異形鋼管混凝土短柱軸壓承載力的計算分析

在4種無初應力的啞鈴型鋼管混凝土柱極限承載力計算方法的基礎上,引入考慮初應力影響的折減系數,得到了考慮初應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,可供工程應用參考。

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 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.大連海事大學交通工程與物流學院,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件的受力性能進行了理論分析,提 出了此類構件承載力計算的 基本假定;采用極限平衡法,推導出鋼管屈服時構件承載力和碳纖維片拉斷時構件 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, 并將解析分析結果與實驗數據 比較,證明了提出的解析計算式的正確性

型鋼_鋼管混凝土短柱軸壓承載力可靠度分析

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gb50068—2001《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》,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、荷載效應比、混凝土強度等級、套箍系數及配骨指標對組合柱軸壓承載力可靠度指標的影響。分析結果表明:在所研究的參數范圍內,型鋼-鋼管混凝土短柱軸壓承載力可靠度指標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,配骨指標對組合柱軸壓承載力可靠度指標的影響不明顯,隨荷載效應比的增大可靠度指標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)一標準對延性構件可靠度指標的要求。

針對鋼管混凝土短柱軸壓狀態(tài),考慮屈服時鋼管豎向應力對承載力的貢獻,采用厚壁圓筒理論和雙剪統(tǒng)一強度理論,對鋼管進行極限承載力分析;對混凝土采用drucker-prager屈服理論進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)有試驗數據進行對比,結果吻合良好,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.

在統(tǒng)一強度理論的基礎上,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行了分析;考慮了鋼管和箍筋對混凝土的約束作用,推導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。將公式的計算結果與文獻試驗結果進行比較,二者吻合較好。結果表明:統(tǒng)一強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。

用試驗與數值計算方法研究了普通方鋼管混凝土柱的軸壓承載能力。設計了2種復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比軸壓試驗。試驗結果表明,在受壓柱變形的過程中,加勁肋有效地抵抗了管壁的屈曲,加肋復合方鋼管混凝土柱的軸壓承載力有明顯提高。用數值方法對加肋復合方鋼管混凝土柱的軸力應變全過程進行了計算。計算結果和試驗結果吻合較好。提出了軸壓承載力的簡化計算方法。加勁肋是提高方鋼管混凝土柱承載力的有效途徑。

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

圓形鋼管混凝土柱在偏心受壓時產生套箍效應,使得其結構承載能力大大提升,其結構也被廣泛的應用。文章在前人研究成果的基礎上,研究鋼管及管內混凝土受力情況,并推導材料力學公式,提出了圓形鋼管混凝土短柱偏壓承載力簡易計算公式,從而使圓形鋼管混凝土短柱偏心受壓承載力的計算簡單方便。

采用帶約束拉桿l形鋼管混凝土截面簡化方法,分別以統(tǒng)一理論、極限平衡理論和統(tǒng)一強度理論為基礎,并考慮截面長寬比的影響,提出了帶約束拉桿l形鋼管混凝土軸壓短柱承載力計算公式。計算值與試驗值比較表明,以統(tǒng)一理論為基礎的簡化計算方法吻合較好。利用統(tǒng)一理論為基礎的簡化計算方法,對影響帶約束拉桿l形鋼管混凝土軸壓柱受力性能的因素:拉桿縱向間距、拉桿橫向間距、鋼管壁厚和鋼管屈服強度,進行正交分析,為工程設計及應用提供參考依據。

采用統(tǒng)一強度理論,對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)進行受力分析,通過方鋼管的寬厚比對方鋼管與核心混凝土間的約束效應進行控制,提出了方鋼管混凝土短柱軸壓極限承載力的計算公式,并對其影響因素進行了分析。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算中,將計算值與試驗值進行對比,驗證了公式的合理性。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。

目的方鋼管混凝土短柱軸心受壓承載力存在尺寸效應,為了提高大尺寸方鋼管混凝土軸心受壓承載力設計計算的準確性,研究了考慮尺寸效應的方鋼管混凝土短柱軸壓承載力計算方法.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算公式,并用這些公式對收集的大量實驗結果進行了計算分析,然后在已有的計算公式基礎上引入尺寸效應模型,采用修正后的計算公式進行計算并與未修正的計算結果進行比較.結果現(xiàn)有的方鋼管混凝土短柱軸壓承載力計算公式的計算結果存在明顯的尺寸效應,而在這些計算公式中引入尺寸效應模型進行修正后,計算結果的尺寸效應得到了明顯改善.結論筆者探討的4種計算公式都存在隨著構件尺寸增大計算結果比實驗值偏大的趨勢,即計算公式無法準確反映構件軸壓承載力存在的尺寸效應;通過引入混凝土材料的尺寸效應模型,對方鋼管混凝土軸壓承載力計算公式進行修正,可以有效減小方鋼管混凝土軸壓承載力的尺寸效應影響,從而為方鋼管混凝土軸心受壓承載力設計計算提供參考.

