基于統(tǒng)一強(qiáng)度理論矩形鋼管混凝土短柱軸壓承載力計(jì)算

研究了偏心受壓時(shí)矩形鋼管混凝土中受壓區(qū)鋼管對(duì)混凝土的緊箍力計(jì)算方法,根據(jù)莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則導(dǎo)出了受壓區(qū)混凝土強(qiáng)度的計(jì)算公式,并以極限平衡理論為基礎(chǔ),推導(dǎo)了偏心受壓矩形鋼管混凝土短柱承載力的計(jì)算公式;制作了10個(gè)相同含鋼率的矩形鋼管混凝土短柱,按不同的偏心率進(jìn)行加載試驗(yàn),測(cè)出其極限承載力,并將計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,結(jié)果吻合較好.

采用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(duì)帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱承載力進(jìn)行了數(shù)值分析,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。利用經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證的計(jì)算程序?qū)Ъs束拉桿矩形鋼管混凝土短柱軸壓和單、雙向偏壓承載力進(jìn)行了較系統(tǒng)的參數(shù)分析,回歸出帶約束拉桿矩形鋼管混凝土軸壓和單、雙偏壓承載力簡(jiǎn)化計(jì)算公式,公式的計(jì)算精度高,形式簡(jiǎn)單,便于應(yīng)用,可供工程設(shè)計(jì)參考。

為了獲得帶單向約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱軸壓承載力實(shí)用計(jì)算公式,進(jìn)行了試驗(yàn)和分析.根據(jù)帶拉桿構(gòu)件的核心混凝土約束應(yīng)力分布特點(diǎn),結(jié)合現(xiàn)有的試驗(yàn)結(jié)果,提出將矩形截面以約束拉桿為界線劃分為幾個(gè)子區(qū)域,并將拉桿視為等效鋼板的方法,采用已有的鋼管混凝土統(tǒng)一理論計(jì)算公式計(jì)算每個(gè)子區(qū)域的軸壓承載力,得出帶單向約束拉桿的矩形鋼管混凝土構(gòu)件軸壓承載力計(jì)算公式,修正后的公式中考慮了約束拉桿的影響,拓寬了統(tǒng)一理論計(jì)算公式的適用性.采用該公式計(jì)算的帶約束拉桿的矩形鋼管混凝土構(gòu)件軸壓承載力與已有的試驗(yàn)結(jié)果吻合良好.

介紹15個(gè)帶約束拉桿方形鋼管混凝土短柱和8個(gè)帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱的軸壓試驗(yàn)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(duì)其軸壓性能的影響。試驗(yàn)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(duì)核心混凝土的約束作用及通過(guò)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(shí),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(yàn)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(jì)算方法,承載力計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。

基于已有的試驗(yàn)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(shí)的最大寬厚比限值,同時(shí)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(jì)算方法。通過(guò)回歸分析給出了矩形鋼管混凝土軸壓短柱、軸壓中長(zhǎng)柱的承載力簡(jiǎn)化計(jì)算公式,簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果和大量試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,用試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果的正確性。同時(shí),采用cecs、dbj、ec4、lfrd及aij規(guī)程計(jì)算了矩形鋼管混凝土承載力并和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,對(duì)比結(jié)果表明:歐洲ec4規(guī)程、dbj規(guī)程及簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為接近,所提出的簡(jiǎn)化計(jì)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(jì)算,且適用于大寬厚比下考慮局部屈曲時(shí)承載力計(jì)算,實(shí)現(xiàn)了普通壁厚和薄壁矩形鋼管混凝土承載力計(jì)算公式的統(tǒng)一。

為了探討橡膠粉取代率和橡膠粉粒徑對(duì)矩形鋼管橡膠混凝土力學(xué)性能的影響,進(jìn)行了8個(gè)矩形鋼管橡膠混凝土軸心受壓短柱的試驗(yàn)研究,比較了設(shè)計(jì)規(guī)程(如美國(guó)aci(2005)和aisc(2005)、日本aij(2008)、英國(guó)bs5400(2005)、歐洲ec4(2004)及中國(guó)cecs(2004))對(duì)矩形鋼管橡膠混凝土強(qiáng)度承載力的適用性.結(jié)果表明:橡膠粉取代率和橡膠粉粒徑均對(duì)矩形鋼管橡膠混凝土力學(xué)性能影響顯著,上述各設(shè)計(jì)規(guī)程計(jì)算獲得的強(qiáng)度承載力與試驗(yàn)結(jié)果相比均偏于安全,可為實(shí)際工程提供參考.

