圓鋼管套箍混凝土軸壓短柱受力機(jī)理分析

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(chǎng)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。

針對(duì)鋼管混凝土短柱軸壓狀態(tài),考慮屈服時(shí)鋼管豎向應(yīng)力對(duì)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(duì)鋼管進(jìn)行極限承載力分析;對(duì)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(jì)算分析,兩者疊加得到鋼管混凝土的極限承載力計(jì)算公式,并與現(xiàn)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)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(jì)算提供了一種新的方法.

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(chǎng)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。

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。

軸壓圓鋼管混凝土柱的極限分析——本文利用側(cè)限混凝土的本枸關(guān)系．舛鋼管混凝土圓柱在單調(diào)軸壓荷載作用下進(jìn)行極限狀態(tài)分析，并提出了極限承載力和極限變形的計(jì)方法。

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(cè)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。

鋼管混凝土短柱在軸心受壓下的力學(xué)性能作為鋼和混凝土組合結(jié)構(gòu)的一個(gè)基本力學(xué)問題歷來受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。基于鋼管混凝土構(gòu)件中鋼管與核心混凝土相互作用,采用xiao提出的約束混凝土八面棱柱體應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)模型及相應(yīng)的破壞和流動(dòng)準(zhǔn)則,結(jié)合經(jīng)典塑性力學(xué)中鋼材的各向同性線性強(qiáng)化模型,采用增量法對(duì)鋼管混凝土軸壓短柱進(jìn)行全過程非線性力與變形分析。研究了鋼管和混凝土在整個(gè)受力過程中的不同狀態(tài),考慮了16種鋼管和混凝土之間的約束情況,利用visualbasic語言編寫計(jì)算程序計(jì)算輸出各分類情況下鋼管和混凝土在每一增量步下的應(yīng)力和應(yīng)變?cè)鲋?。通過與已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較驗(yàn)證了所提出方法的有效性。

圓鋼管高強(qiáng)混凝土軸壓短柱剝離分析——以36根圓鋼管混凝土短柱軸壓試驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用混凝土處于三向應(yīng)力狀態(tài)，鋼材處于平面應(yīng)力狀態(tài)的假定，根據(jù)測(cè)定的逐級(jí)荷載下試件中截面處鋼管外表面的縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變，利用數(shù)值分析的方法，剝離出鋼管和混凝土各自受力情...

在已有恒高溫后混凝土單軸受壓和鋼材單軸拉伸力學(xué)性能研究的基礎(chǔ)上,建立了恒高溫后混凝土軸對(duì)稱三軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和復(fù)雜受力下的鋼材多軸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)力學(xué),建立了恒高溫后鋼管混凝土同時(shí)受壓的同心圓柱體計(jì)算模型,采用彈塑性全過程分析理論,建立了恒高溫后鋼管混凝土軸壓組合彈性模量理論計(jì)算公式和組合應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系全曲線的理論表達(dá)式,并編制相應(yīng)的計(jì)算程序?qū)愀邷睾箐摴芑炷凛S壓短柱受力性能進(jìn)行彈塑性全過程分析,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

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)。

為了進(jìn)一步在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用橡膠混凝土,進(jìn)行了六根圓鋼管橡膠混凝土柱和三根圓鋼管普通混凝土柱的軸壓性能試驗(yàn)。分析了混凝土強(qiáng)度、橡膠顆粒摻量對(duì)鋼管混凝土柱軸壓性能的影響,并與普通鋼管混凝土柱進(jìn)行了對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著混凝土強(qiáng)度的增加,鋼管橡膠混凝土短柱的承載力不斷提高,延性逐漸減小;隨著橡膠顆粒摻量的增加,鋼管橡膠混凝土短柱的承載力不斷提高,延性逐漸提高。

進(jìn)行了20個(gè)圓鋼管約束鋼筋混凝土短柱的軸壓力學(xué)性能試驗(yàn)研究,試驗(yàn)中的主要參數(shù)為鋼管徑厚比(50、70和100),混凝土強(qiáng)度(c50和c80)和鋼管屈服強(qiáng)度(q235和q345)。試驗(yàn)結(jié)果表明:圓鋼管約束鋼筋混凝土柱中被分隔鋼管的高度對(duì)構(gòu)件的軸壓承載力和延性無明顯影響;隨鋼管徑厚比增大和混凝土強(qiáng)度的提高,構(gòu)件的延性降低;隨鋼管屈服強(qiáng)度的提高,構(gòu)件的軸壓承載力提高,但鋼管屈服強(qiáng)度對(duì)構(gòu)件的延性無明顯影響。對(duì)鋼管的應(yīng)力分析結(jié)果表明,圓鋼管約束鋼筋混凝土軸壓短柱的峰值荷載點(diǎn)對(duì)應(yīng)于鋼管的屈服點(diǎn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和鋼管的應(yīng)力分析結(jié)果建立了圓鋼管約束鋼筋混凝土短柱的軸壓承載力公式,提出了設(shè)計(jì)建議。

