帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱軸壓承載力計算的簡化方法

介紹15個帶約束拉桿方形鋼管混凝土短柱和8個帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱的軸壓試驗結(jié)果,分析鋼管壁厚度、拉桿直徑、拉桿水平間距等參數(shù)對其軸壓性能的影響。試驗研究結(jié)果表明,約束拉桿的設(shè)置有助于延遲鋼管的局部屈曲、提高方形鋼管混凝土短柱的軸壓承載力和延性,提高矩形鋼管混凝土短柱的延性。約束拉桿的作用主要表現(xiàn)為對核心混凝土的約束作用及通過改變鋼管側(cè)壁局部屈曲的邊界條件從而提高鋼管的屈曲強(qiáng)度。同時,在合理考慮拉桿作用的基礎(chǔ)上,應(yīng)用等效側(cè)向壓力的概念和基于混凝土真三軸試驗的破壞準(zhǔn)則確定核心混凝土的峰值強(qiáng)度,提出帶約束拉桿方形、矩形鋼管混凝土短柱軸壓承載力的計算方法,承載力計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。

采用帶約束拉桿矩形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系,建立了基于纖維模型法的模擬帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱承載力-變形全過程曲線的非線性分析方法。計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土偏壓短柱進(jìn)行參數(shù)分析,回歸了帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱單向和雙向偏壓曲率延性系數(shù)的簡化計算公式。公式的計算精度高,形式簡單。

基于纖維模型法非線性分析程序,利用帶約束拉桿矩形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系,模擬帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱承載力-變形全過程,計算與實驗結(jié)果吻合.研究表明,約束拉桿間距越小,直徑越大,鋼管壁厚越大,鋼材強(qiáng)度越小,偏壓短柱的延性指標(biāo)越大;混凝土強(qiáng)度和截面寬厚比越大,偏壓短柱的延性指標(biāo)越小;雙向偏壓短柱的延性指標(biāo)在0°和90°方向達(dá)最小,在截面角區(qū)方向達(dá)最大;各參數(shù)對雙向偏壓短柱截面延性系數(shù)-荷載角曲線的影響類似.

基于帶約束拉桿矩形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系,利用纖維模型法對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱承載力進(jìn)行數(shù)值計算,通過計算結(jié)果與試驗結(jié)果的比較驗證纖維模型法的合理性,同時討論各種因素對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱的單向偏壓和雙向偏壓承載力的影響。帶約束拉桿矩形鋼管混凝土偏壓短柱的參數(shù)分析結(jié)果表明,隨著約束拉桿間距的減少和直徑的增大,偏壓短柱的極限承載力增大;隨著鋼管壁厚的增大,偏壓短柱的軸力/軸壓承載力-抗彎承載力/純彎承載力(n/nu-m/mu)曲線往內(nèi)收攏;隨著混凝土強(qiáng)度和截面高寬比的提高,偏壓短柱的n/nu-m/mu曲線向外凸出;鋼材強(qiáng)度對n/nu-m/mu曲線的影響不明顯;雙向偏壓矩形短柱的極限承載力在最大主慣性軸方向達(dá)到最大,隨著截面高寬比的增大,最小極限承載力的位置從α=45°(方形截面)變化到α=90°(截面最小主慣性軸方向);各參數(shù)對單向偏壓和雙向偏壓短柱的n/nu-m/mu曲線的影響相類似。

提出一種矩形鋼管混凝土短柱軸壓承載力計算的新方法。與已有的計算方法不同之處在于,所提出的方法考慮了矩形鋼管截面長邊、短邊對核心混凝土約束作用大小不同的特點,應(yīng)用基于混凝土真三軸受力試驗的破壞準(zhǔn)則確定管內(nèi)核心混凝土的峰值強(qiáng)度;同時,考慮矩形鋼管截面長邊、短邊的豎向強(qiáng)度的差異,分別計算矩形鋼管長、短邊的豎向強(qiáng)度。應(yīng)用新方法對56根矩形鋼管混凝土柱試件的軸壓承載力進(jìn)行計算,計算結(jié)果與試驗結(jié)果比較表明,兩者吻合良好。