預(yù)應(yīng)力矩形鋼管混凝土梁的承載力探討——針對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件無(wú)明顯的抗彎優(yōu)勢(shì)，而預(yù)應(yīng)力能使預(yù)應(yīng)力鋼筋的高強(qiáng)抗拉性能得到發(fā)揮和使鋼管混凝土構(gòu)件具有良好抗壓性能，分析了預(yù)應(yīng)力對(duì)矩形鋼管混凝土梁的影響，探討了預(yù)應(yīng)力矩形鋼管混凝土梁的承載力特性，在受力機(jī)...

依據(jù)鋼管混凝土統(tǒng)一理論,將其研究成果推廣應(yīng)用于復(fù)式鋼管混凝土軸壓強(qiáng)度計(jì)算中,分析了復(fù)式鋼管混凝土軸壓受力機(jī)理,考慮不同內(nèi)外鋼管截面形式,提出復(fù)式鋼管混凝土等效套箍系數(shù),分別計(jì)算實(shí)復(fù)式鋼管混凝土和復(fù)式空心鋼管混凝土短柱的軸壓強(qiáng)度.公式計(jì)算結(jié)果分別與文獻(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明:在滿足一定的含鋼率和空心率范圍內(nèi),可以用統(tǒng)一理論計(jì)算復(fù)式鋼管混凝土的軸壓承載力,為復(fù)式鋼管混凝土承載力設(shè)計(jì)計(jì)算提供了新的理論方法.

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,通常采用間距較密的箍筋或螺旋箍筋來(lái)約束混凝土以提高柱的抗剪承載力和延性,防止因抗剪能力不足而引起的破壞。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中的核心混凝土由于受鋼管的約束不會(huì)因剪切而崩壞和剝落,導(dǎo)致削弱承載力。鋼管混凝土強(qiáng)度的提高與很多因素有關(guān),包括鋼管的強(qiáng)度、形狀、大小、混凝土的力學(xué)性能、試件的長(zhǎng)度以及約束效應(yīng)等。

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(duì)帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱承載力進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,通過(guò)計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較驗(yàn)證纖維模型法的合理性,同時(shí)討論各種因素對(duì)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(duì)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(duì)單向偏壓和雙向偏壓短柱的n/nu-m/mu曲線的影響相類似。

矩形鋼管混凝土析架節(jié)點(diǎn)極限承載力研究

矩形鋼管混凝土桁架具有整體剛度大、抗震性能好、節(jié)點(diǎn)形式簡(jiǎn)單、施工方便、節(jié)點(diǎn)承載力大、造型優(yōu)美的優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于我國(guó)的橋梁和空間結(jié)構(gòu)等大跨、重載結(jié)構(gòu)中。矩形鋼管混凝土t型節(jié)點(diǎn)常見于vier-endeel和fink桁架中,節(jié)點(diǎn)的合理與否對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性與工程造價(jià)有很大影響。國(guó)內(nèi)外對(duì)其研究雖然開展相對(duì)較晚,但已經(jīng)引起多方面的足夠重視。本文應(yīng)用大型有限元軟件abaqus對(duì)t型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)分析,以探究各參數(shù)影響其靜力力學(xué)性能的規(guī)律。

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(guò)程曲線的非線性分析方法。計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。對(duì)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(jiǎn)化計(jì)算公式。公式的計(jì)算精度高,形式簡(jiǎn)單。

矩形鋼管混凝土內(nèi)隔板式節(jié)點(diǎn)抗剪承載力研究——在對(duì)方鋼管混凝土框架節(jié)點(diǎn)受力機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，利用形狀改變比能理論和混凝土斜壓桿力學(xué)模型推導(dǎo)了內(nèi)隔板式節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受剪承載力計(jì)算的疊加公式．并與我國(guó)《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(cecs159：2004)中相關(guān)...