對(duì)8個(gè)圓鋼管橡膠混凝土軸心受壓短柱進(jìn)行試驗(yàn)研究,探討橡膠粉取代率和橡膠粉粒徑對(duì)圓鋼管橡膠混凝土承載力的影響。采用有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程包括:美國aci(2005)和aisc(2005)、日本aij(2008)、英國bs5400(2005)、歐洲ec4(2004)及中國dl/t5085—1999(1999)、db21/t1746—2009(2009)等對(duì)圓鋼管橡膠混凝土的承載力進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明:隨著橡膠粉取代率的增加和橡膠粉粒徑的增大,圓鋼管橡膠混凝土的承載力、剛度均有下降的趨勢(shì);上述各設(shè)計(jì)規(guī)程均能較好地計(jì)算圓鋼管橡膠混凝土短柱的承載力,且計(jì)算結(jié)果偏于安全,其中,dl/t5085—1999與圓鋼管橡膠混凝土短柱試驗(yàn)結(jié)果最為吻合。

圓鋼管混凝土短柱力學(xué)性能三維數(shù)值模擬分析——用材料破壞過程分析系統(tǒng)rfpa(realisticfailureprocessanalysis)三維數(shù)值模擬方法對(duì)軸心受壓的圓鋼管混凝土短柱進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，研究了鋼管混凝土短柱的力學(xué)性能及破壞模式。著重探討了套箍系數(shù)對(duì)試件的承載...

http://www.***.*** -1- 軸壓圓鋼管混凝土柱有限元分析 楊成臣 武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，武漢（430070） e-mail：syncimaster@hotmail.com 摘要：通過優(yōu)選合理的本構(gòu)關(guān)系和單元屬性，對(duì)鋼管混凝土柱進(jìn)行了非線性有限元分析。 其中鋼管采用理想彈塑性本構(gòu)關(guān)系模型，核心混凝土采用約束混凝土本構(gòu)關(guān)系模型。數(shù)值分 析中分析了6個(gè)圓鋼管混凝土柱在軸向壓力作用下的靜力性能，分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較 好，證實(shí)了該模型的合理性，可為今后的分析提供一定的參考。 關(guān)鍵詞：圓鋼管混凝土柱，有限元分析，極限承載力 1.前言 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)已在現(xiàn)代建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，其基本力學(xué)性能的研究在國內(nèi)外均 取得了豐富的成果。在非線性數(shù)值分析方面，由于鋼管混凝土是一種組合材料，鋼管與混凝 土的組合作用，以及混凝土本身的本構(gòu)關(guān)

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

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(jì)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(yàn)算例進(jìn)行對(duì)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(jì)算結(jié)果相比于試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果更加吻合.

為了對(duì)圓鋼管再生混凝土短柱的計(jì)算公式進(jìn)行研究,建立了圓鋼管再生混凝土軸壓短柱有限元模型,并驗(yàn)證了模型的正確性.使用四種規(guī)范對(duì)13根圓鋼管再生混凝土短柱有限元模型進(jìn)行了計(jì)算分析,結(jié)果表明:規(guī)范aci(2005)、規(guī)范asic(2005)和規(guī)范aij(1997)對(duì)于圓鋼管再生混凝土軸壓短柱的計(jì)算結(jié)果偏安全,但精確度較低；規(guī)范(gb50936-2014)的計(jì)算結(jié)果不僅偏安全,而且計(jì)算精確度較高,但此規(guī)范未考慮骨料取代率的影響.對(duì)規(guī)范(gb50936-2014)中的公式進(jìn)行了修正,提出了修正系數(shù)θ,并驗(yàn)證了修正系數(shù)的正確性.

表1試驗(yàn)構(gòu)件尺寸 直徑d/mm 201.3 200.9 200.3 199.8 198.9 類型 空鋼管 鋼管混凝土 構(gòu)件 hc-200-2.0a hc-200-2.0b c-200-2.0a c-200-2.0b c-200-3.0 長度l/mm 400.0 397.5 401.0 400.0 398.0 厚度t/mm 1.98 2.00 1.99 2.00 2.98 混凝土 concrete 金偉良，張翔，陳駒 （浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江杭州310058） abstract:aseriesofstubcolumntestswereperformedonthin-walledcircleconcrete-filledtubes.thetestspecimensincludeshollowsteel tubesandc

基于5根圓銅管再生混凝土長柱試驗(yàn)，選取了合理的本構(gòu)關(guān)系，利用大型通用有限元軟件abaqus對(duì)圓鋼管再生混凝土長柱進(jìn)行了靜力加栽，并對(duì)比分析了模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果。在此基礎(chǔ)上對(duì)圓鋼管再生混凝土長柱進(jìn)行了參數(shù)分析，研究了長細(xì)比、取代率對(duì)圓鋼管再生混凝土長柱受力性能的影響。結(jié)果表明，構(gòu)件的承栽力隨著長細(xì)比的提高而降低，隨著取代率的提高呈先提高后降低的趨勢(shì)。

薄壁圓鋼管混凝土軸壓試驗(yàn)研究——對(duì)于薄壁圓鋼管混凝土短柱進(jìn)行了軸壓試驗(yàn)研究，試驗(yàn)構(gòu)件為空鋼管以及相同尺寸的鋼管混凝土，記錄分析了構(gòu)件的試驗(yàn)現(xiàn)象、破壞形式、荷載一位移曲線。對(duì)所用自密實(shí)混凝土和耐候鋼做材性試驗(yàn)。結(jié)果顯示：未經(jīng)振搗的自密實(shí)混凝土能...