內(nèi)配雙圓鋼管鋼骨混凝土短柱軸壓承載力

針對配有雙圓鋼管的鋼骨混凝土柱的軸心受壓承載力分析方法進(jìn)行了研究,基于核心區(qū)混凝土、外圍混凝土和鋼管、鋼筋的材料本構(gòu)關(guān)系,建立了鋼骨混凝土柱的有限元分析模型,分析了軸心受壓承載力的計算方法及原理,對已有的承載力計算公式進(jìn)行了改進(jìn),并通過工程實例的計算結(jié)果與有限元分析結(jié)果的對比進(jìn)行了驗證。

gfrp管鋼骨混凝土組合柱是一種新型組合構(gòu)件,由gfrp外管、鋼骨和混凝土三部分組成.為研究組合柱的力學(xué)性能,進(jìn)行了5根gfrp管鋼骨混凝土組合柱的軸壓試驗.通過編制程序,以配骨率、gfrp管壁厚度、混凝土強(qiáng)度為主要參數(shù),計算了9個構(gòu)件,得到其軸向荷載與應(yīng)變關(guān)系曲線.結(jié)果表明:組合柱承載力隨著配骨率的增加、gfrp管壁厚度的增加及混凝土強(qiáng)度的增加而提高,且變化幅度相對明顯.分別采用簡單疊加法和統(tǒng)一理論兩種計算方法,建立組合柱軸心受壓承載力計算公式,理論計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好.

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

為了研究鋼管-鋼骨混凝土這種新型重載柱的力學(xué)性能,基于核心混凝土抗壓強(qiáng)度與側(cè)壓力之間的非線性關(guān)系,分析了組合柱各部分應(yīng)力狀態(tài).采用極限平衡理論建立組合柱截面的力學(xué)方程,確定了短柱軸壓承載力計算方法;并進(jìn)一步分析了提高組合柱軸心抗壓承載力的主要影響因素,確定了極限狀態(tài)下各部分應(yīng)力值與套箍指標(biāo)之間的關(guān)系.計算結(jié)果表明,試驗值與本文理論計算結(jié)果吻合良好;套箍指標(biāo)和鋼管用鋼量對提高承載力有顯著的貢獻(xiàn),為工程應(yīng)用提供了重要的理論依據(jù).

在統(tǒng)一強(qiáng)度理論的基礎(chǔ)上,對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)度理論計算鋼管對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;并對影響因素進(jìn)行分析。將公式的計算結(jié)果與文獻(xiàn)試驗結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)果吻合較好,說明統(tǒng)一強(qiáng)度理論對于圓鋼管約束型鋼混凝土軸壓短柱的理論計算有很好的適用性,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算方法,針對圓鋼管高強(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算方法。利用基于圓鋼管高強(qiáng)混凝土軸壓短柱試驗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ε關(guān)系曲線和鋼管橫向應(yīng)力σh-縱向應(yīng)變ε關(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)線的簡化計算方法,簡化計算曲線與試驗曲線吻合良好,可用于分析鋼管高強(qiáng)混凝土軸壓短柱的受剪承載力。

針對鋼管混凝土短柱軸壓狀態(tài),考慮屈服時鋼管豎向應(yīng)力對承載力的貢獻(xiàn),采用厚壁圓筒理論和雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論,對鋼管進(jìn)行極限承載力分析;對混凝土采用drucker-prager屈服理論進(jìn)行鋼管約束下的承載力的計算分析,兩者疊加得到鋼管混凝土的極限承載力計算公式,并與現(xiàn)有試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,結(jié)果吻合良好,為圓鋼管混凝土軸壓短柱極限承載力的計算提供了一種新的方法.

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。

參照普通混凝土配合比設(shè)計方法,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個試件,進(jìn)行軸心受壓試驗,研究不同再生粗骨料取代率對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)用實際是可行的。

列舉了國內(nèi)外規(guī)范中圓鋼管混凝土短柱軸壓承載力的設(shè)計公式,分別從適用范圍、套箍約束作用和公式的理論基礎(chǔ)等角度,分析其差異性,并通過具體試驗算例進(jìn)行對比研究.研究結(jié)果表明,不同國家規(guī)范中的表達(dá)式與關(guān)鍵參數(shù)都有明顯的差異,且通過比較可知國外規(guī)范中的計算結(jié)果相比于試驗結(jié)果都偏于保守,中國的3部規(guī)范與其他國家的規(guī)范相比試驗結(jié)果更加吻合.