通過(guò)國(guó)內(nèi)外鋼管混凝土設(shè)計(jì)規(guī)程對(duì)有關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行了矩形鋼管混凝土抗彎承載力的計(jì)算,比較了規(guī)程之間計(jì)算結(jié)果的差異。結(jié)合典型算例,分析了在不同含鋼率、混凝土強(qiáng)度和鋼材強(qiáng)度等影響因素下鋼管混凝土抗彎承載力的變化趨勢(shì),得出了不同設(shè)計(jì)規(guī)程在進(jìn)行矩形鋼管混凝土構(gòu)件抗彎承載力設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的特點(diǎn),結(jié)論具有一定的參考價(jià)值。

研究鋼管混凝土承載力優(yōu)化問(wèn)題,根據(jù)矩形鋼管的截面對(duì)混凝土純彎構(gòu)件抗彎承載力有影響,鋼材屈服強(qiáng)度以及鋼管壁厚的增大,構(gòu)件的抗彎承載力顯著提高,而混凝土強(qiáng)度對(duì)其幾乎沒(méi)有影響。利用有限元軟件對(duì)矩形鋼管混凝土純彎構(gòu)件進(jìn)行了數(shù)值仿真,在研究中引入了強(qiáng)重比的概念,當(dāng)截面尺寸和混凝土強(qiáng)度等參數(shù)相同時(shí),鋼管壁厚按規(guī)范取最小值的鋼管混凝土純彎構(gòu)件的強(qiáng)重比大于以最大配筋率配筋的鋼筋混凝土構(gòu)件的強(qiáng)重比,實(shí)驗(yàn)表明鋼管混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能較優(yōu)越。在構(gòu)件截面尺寸受條件限制時(shí),證明鋼管混凝土構(gòu)件承載力具有明顯優(yōu)勢(shì):。

本文基于往復(fù)荷載作用下矩形鋼管混凝土壓彎構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,比較了國(guó)內(nèi)外比較典型的設(shè)計(jì)規(guī)范(程),包括英國(guó)bs5400(1979)、美國(guó)aci318-99(1999)和aisclrfd(1999)、日本aij(1997)、歐洲ec4(1994)、中國(guó)gjb41422000(2001)和福建省地方標(biāo)準(zhǔn)(送審稿),及本文數(shù)值方法在計(jì)算往復(fù)荷載作用下矩形鋼管混凝土壓彎構(gòu)件承載力的差異。結(jié)果表明,在進(jìn)行往復(fù)荷載作用下矩形鋼管混凝土壓彎構(gòu)件承載力計(jì)算時(shí),各種計(jì)算方法獲得的承載力都偏于安全,其中,數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果最接近,gjb41422000(2001)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合程度稍差,aci318-99(1999),ec4(1994)和福建省地方標(biāo)準(zhǔn)(送審稿)的計(jì)算結(jié)果比實(shí)驗(yàn)結(jié)果約低20%,而bs5400(1979)、aisclrfd(1999)和aij(1997)的計(jì)算結(jié)果比實(shí)驗(yàn)結(jié)果總體上低30%以上。本文結(jié)果可供進(jìn)行矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)參考。

鋼管混凝土核心短柱承載力目前仍無(wú)統(tǒng)一計(jì)算方法,針對(duì)此問(wèn)題,文章基于鋼管混凝土核心柱軸壓承載力計(jì)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(shí),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(jì)算公式;當(dāng)外圍混凝土的配箍率小于臨界配箍率時(shí),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(guò)對(duì)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(jì)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(shí),核心柱破壞時(shí)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(jì)算公式。理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合,表明了本文方法的正確性。

通過(guò)揭示鋼管管壁寬厚比對(duì)矩形鋼管混凝土柱承載力的影響,找出管壁寬厚比與軸壓承載力提高系數(shù)β之間的關(guān)系,以期對(duì)軸壓承載力提高系數(shù)β的約束作用進(jìn)行評(píng)價(jià);采用三維非線性有限元分析軟件對(duì)3組選定的矩形鋼管混凝土軸心受壓短柱進(jìn)行模擬分析得出:管壁寬厚比對(duì)矩形鋼管混凝土短柱軸壓承載力提高系數(shù)β的影響總體上隨寬厚比的增大而減小,在10-40和85-120兩個(gè)區(qū)段內(nèi)軸壓承載力提高系數(shù)β均趨于穩(wěn)定,在40-80之間呈線性遞減。

