各國規(guī)程對(duì)圓鋼管混凝土短柱軸壓承載力對(duì)比分析

在統(tǒng)一強(qiáng)度理論的基礎(chǔ)上,對(duì)配有縱向鋼筋和箍筋的圓鋼管混凝土短柱軸心受壓時(shí)的受力性能進(jìn)行了分析;考慮了鋼管和箍筋對(duì)混凝土的約束作用,推導(dǎo)出了配筋圓鋼管混凝土短柱的軸壓承載力計(jì)算公式;分析了中間主應(yīng)力、鋼管徑厚比和體積配箍率對(duì)承載力的影響。將公式的計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,二者吻合較好。結(jié)果表明:統(tǒng)一強(qiáng)度理論對(duì)于配筋圓鋼管混凝土軸壓短柱的理論計(jì)算有非常好的適用性,為配筋鋼管混凝土柱的分析計(jì)算提供了一定的理論依據(jù)。

圓鋼管混凝土是圓鋼管內(nèi)填充混凝土后形成的一種組合截面構(gòu)件,在工程結(jié)構(gòu)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文借助有限元分析軟件ansys,考慮兩種材料本構(gòu)關(guān)系的非線性建立了組合截面短柱在軸壓作用下的非線性有限元模型。并通過數(shù)值算例采用剝離分析的方法,得到了軸壓作用下處于復(fù)雜應(yīng)力場的極限承載力,以及鋼材和核心混凝土軸力分配與縱向應(yīng)變的關(guān)系曲線,與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比相吻合。

在統(tǒng)一強(qiáng)度理論的基礎(chǔ)上,對(duì)圓鋼管約束型鋼混凝土短柱的軸心受力性能進(jìn)行理論分析;采用厚壁圓筒統(tǒng)一強(qiáng)度理論計(jì)算鋼管對(duì)核心型鋼混凝土的約束應(yīng)力,推導(dǎo)出圓鋼管約束型鋼混凝土短柱的軸壓承載力公式;并對(duì)影響因素進(jìn)行分析。將公式的計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)果吻合較好,說明統(tǒng)一強(qiáng)度理論對(duì)于圓鋼管約束型鋼混凝土軸壓短柱的理論計(jì)算有很好的適用性,可為圓鋼管約束型鋼混凝土柱的分析計(jì)算提供一定的理論依據(jù)。

為了深入研究鋼管高強(qiáng)混凝土軸壓短柱破壞模式與破壞機(jī)理,提出適合鋼管高強(qiáng)混凝土軸壓短柱極限承載力計(jì)算方法,針對(duì)圓鋼管高強(qiáng)混凝土軸壓短柱大都發(fā)生剪切破壞這一典型現(xiàn)象,引入莫爾-庫侖強(qiáng)度理論,從理論上分析其發(fā)生剪切破壞的原因和受力機(jī)理,并從剪切破壞的角度提出了鋼管高強(qiáng)混凝土軸壓短柱承載力計(jì)算方法。利用基于圓鋼管高強(qiáng)混凝土軸壓短柱試驗(yàn)研究和有限元分析回歸得到的處于復(fù)雜應(yīng)力場中的鋼管縱向應(yīng)力σv-縱向應(yīng)變?chǔ)抨P(guān)系曲線和鋼管橫向應(yīng)力σh-縱向應(yīng)變?chǔ)抨P(guān)系曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式,得到了鋼管高強(qiáng)混凝土軸壓短柱承載力包絡(luò)線的簡化計(jì)算方法,簡化計(jì)算曲線與試驗(yàn)曲線吻合良好,可用于分析鋼管高強(qiáng)混凝土軸壓短柱的受剪承載力。

基于雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論,分析了鋼管以及處于三向受壓的核心混凝土的受力狀態(tài),建立了內(nèi)配雙圓鋼管的鋼骨混凝土短柱的軸壓極限承載力計(jì)算公式,并對(duì)影響因素進(jìn)行了分析。將公式計(jì)算結(jié)果與相應(yīng)文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,吻合良好;同時(shí)將該公式應(yīng)用于工程實(shí)例,并將其計(jì)算結(jié)果、相應(yīng)文獻(xiàn)公式計(jì)算結(jié)果與有限元模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)該公式計(jì)算結(jié)果吻合度較好。