在鋼板中部位置設(shè)置具有約束鋼板外凸變形作用的水平拉桿,是改善異形鋼管混凝土柱力學(xué)性能的有效方法。該文介紹了8個帶約束拉桿l形鋼管混凝土偏壓短柱試件的試驗,結(jié)果表明約束拉桿的設(shè)置延遲鋼管局部屈曲的發(fā)生,有助于l形鋼管混凝土偏壓短柱承載力的提高;偏心受壓下該柱的截面應(yīng)變符合平截面假定。采用帶約束拉桿l形鋼管的管內(nèi)核心混凝土本構(gòu)關(guān)系,利用纖維模型法對試件偏壓極限承載力進(jìn)行數(shù)值計算,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。利用該數(shù)值方法對帶約束拉桿l形鋼管混凝土偏壓短柱進(jìn)行參數(shù)研究,分析了鋼材屈服強(qiáng)度、截面含鋼率、混凝土強(qiáng)度、拉桿約束系數(shù)及荷載角對n/nu-m/mu曲線的影響規(guī)律,在此基礎(chǔ)上提出帶約束拉桿l形鋼管混凝土偏壓短柱雙向壓彎承載力的簡化計算公式。

采用帶約束拉桿l形鋼管混凝土截面簡化方法,分別以統(tǒng)一理論、極限平衡理論和統(tǒng)一強(qiáng)度理論為基礎(chǔ),并考慮截面長寬比的影響,提出了帶約束拉桿l形鋼管混凝土軸壓短柱承載力計算公式。計算值與試驗值比較表明,以統(tǒng)一理論為基礎(chǔ)的簡化計算方法吻合較好。利用統(tǒng)一理論為基礎(chǔ)的簡化計算方法,對影響帶約束拉桿l形鋼管混凝土軸壓柱受力性能的因素:拉桿縱向間距、拉桿橫向間距、鋼管壁厚和鋼管屈服強(qiáng)度,進(jìn)行正交分析,為工程設(shè)計及應(yīng)用提供參考依據(jù)。

針對約束拉桿對矩形鋼管混凝土柱軸壓力學(xué)性能的影響,對8個軸壓試件進(jìn)行試驗,其中1個不設(shè)約束拉桿,7個設(shè)置約束拉桿。試驗主要參數(shù)為約束拉桿直徑和間距,鋼管寬厚比,截面長寬比。試驗結(jié)果表明:相對于方形截面試件,矩形截面試件設(shè)置約束拉桿后,在軸向壓力作用下,試件的承載力提高幅度不明顯,但對應(yīng)于峰值荷載的豎向應(yīng)變值隨約束拉桿的加強(qiáng)相應(yīng)增大,試件的塑性變形能力增大,延性提高。利用國內(nèi)已有文獻(xiàn)中關(guān)于矩形鋼管混凝土承載力計算方法及ec4(1996)關(guān)于方形鋼管混凝土計算方法,對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土軸壓試件承載力進(jìn)行計算,發(fā)現(xiàn)計算結(jié)果比試驗值偏低,計算方法偏于保守。

考慮矩形鋼管長邊、短邊對核心混凝土的不同約束作用,將其對核心混凝土所產(chǎn)生的側(cè)向壓力等效為圓形鋼管對核心混凝土產(chǎn)生的均勻側(cè)向壓力,并采用雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論對鋼管內(nèi)核心混凝土的受力進(jìn)行分析;提出了矩形鋼管混凝土短柱簡單、實用的軸壓承載力計算公式,并對影響因素進(jìn)行了分析;將該公式計算值與相應(yīng)文獻(xiàn)試驗值、其他公式計算值進(jìn)行了比較,吻合較好。結(jié)果表明:所推公式具有很好的適用性,為矩形鋼管混凝土柱的研究提供了一定的理論依據(jù)。

帶約束拉桿矩形鋼管混凝土柱的偏壓性能——通過對7個帶約束拉桿和2個不設(shè)約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱的單向偏心受壓試驗，研究了偏心率、約束拉桿水平間距對矩形鋼管混凝土短柱偏壓性能的影響．試驗結(jié)果表明：約束拉桿的設(shè)置有助于提高矩形鋼管混凝土偏壓短柱的...

