拉桿L形鋼管混凝土軸壓短柱承載力分析

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: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cfrp.鋼管混凝土軸壓短柱這種新型構(gòu)件的受力性能進行了理論分析,提 出了此類構(gòu)件承載力計算的 基本假定;采用極限平衡法,推導(dǎo)出鋼管屈服時構(gòu)件承載力和碳纖維片拉斷時構(gòu)件 極限承載力的解析計算式;對 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行試驗研究, 并將解析分析結(jié)果與實驗數(shù)據(jù) 比較,證明了提出的解析計算式的正確性

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)試件進行計算,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。

由于異形鋼管混凝土特殊的優(yōu)點(經(jīng)濟美觀,施工方便,承載力強、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)),但是目前主要是對異形鋼管混凝土柱工作機理和力學(xué)性能方面的研究,以及約束拉桿、隔板、勁肋等對異形鋼管混凝土柱承載力及穩(wěn)定性的影響,對t形鋼管混凝土的軸壓承載力計算方法還是研究的比較少的.本文主要是對t形鋼管混凝土短柱軸壓承載力計算方法的歸納總結(jié),通過試驗數(shù)據(jù)來分析文獻中提出的異形鋼管混凝土短柱軸壓承載力計算公式的準(zhǔn)確性.

異形鋼管混凝土短柱軸壓承載力的計算分析

提出帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱軸壓承載力的簡化計算方法。該方法考慮了軸壓下矩形鋼管長邊、短邊豎向強度的不同,同時考慮了約束拉桿和鋼管對核心混凝土的約束作用,且表達式簡單,方便應(yīng)用。應(yīng)用該方法對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱試件的軸壓承載力進行計算,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。

帶約束拉桿方形鋼管混凝土軸壓短柱的承載力計算(精)

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。

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度;同時,考慮矩形鋼管截面長邊、短邊的豎向強度的差異,分別計算矩形鋼管長、短邊的豎向強度。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行計算,計算結(jié)果與試驗結(jié)果比較表明,兩者吻合良好。

采用帶約束拉桿方形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系,利用基于纖維模型法的非線性分析程序?qū)Ъs束拉桿方形鋼管混凝土短柱承載力進行數(shù)值計算,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。對帶約束拉桿方形鋼管混凝土偏壓短柱進行參數(shù)分析的結(jié)果表明,隨著約束拉桿間距的減少、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n/nu-m/mu曲線往內(nèi)收攏;隨著混凝土強度和鋼材強度的提高,偏壓短柱的n/nu-m/mu曲線向外凸出;雙向偏壓短柱的極限承載力在最大主慣性軸方向達到最大,在最小主慣性軸方向達到最小;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。

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)果與文獻中的試驗結(jié)果進行了對比,二者吻合較好。通過對其短柱進行有限元模擬,分析了短柱的工作機理以及材料強度、含鋼率、柱肢長寬比等參數(shù)對其軸壓承載力的影響。研究表明:當(dāng)柱肢的長寬比為2.5左右時,鋼管對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度承載力計算方法。在有限元模擬的基礎(chǔ)上,分析了長柱的失穩(wěn)方向問題及影響穩(wěn)定系數(shù)的主要因素,提出l形鋼管混凝土柱軸壓穩(wěn)定承載力計算方法,建議的承載力計算方法與有限元分析結(jié)果符合較好。

在4種無初應(yīng)力的啞鈴型鋼管混凝土柱極限承載力計算方法的基礎(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算公式;通過合理地考慮中間主應(yīng)力和材料拉壓比對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)一強度理論的計算方法。將各種計算方法的計算值與試驗值進行比較,驗證了本文計算公式的合理性,并分析了各種方法的基本特點,可供工程應(yīng)用參考。

為檢驗型鋼-鋼管混凝土短柱軸壓承載力計算公式的可靠性,根據(jù)gb50068—2001《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》,采用monte-carlo模擬法對組合柱軸壓承載力計算公式進行可靠度分析,研究了可變荷載類型、荷載效應(yīng)比、混凝土強度等級、套箍系數(shù)及配骨指標(biāo)對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,隨混凝土強度等級的提高和鋼管壁厚的減小而增大,配骨指標(biāo)對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;除個別公式外,各計算公式基本滿足統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對延性構(gòu)件可靠度指標(biāo)的要求。

鋼管約束混凝土軸壓短柱承載力的研究——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)形式及加栽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。對此，筆者提出一種鋼管約束混凝土受力體...

型鋼_鋼管混凝土短柱軸壓承載力可靠度分析

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。

基于假定的合理的鋼管混凝土核心短柱各部分材料本構(gòu)模型,依據(jù)力的平衡和變形協(xié)調(diào)兩個條件,建立了組合柱軸壓承載力分析力學(xué)模型;據(jù)此分析了位置系數(shù)、鋼管含鋼率、配箍特征值及混凝土強度等參數(shù)對其柱軸壓承載力提高百分率的影響,并建議了較為經(jīng)濟的組合柱參數(shù)范圍,其結(jié)論可為工程應(yīng)用提供依據(jù)。

方鋼管混凝土軸壓短柱承載力影響因素分析——在確定鋼材的本構(gòu)關(guān)系和核心混凝土的本構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上，采用大型通用有限元分析程序abaqus建立了軸壓荷載下方鋼管混凝土柱的三維非線性有限元分析模型，分析了構(gòu)件的荷載一變形關(guān)系；通過算例分析了鋼材強度、混凝土...

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,與試驗結(jié)果對比相吻合。

在確定鋼材的本構(gòu)關(guān)系和核心混凝土的本構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上,采用大型通用有限元分析程序abaqus建立了軸壓荷載下方鋼管混凝土柱的三維非線性有限元分析模型,分析了構(gòu)件的荷載-變形關(guān)系;通過算例分析了鋼材強度、混凝土強度、寬厚比和套箍系數(shù)對方鋼管混凝土軸壓短柱荷載-變形關(guān)系曲線的影響。分析結(jié)果表明:混凝土強度等級對構(gòu)件的荷載-變形曲線的形狀影響不大,但隨著混凝土強度的提高,構(gòu)件的承載力有所提高;隨著鋼材強度的提高,構(gòu)件承載力也提高。但承載力提高的百分率隨著鋼材強度的提高而降低。隨著寬厚比的減小,構(gòu)件的承載力提高;套箍系數(shù)對構(gòu)件的承載力有著較大的影響,改變套箍系數(shù)會影響構(gòu)件的荷載-變形關(guān)系曲線的形狀。

單肢鋼管混凝土軸壓短柱的穩(wěn)定承載力研究——通過建立有限元ansys模型，與大量實驗數(shù)據(jù)相對比，研究不同影響因素對其極限承載力影響的變化規(guī)律，并最終推導(dǎo)單肢鋼管混凝土軸壓短柱穩(wěn)定承載力計算公式，以期為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)工程設(shè)計提供指導(dǎo)?！　?/p>

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。