參照普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方法,按照再生粗骨料摻入量0、25%、50%、75%和100%制作了長徑比為4.0、徑厚比為20.75的共五組15個(gè)試件,進(jìn)行軸心受壓試驗(yàn),研究不同再生粗骨料取代率對(duì)圓鋼管再生混凝土短柱承載能力的影響。結(jié)果表明:鋼管再生混凝土柱的軸壓破壞形態(tài)與鋼管普通混凝土柱相似,鋼管再生混凝土柱的實(shí)測彈性極限荷載比鋼管普通混凝土柱低,且隨再生粗骨料取代率的增加而降低,和再生粗骨料取代率成反比關(guān)系。在摻入量合適的情況下,圓鋼管再生混凝土柱應(yīng)用實(shí)際是可行的。

cfrp-鋼管混凝土軸壓短柱承載力分析 笫23卷第1期vo1.23no.1 2006年1月jan.2006 工程 eng眥ering 力學(xué) mechanics149 文章編號(hào):1000.4750(2006)01.0149.05 cfrp一鋼管混凝土軸壓短柱承載力分析 顧威,趙穎華,尚東偉2 (1.大連海事大學(xué)交通工程與物流學(xué)院,大連116026:2.沈陽市建筑研究院,沈陽 110016) 摘要:對(duì)cfrp.鋼管混凝土軸壓短柱這種新型構(gòu)件的受力性能進(jìn)行了理論分析,提 出了此類構(gòu)件承載力計(jì)算的 基本假定;采用極限平衡法,推導(dǎo)出鋼管屈服時(shí)構(gòu)件承載力和碳纖維片拉斷時(shí)構(gòu)件 極限承載力的解析計(jì)算式;對(duì) 8根cfrp-鋼管混凝土軸壓短柱和4根鋼管混凝土柱的極限承載力進(jìn)行試驗(yàn)研究, 并將解析分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 比較,證明了提出的解析計(jì)算式的正確性

http://www.***.*** -1- 圓鋼管混凝土軸壓中長柱承載力研究1 丁發(fā)興*，余志武 (中南大學(xué)土木建筑學(xué)院，湖南長沙410075) *e-mail:dinfaxin@mail.csu.edu.cn 摘要：本文建立了圓鋼管混凝土軸壓中長柱承載力實(shí)用計(jì)算公式。首先應(yīng)用模型柱法，對(duì) 鋼管混凝土軸壓中長柱荷載-變形曲線進(jìn)行全過程分析，得到了鋼管混凝土軸壓中長柱承載 力的數(shù)值解法；其次，根據(jù)切線模量法推導(dǎo)了鋼管混凝土軸壓中長柱穩(wěn)定承載力計(jì)算公式， 與模型柱法計(jì)算結(jié)果相比，模型柱法偏于安全；再次，基于模型柱法，探討了構(gòu)件長細(xì)比、 混凝土強(qiáng)度等級(jí)、含鋼率和鋼材屈服強(qiáng)度對(duì)鋼管混凝土軸壓中長柱承載力穩(wěn)定系數(shù)的影響， 并在修正切線模量法推導(dǎo)的計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，建立了鋼管混凝土軸壓中長柱承載力實(shí)用計(jì) 算公式，得到了國內(nèi)外216根鋼管混凝土軸壓中長柱承載力有

在4種無初應(yīng)力的啞鈴型鋼管混凝土柱極限承載力計(jì)算方法的基礎(chǔ)上,引入考慮初應(yīng)力影響的折減系數(shù),得到了考慮初應(yīng)力影響的啞鈴型鋼管混凝土短柱軸壓極限承載力的計(jì)算公式;通過合理地考慮中間主應(yīng)力和材料拉壓比對(duì)啞鈴型鋼管混凝土短柱軸壓極限承載力的影響,提出了一種新的基于雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論的計(jì)算方法。將各種計(jì)算方法的計(jì)算值與試驗(yàn)值進(jìn)行比較,驗(yàn)證了本文計(jì)算公式的合理性,并分析了各種方法的基本特點(diǎn),可供工程應(yīng)用參考。