在現(xiàn)有一般方形鋼管混凝土軸壓短柱承載力的主要計算方法的基礎(chǔ)上,利用前期對在帶約束拉桿方形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系的研究基礎(chǔ)上推導(dǎo)出的帶約束拉桿方形鋼管混凝土軸壓短柱的承載力計算公式,結(jié)合實際工程應(yīng)用的需要進(jìn)行簡化。分別應(yīng)用該公式、ec4(1996)規(guī)范及我國軍用標(biāo)準(zhǔn)gjb(2000)的相關(guān)公式對帶約束拉桿和不帶約束拉桿的方形鋼管混凝土軸壓短柱試件極限承載力進(jìn)行計算。計算值與試驗值對比表明:對一般方形鋼管混凝土軸壓短柱試件,三者計算結(jié)果比較接近,均能較好反映試件的真實承載力;對設(shè)置了約束拉桿的試件,該公式由于考慮了拉桿的約束作用,給出的計算結(jié)果更為合理,ec4(1996)及gjb(2000)給出結(jié)果的均值與試驗值接近,但離散性偏大。

通過對7個帶約束拉桿和2個不設(shè)約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱的單向偏心受壓試驗,研究了偏心率、約束拉桿水平間距對矩形鋼管混凝土短柱偏壓性能的影響.試驗結(jié)果表明:約束拉桿的設(shè)置有助于提高矩形鋼管混凝土偏壓短柱的延性,延遲鋼管的局部屈曲;帶約束拉桿矩形鋼管混凝土柱的偏壓承載力隨偏心率的增大而減小;在偏心率相同的條件下,試件延性隨拉桿水平間距的減小而增大.試件承載力的數(shù)值計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好,而國內(nèi)現(xiàn)有規(guī)程的計算結(jié)果總體上低估了帶約束拉桿矩形鋼管混凝土偏壓試件的承載力.

帶約束拉桿方形鋼管混凝土軸壓短柱的承載力計算(精)

在試驗的基礎(chǔ)上,分析了帶約束拉桿l形鋼管混凝土短柱的受力機(jī)理,將帶約束拉桿l形鋼管混凝土短柱劃分成一個方形和兩個帶約束拉桿的矩形鋼管混凝土短柱,提出了軸壓下帶約束拉桿l形鋼管混凝土短柱的承載力計算公式,并結(jié)合試驗數(shù)據(jù)確定了計算公式中的參數(shù)。用建議計算公式對有關(guān)試件進(jìn)行計算,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。

本文介紹了帶約束拉桿矩形鋼管混凝土柱的試驗,分析、解釋了試驗現(xiàn)象,對試件的破壞過程、荷載-應(yīng)變關(guān)系、約束拉桿的作用等方面作了較為詳細(xì)的討論。

提出帶約束拉桿預(yù)應(yīng)力矩形鋼管混凝土梁并分析其優(yōu)點,設(shè)計9根帶約束拉桿預(yù)應(yīng)力矩形鋼管混凝土梁和3根預(yù)應(yīng)力矩形鋼管混凝土梁共12根試件,開展單調(diào)靜力加載試驗,得到荷載-撓度曲線。同時,對上述試件拓展參數(shù)范圍,通過有限元軟件進(jìn)行模擬,并與試驗結(jié)果進(jìn)行對比,數(shù)據(jù)吻合較好。最后分析鋼板厚度、約束拉桿直徑、約束拉桿軸向間距等參數(shù)對帶約束拉桿預(yù)應(yīng)力矩形鋼管混凝土梁抗彎能力的影響。結(jié)果表明,約束拉桿對于使用薄鋼管的預(yù)應(yīng)力矩形鋼管混凝土梁抗彎能力的改善更具優(yōu)勢,約束拉桿的直徑、約束拉桿間距只要滿足構(gòu)造要求的情況下對帶約束拉桿預(yù)應(yīng)力矩形鋼管混凝土梁的抗彎性能影響不大。

帶約束拉桿矩形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系——對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土在軸壓下的受力機(jī)理進(jìn)行分析，在帶約束拉桿方形鋼管混凝土本構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上，針對矩形鋼管截面長邊、短邊對混凝土約束作用大小不同及約束拉桿沿長邊、短邊布置數(shù)量不同等特點，應(yīng)用基于混凝土...