采用雙剪統(tǒng)一強(qiáng)度理論,考慮了箍筋和內(nèi)圓鋼管對核心混凝土的雙層約束作用,對配有圓鋼管的鋼骨混凝土軸心受壓柱的受力性能進(jìn)行了理論分析。在厚壁圓筒統(tǒng)一強(qiáng)度理論的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出了柱的受壓承載力公式,并對影響因素進(jìn)行了分析。將該公式的計算結(jié)果與文獻(xiàn)資料的試驗結(jié)果進(jìn)行了比較,結(jié)果吻合較好,表明統(tǒng)一強(qiáng)度理論對配有圓鋼管的鋼骨混凝土的理論分析有很好的適用性。該結(jié)果為配有圓鋼管的鋼骨混凝土柱承載力的分析計算提供了一定的理論依據(jù)。

目前對于內(nèi)配鋼管的鋼骨混凝土柱仍處于初步研究階段,對其相對于普通鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出的常溫及火災(zāi)后優(yōu)良的力學(xué)性能更是研究甚少。通過建立合理的理論分析模型,并在模擬試驗的基礎(chǔ)上詳細(xì)地分析了影響內(nèi)配圓鋼管的鋼骨混凝土柱常溫及火災(zāi)后受力機(jī)理及影響因素。

為了進(jìn)一步研究方鋼管-鋼骨高強(qiáng)混凝土軸心受壓短柱的特性,綜合考慮鋼骨存在對混凝土的影響,修正了方鋼管混凝土核心約束混凝土應(yīng)力-應(yīng)變模型;采用纖維模型法編制了非線性分析程序,計算了荷載-縱向應(yīng)變關(guān)系曲線,并與有關(guān)文獻(xiàn)的試驗曲線進(jìn)行了對比,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合得很好.最后,通過對大量計算結(jié)果的回歸分析,得出了實用的軸壓短柱承載力計算公式.

鋼骨-鋼管混凝土軸壓短柱承載力研究——把鋼骨—鋼管混凝土組合柱視為一個新型組合材料的統(tǒng)一體，結(jié)合試驗成果，分析軸壓短柱承載力的影響組合柱承載力和延性的因素，即約束指標(biāo)，提出鋼骨—鋼管混凝土軸壓短柱的承載力公式。

收稿日期:2007-11-20 基金項目:遼寧省重點實驗室基金資助項目(jg-200601);遼寧省科技攻關(guān)項目(20060708)· 作者簡介:趙同峰(1979-),男,遼寧遼陽人,東北大學(xué)博士研究生;王連廣(1964-),男,遼寧沈陽人,東北大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師· 第29卷第10期 2008年10月 東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) journalofnortheasternuniversity(naturalscience) vol.29,no.10 oct.2008 方鋼管-鋼骨高強(qiáng)混凝土 軸壓短柱承載力分析 趙同峰 1 ,王連廣 1 ,趙爽 2 (1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,遼寧

為了進(jìn)一步探討方鋼管鋼骨混凝土軸心受壓短柱極限承載力計算方法,在修正的方鋼管鋼骨混凝土混凝土本構(gòu)模型基礎(chǔ)上,采用有限元法建立了軸壓短柱的計算模型,通過模型計算了載荷-軸向變形關(guān)系曲線,并與相關(guān)文獻(xiàn)的試驗曲線進(jìn)行了對比,計算曲線與相關(guān)試驗曲線吻合較好。通過對計算結(jié)果的回歸分析,得出了實用的軸壓承載力計算公式,利用該公式可進(jìn)行方鋼管鋼骨混凝土軸壓短柱的極限承載力進(jìn)行預(yù)測。

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用計算公式。首先應(yīng)用模型柱法，對 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)定承載力計算公式， 與模型柱法計算結(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、含鋼率和鋼材屈服強(qiáng)度對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用計 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

目的分析軸心受壓下組合柱的全過程曲線,探討鋼管鋼骨混凝土軸壓短柱的靜力性能.方法修正核心混凝土本構(gòu)關(guān)系模型,采用合成法編制鋼管鋼骨混凝土軸壓短柱的非線性分析程序,利用由此得到的全過程曲線分析配骨指標(biāo)和套箍指標(biāo)對軸壓短柱力學(xué)性能的影響.結(jié)果根據(jù)非線性程序得到的計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好,由全過程曲線可知,當(dāng)套箍指標(biāo)θ>1.0時,鋼管對混凝土的3向約束作用明顯增強(qiáng),軸心抗壓強(qiáng)度明顯提高;當(dāng)配骨指標(biāo)p>0.8時,曲線的后期承載力緩慢上升.結(jié)論增加鋼管的套箍指標(biāo)可提高核心混凝土的抗壓強(qiáng)度,進(jìn)而提高承載力;增加鋼骨的配骨指標(biāo)可改善組合柱的后期延性.

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(jìn)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(jìn)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

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。

十字形鋼骨混凝土組合異形柱軸壓承載力研究

鋼骨-方鋼管混凝土柱是一種組合柱設(shè)計模式,采用切線模量理論對該組合柱軸向受壓穩(wěn)定承載力進(jìn)行分析.以核芯混凝土、方鋼管和鋼骨的應(yīng)力-應(yīng)變模型為基礎(chǔ),通過縱向變形協(xié)調(diào)和內(nèi)外力平衡條件建立組合柱切線模量臨界載荷的計算方法.由于核芯混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變模型包含了方鋼管的約束作用,因此該方法體現(xiàn)了組合柱中鋼與混凝土之間的相互影響.7組軸心受壓鋼骨-方鋼管混凝土長柱和41組方鋼管混凝土長柱的試驗結(jié)果表明,該方法可對軸壓組合柱的穩(wěn)定承載力給出良好預(yù)測.