土组合结构和钢管（方）混凝土结构在用于梁类结构方面存在的问题,提出了钢箱-混凝土组合截面梁,探讨该新型组合截面梁的抗弯性能及极限承载力。介绍了4根钢箱-混凝土组合梁（简支梁）的抗弯试验研究,并与理论计算结果进行了对比分析。对比研究结果显示：钢箱-混凝土组合梁的实测应力应变分布规律与理论分析基本一致,钢箱-混凝土组合梁正应变变化满足平截面假定;粱抗弯过程中内填混凝土与钢箱室壁粘结可靠;荷载位移关系（M-f曲线）与理论分析结果接近,梁具有良好的延性;极限抗弯承载力略高于理论结果,表明提出的考虑套箍效应的理论承载力计算公式可行且偏于安全。钢箱-混凝土组合梁通过进一步的试验与理论研究,具有广泛的应用前景。     

预应力AFRP筋混凝土构件抗弯性能研究

基于平截面假定和截面内力平衡条件,推导了预应力AFRP(一种纤维增强复合材料)筋混凝土构件正截面受弯承载力及截面开裂弯矩计算公式,并对5组具有相同整体配筋率、不同初始张拉控制应力的AFRP筋混凝土构件的抗弯性能进行了对比。研究结果表明:提出的预应力AFRP筋混凝土构件抗弯承载力及开裂弯矩计算公式可有效描述该构件的受力特征;AFRP筋的张拉控制应力对AFRP筋混凝土构件极限抗弯承载力影响较小;而张拉控制应力的增大可有效提高AFRP筋混凝土构件的抗裂承载能力;当张拉控制应力接近于预应力AFRP筋极限抗拉强度的25%时,构件抗裂承载力相应提升77.65%,有效地延迟了截面裂缝开裂的时间,提高了结构的抗弯刚度。     

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。     

圆钢管套箍混凝土轴压短柱受力机理分析

应用连续介质力学理论,建立圆钢管套箍混凝土同心圆柱体混凝土受压计算模型,建立圆钢管套箍混凝土组合弹性模量理论计算公式和组合应力—应变关系全曲线理论表达式。编制相应的计算程序,进行圆钢管套箍混凝土受力全过程数值分析。从圆钢管套箍混凝土加载过程的钢管环向应力—应变关系以及核心混凝土的轴向应力—应变关系、径向应力—应变关系等方面,探讨圆钢管套箍混凝土和圆钢管混凝土力学性能之间的差别,并用试验结果验证。分析结果表明:与钢管混凝土力学性能相比,钢管套箍混凝土中核心混凝土的径向压应力、纵向强度和钢管环向拉应力增加;圆钢管套箍混凝土将套箍约束作用发挥至最大,且其极限承载力和剩余承载力高,延性好,但组合弹性模量偏小。     

模拟酸雨腐蚀下方钢管混凝土抗震性能研究

为研究酸雨锈蚀对方钢管混凝土柱抗震性能的影响,设计并制作12根方钢管混凝土试件,按照试验方案将9根试件放入模拟酸雨溶液中浸泡,同时通电加速腐蚀,对全部试件进行低周往复荷载试验。观察试件的最终破坏形态,讨论腐蚀水平及轴压比对试件抗震性能的影响,并与相关规范计算出的低周往复荷载下试件压弯承载力对比。结果表明:试件均在焊缝开裂后迅速破坏;随着锈蚀率升高,滞回曲线由饱满变为梭形,试件的轴向承载力下降,骨架曲线有明显的降低趋势,延性系数下降,耗能能力降低;试件的耗能能力与轴向承载力均随着轴压比的增加而减小;本文试验结果与《钢管混凝土结构技术规范》和江西省规范预测结果均吻合良好,《钢管混凝土结构技术规范》偏于保守。     

内填外包钢管混凝土小偏心受压构件极限承载力分析

以大瑞铁路澜沧江特大桥主跨342 m上承式劲性骨架钢筋混凝土拱桥为背景,选取拱顶截面构造直杆短柱构件.依据弹塑性力学原理,考虑材料非线性,建立内填外包钢管混凝土小偏心受压短柱构件的截面极限承载力数值迭代算法.运用该算法和ANSYS块体单元有限元法分析构件极限承载力.结果表明:内填外包钢管混凝土偏心受压构件的承载力由外包混凝土控制,内填混凝土的强度虽有一定的提高,但纯钢管混凝土的套箍效应未充分发挥;荷载不变时,构件极限承载力随偏心距增加(保持小偏心受压不变)呈下降趋势,但该结构抗弯矩变化的能力较强;桥拱顶截面极限荷载系数在3.0以上,远高于规范要求的2.0安全系数要求,表明该桥拱顶截面具有足够的安全性;两种算法的误差小于6％,截面极限承载力数值迭代算法的结果略小,但完全能满足工程精度要求,因此,工程应用中完全可以采用截面承载力分析法计算该类构件的承载力.