對7個帶約束拉桿和2個不設(shè)約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱進(jìn)行偏心受壓試驗研究,主要研究偏心率、約束拉桿水平間距對矩形鋼管混凝土短柱偏壓性能的影響。試驗研究結(jié)果表明,在偏心壓力作用下,約束拉桿的設(shè)置有助于提高矩形鋼管混凝土短柱的延性,延遲鋼管的局部屈曲。帶約束拉桿矩形鋼管混凝土柱的偏壓承載力隨偏心率的增大而減小。在相同偏心率下,試件延性隨拉桿水平間距減小而增大。

基于已有的試驗研究與理論分析,給出了矩形鋼管混凝土中鋼管不出現(xiàn)局部屈曲時的最大寬厚比限值,同時提出大寬厚比下矩形鋼管混凝土中考慮鋼管屈曲的承載力計算方法。通過回歸分析給出了矩形鋼管混凝土軸壓短柱、軸壓中長柱的承載力簡化計算公式,簡化計算結(jié)果和大量試驗結(jié)果進(jìn)行對比,用試驗結(jié)果驗證了簡化計算結(jié)果的正確性。同時,采用cecs、dbj、ec4、lfrd及aij規(guī)程計算了矩形鋼管混凝土承載力并和試驗結(jié)果進(jìn)行對比,對比結(jié)果表明:歐洲ec4規(guī)程、dbj規(guī)程及簡化計算結(jié)果與試驗結(jié)果較為接近,所提出的簡化計算公式不僅適用于普通寬厚比下矩形鋼管混凝土承載力計算,且適用于大寬厚比下考慮局部屈曲時承載力計算,實現(xiàn)了普通壁厚和薄壁矩形鋼管混凝土承載力計算公式的統(tǒng)一。

采用帶約束拉桿方形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系,建立了基于纖維模型法的模擬帶約束拉桿方形鋼管混凝土短柱承載力-變形全過程曲線的非線性分析方法,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。利用經(jīng)試驗驗證的計算程序?qū)Ъs束拉桿方形鋼管混凝土短柱的單向和雙向偏壓延性進(jìn)行較系統(tǒng)的參數(shù)分析,回歸了帶約束拉桿方形鋼管混凝土單向和雙向偏壓延性簡化計算公式,公式的計算精度高,形式簡單。

帶約束拉桿l形鋼管混凝土短柱的偏壓試驗研究——對8個帶約束拉桿l形鋼管混凝土偏壓短柱試件進(jìn)行了試驗研究，討論其在不同約束拉桿設(shè)置、偏心率以及荷載角下的偏壓性能．結(jié)果表明，約束拉桿的設(shè)置改變了鋼管的屈曲模態(tài)，延遲了局部屈曲的發(fā)生，有助于l形鋼管混凝...

鋼管混凝土核心短柱承載力目前仍無統(tǒng)一計算方法,針對此問題,文章基于鋼管混凝土核心柱軸壓承載力計算方法與外圍普通鋼筋混凝土體積配箍率有著密切關(guān)系的認(rèn)識,分體積配箍率小于和等于大于臨界配筋率兩種情況建立了該柱軸壓承載力計算公式;當(dāng)外圍混凝土的配箍率小于臨界配箍率時,組合柱的破壞是由外圍混凝土控制,根據(jù)協(xié)同工作原理,通過對鋼管混凝土核心柱各組成部分荷載-變形曲線分析,建立了該柱軸壓承載力計算公式;當(dāng)外圍混凝土的配箍率等于或大于臨界配箍率時,核心柱破壞時鋼管內(nèi)外混凝土都能達(dá)到極限狀態(tài),采用極限平衡法推導(dǎo)該柱軸壓承載力計算公式。理論分析與實驗結(jié)果相吻合,表明了本文方法的正確性。