為研究l形鋼管混凝土柱在軸心受壓荷載作用下的力學(xué)性能和承載力計(jì)算方法,建立l形鋼管混凝土柱軸壓下的有限元模型,并將有限元分析結(jié)果與文獻(xiàn)中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,二者吻合較好。通過(guò)對(duì)其短柱進(jìn)行有限元模擬,分析了短柱的工作機(jī)理以及材料強(qiáng)度、含鋼率、柱肢長(zhǎng)寬比等參數(shù)對(duì)其軸壓承載力的影響。研究表明:當(dāng)柱肢的長(zhǎng)寬比為2.5左右時(shí),鋼管對(duì)混凝土的約束作用最好?；诮y(tǒng)一理論,以約束效應(yīng)系數(shù)為參數(shù),提出了l形鋼管混凝土柱軸壓強(qiáng)度承載力計(jì)算方法。在有限元模擬的基礎(chǔ)上,分析了長(zhǎng)柱的失穩(wěn)方向問(wèn)題及影響穩(wěn)定系數(shù)的主要因素,提出l形鋼管混凝土柱軸壓穩(wěn)定承載力計(jì)算方法,建議的承載力計(jì)算方法與有限元分析結(jié)果符合較好。

矩形鋼管混凝土柱計(jì)算 一、引言 鋼結(jié)構(gòu)住宅具有許多建筑設(shè)計(jì)和施工上的優(yōu)越性，將成為我國(guó)和世界 今后住宅結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向，因此，對(duì)它的理論計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用的多方面 的探索越來(lái)越受到各方面的關(guān)注。我國(guó)在這方面的研究起步比較晚，有 許多研究方面的空白，尤其是對(duì)計(jì)算理論公式的推導(dǎo)和研究都相對(duì)不 足，這樣，我們必定要借鑒其它發(fā)達(dá)國(guó)家的研究成果，加快我國(guó)的住宅 鋼結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展。本文在分析日本矩形鋼管混凝土柱的計(jì)算公式的基 礎(chǔ)上，按照相關(guān)理論，推導(dǎo)了矩形鋼管混凝土柱的計(jì)算公式，供結(jié)構(gòu)計(jì) 算參考。 二、日本結(jié)構(gòu)規(guī)范發(fā)展簡(jiǎn)介 鋼管混凝土的設(shè)計(jì)方法由日本建筑學(xué)會(huì)第一次在管材鋼混凝土組合結(jié) 構(gòu)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)（1967）提出，共包括三種截面類型，分別為：外包，填充， 外包加填充。在1980改版后，加入了矩形鋼管混凝土的內(nèi)容。改版后 的內(nèi)容被收入日本建筑學(xué)會(huì)第四版《鋼骨混凝土計(jì)算規(guī)范（1987）》。在 1997

矩形鋼管混凝土柱計(jì)算 矩形鋼管混凝土柱計(jì)算 李樹海陳志華王小盾劉妍 天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津300072 摘要：作為住宅鋼結(jié)構(gòu)研究項(xiàng)目的一個(gè)子，課題本文介召日本矩形鋼管 混凝土柱允許承載力和極限承載力的計(jì)算公式，在此基礎(chǔ)上，按照相關(guān)理 論，推導(dǎo)出矩形鋼管混凝土柱的設(shè)計(jì)計(jì)算公式，同時(shí)，指出進(jìn)一步要解決 的問(wèn)題。 關(guān)鍵詞：矩形鋼管混凝土柱 一引言 鋼結(jié)構(gòu)住宅具有許多建筑設(shè)計(jì)和施工上的優(yōu)越性，將成為我國(guó)和世界 今后住宅結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向，因此，對(duì)它的理論計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用的多方面的 探索越來(lái)越受到各方面的關(guān)注。我國(guó)在這方面的研究起步比較晚，有許多 研究方面的空白，尤其是對(duì)計(jì)算理論公式的推導(dǎo)和研究都相對(duì)不足，這樣， 我們必定要借鑒其它發(fā)達(dá)國(guó)家的研究成果，加快我國(guó)的住宅鋼結(jié)構(gòu)方面的 發(fā)展。本文在分析日本矩形鋼管混凝土柱的計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，按照相關(guān) 理論，推導(dǎo)了矩形鋼管混凝土柱的計(jì)算公式，