型鋼_鋼管混凝土短柱軸壓承載力可靠度分析

為檢驗(yàn)型鋼-鋼管混凝土短柱軸壓承載力計(jì)算公式的可靠性,根據(jù)gb50068—2001《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》,采用monte-carlo模擬法對(duì)組合柱軸壓承載力計(jì)算公式進(jìn)行可靠度分析,研究了可變荷載類型、荷載效應(yīng)比、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、套箍系數(shù)及配骨指標(biāo)對(duì)組合柱軸壓承載力可靠度指標(biāo)的影響。分析結(jié)果表明:在所研究的參數(shù)范圍內(nèi),型鋼-鋼管混凝土短柱軸壓承載力可靠度指標(biāo)隨可變荷載組合類型的變化而變化,隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高和鋼管壁厚的減小而增大,配骨指標(biāo)對(duì)組合柱軸壓承載力可靠度指標(biāo)的影響不明顯,隨荷載效應(yīng)比的增大可靠度指標(biāo)呈先增加后降低的趨勢;除個(gè)別公式外,各計(jì)算公式基本滿足統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)延性構(gòu)件可靠度指標(biāo)的要求。

異形鋼管混凝土短柱軸壓承載力的計(jì)算分析

由于異形鋼管混凝土特殊的優(yōu)點(diǎn)(經(jīng)濟(jì)美觀,施工方便,承載力強(qiáng)、延性與韌性好)和應(yīng)用的廣泛(高層建筑和橋梁等一些承重結(jié)構(gòu)),但是目前主要是對(duì)異形鋼管混凝土柱工作機(jī)理和力學(xué)性能方面的研究,以及約束拉桿、隔板、勁肋等對(duì)異形鋼管混凝土柱承載力及穩(wěn)定性的影響,對(duì)t形鋼管混凝土的軸壓承載力計(jì)算方法還是研究的比較少的.本文主要是對(duì)t形鋼管混凝土短柱軸壓承載力計(jì)算方法的歸納總結(jié),通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析文獻(xiàn)中提出的異形鋼管混凝土短柱軸壓承載力計(jì)算公式的準(zhǔn)確性.

采用統(tǒng)一強(qiáng)度理論,對(duì)方鋼管混凝土短柱的核心混凝土有效約束區(qū)和非有效約束區(qū)進(jìn)行受力分析,通過方鋼管的寬厚比對(duì)方鋼管與核心混凝土間的約束效應(yīng)進(jìn)行控制,提出了方鋼管混凝土短柱軸壓極限承載力的計(jì)算公式,并對(duì)其影響因素進(jìn)行了分析。然后將其推廣到不同截面形式的鋼管混凝土短柱軸壓極限承載力的計(jì)算中,將計(jì)算值與試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了公式的合理性。該研究為鋼管混凝土短柱承載力的研究提供了一定的理論依據(jù)。

用試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算方法研究了普通方鋼管混凝土柱的軸壓承載能力。設(shè)計(jì)了2種復(fù)合截面方鋼管混凝土短柱,與普通方鋼管混凝土短柱做了對(duì)比軸壓試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,在受壓柱變形的過程中,加勁肋有效地抵抗了管壁的屈曲,加肋復(fù)合方鋼管混凝土柱的軸壓承載力有明顯提高。用數(shù)值方法對(duì)加肋復(fù)合方鋼管混凝土柱的軸力應(yīng)變?nèi)^程進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。提出了軸壓承載力的簡化計(jì)算方法。加勁肋是提高方鋼管混凝土柱承載力的有效途徑。

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

目的方鋼管混凝土短柱軸心受壓承載力存在尺寸效應(yīng),為了提高大尺寸方鋼管混凝土軸心受壓承載力設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確性,研究了考慮尺寸效應(yīng)的方鋼管混凝土短柱軸壓承載力計(jì)算方法.方法筆者介紹了日本aij規(guī)范、美國aisc-lrfd規(guī)程、歐洲ec4規(guī)范和我國韓林海等提出的方鋼管混凝土短柱軸壓承載力計(jì)算公式,并用這些公式對(duì)收集的大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了計(jì)算分析,然后在已有的計(jì)算公式基礎(chǔ)上引入尺寸效應(yīng)模型,采用修正后的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算并與未修正的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較.結(jié)果現(xiàn)有的方鋼管混凝土短柱軸壓承載力計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果存在明顯的尺寸效應(yīng),而在這些計(jì)算公式中引入尺寸效應(yīng)模型進(jìn)行修正后,計(jì)算結(jié)果的尺寸效應(yīng)得到了明顯改善.結(jié)論筆者探討的4種計(jì)算公式都存在隨著構(gòu)件尺寸增大計(jì)算結(jié)果比實(shí)驗(yàn)值偏大的趨勢,即計(jì)算公式無法準(zhǔn)確反映構(gòu)件軸壓承載力存在的尺寸效應(yīng);通過引入混凝土材料的尺寸效應(yīng)模型,對(duì)方鋼管混凝土軸壓承載力計(jì)算公式進(jìn)行修正,可以有效減小方鋼管混凝土軸壓承載力的尺寸效應(yīng)影響,從而為方鋼管混凝土軸心受壓承載力設(shè)計(jì)計(jì)算提供參考.

為研究鋼管混凝土短柱軸心受壓承載力與鋼管的作用,通過理論分析,建立了鋼管約束承載力提高系數(shù)λ與套箍指標(biāo)、鋼管縱向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力的關(guān)系。通過對(duì)124根軸心受壓鋼管混凝土短柱試驗(yàn)結(jié)果的分析,建立了λ與套箍指標(biāo)和鋼管屈服強(qiáng)度的關(guān)系式,提出了引入λ的鋼管混凝土短柱軸心受壓承載力計(jì)算公式。公式反映了鋼管的直接承載作用和約束作用的大小,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果符合良好。

利用perzyna提出的三向應(yīng)力狀態(tài)下的彈—黏塑性本構(gòu)模型,通過引入雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論,對(duì)空心圓鋼管混凝土軸壓短柱的核心混凝土進(jìn)行了彈—黏塑性承載力分析,提出了空心圓鋼管混凝土軸壓短柱的極限承載力計(jì)算公式,與文獻(xiàn)資料的試驗(yàn)結(jié)果作了比較,驗(yàn)證了理論公式的正確性。分析了混凝土的黏性、混凝土的拉壓強(qiáng)度比以及中間主應(yīng)力對(duì)圓鋼管混凝土柱承載力的影響,該結(jié)果可為鋼管混凝土柱的承載力分析計(jì)算提供了一定的理論依據(jù)。

圓形鋼管混凝土柱在偏心受壓時(shí)產(chǎn)生套箍效應(yīng),使得其結(jié)構(gòu)承載能力大大提升,其結(jié)構(gòu)也被廣泛的應(yīng)用。文章在前人研究成果的基礎(chǔ)上,研究鋼管及管內(nèi)混凝土受力情況,并推導(dǎo)材料力學(xué)公式,提出了圓形鋼管混凝土短柱偏壓承載力簡易計(jì)算公式,從而使圓形鋼管混凝土短柱偏心受壓承載力的計(jì)算簡單方便。

配筋鋼管混凝土短柱軸心承載力試驗(yàn)研究——通過對(duì)配筋鋼管混凝土短柱進(jìn)行軸壓試驗(yàn)，對(duì)其在軸心荷載作用下的承載力進(jìn)行了研究，對(duì)影響其承載力的各種因素進(jìn)行了分析，并給出了配筋鋼管混凝土的適用條件及設(shè)計(jì)建議，為其工程應(yīng)用提供了參考。

傳統(tǒng)鋼管混凝土是將混凝土直接灌入鋼管,然后全截面承壓,使得混凝土處于三向受力狀態(tài);但這種結(jié)構(gòu)形式及加載方式就決定其并沒有最大發(fā)揮鋼管的高抗拉性能及混凝土的高抗壓特性。對(duì)此,筆者提出一種鋼管約束混凝土受力體系,理論分析證明該體系較傳統(tǒng)構(gòu)件有著更大的承載力。