對于特定的pbl加勁型方鋼管混凝土軸壓短柱,考慮混凝土榫形成的剪力鍵提供的有效作用,對pbl加勁肋進行受力分析。引入混凝土有效約束系數,采用統(tǒng)一強度理論,考慮中間主應力和材料拉壓比的影響,推導了pbl加勁型方鋼管混凝土短柱軸壓極限承載力的計算公式,并對其影響因素進行了分析。將計算結果與文獻試驗結果進行對比,吻合較好,驗證了所給公式的正確性。研究結果表明,pbl加勁型方鋼管混凝土短柱的軸壓承載力隨雙剪統(tǒng)一強度理論參數b、混凝土內摩擦角、加勁肋的寬度和厚度的增大而提高。所得結果可以為pbl加勁型方鋼管混凝土短柱軸壓承載力的研究提供參考。

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λ與套箍指標、鋼管縱向應力和環(huán)向應力的關系。通過對124根軸心受壓鋼管混凝土短柱試驗結果的分析,建立了λ與套箍指標和鋼管屈服強度的關系式,提出了引入λ的鋼管混凝土短柱軸心受壓承載力計算公式。公式反映了鋼管的直接承載作用和約束作用的大小,計算結果與試驗結果符合良好。

在鋼板中部位置設置具有約束鋼板外凸變形作用的水平拉桿,是改善異形鋼管混凝土柱力學性能的有效方法。該文介紹了8個帶約束拉桿l形鋼管混凝土偏壓短柱試件的試驗,結果表明約束拉桿的設置延遲鋼管局部屈曲的發(fā)生,有助于l形鋼管混凝土偏壓短柱承載力的提高;偏心受壓下該柱的截面應變符合平截面假定。采用帶約束拉桿l形鋼管的管內核心混凝土本構關系,利用纖維模型法對試件偏壓極限承載力進行數值計算,計算結果與試驗結果吻合良好。利用該數值方法對帶約束拉桿l形鋼管混凝土偏壓短柱進行參數研究,分析了鋼材屈服強度、截面含鋼率、混凝土強度、拉桿約束系數及荷載角對n/nu-m/mu曲線的影響規(guī)律,在此基礎上提出帶約束拉桿l形鋼管混凝土偏壓短柱雙向壓彎承載力的簡化計算公式。

研究了偏心受壓時矩形鋼管混凝土中受壓區(qū)鋼管對混凝土的緊箍力計算方法,根據莫爾強度準則導出了受壓區(qū)混凝土強度的計算公式,并以極限平衡理論為基礎,推導了偏心受壓矩形鋼管混凝土短柱承載力的計算公式;制作了10個相同含鋼率的矩形鋼管混凝土短柱,按不同的偏心率進行加載試驗,測出其極限承載力,并將計算結果和試驗結果進行了比較,結果吻合較好.

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)；但這種結構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...

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);但這種結構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)構件有著更大的承載力。

配筋鋼管混凝土短柱軸心承載力試驗研究——通過對配筋鋼管混凝土短柱進行軸壓試驗，對其在軸心荷載作用下的承載力進行了研究，對影響其承載力的各種因素進行了分析，并給出了配筋鋼管混凝土的適用條件及設計建議，為其工程應用提供了參考。

考慮矩形鋼管長邊、短邊對核心混凝土的不同約束作用,將其對核心混凝土所產生的側向壓力等效為圓形鋼管對核心混凝土產生的均勻側向壓力,并采用雙剪統(tǒng)一強度理論對鋼管內核心混凝土的受力進行分析;提出了矩形鋼管混凝土短柱簡單、實用的軸壓承載力計算公式,并對影響因素進行了分析;將該公式計算值與相應文獻試驗值、其他公式計算值進行了比較,吻合較好。結果表明:所推公式具有很好的適用性,為矩形鋼管混凝土柱的研究提供了一定的理論依據。

圓鋼管混凝土是圓鋼管內填充混凝土后形成的一種組合截面構件,在工程結構中已經得到了廣泛的應用。本文借助有限元分析軟件ansys,考慮兩種材料本構關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。并通過數值算例采用剝離分析的方法,得到了軸壓作用下處于復雜應力場的極限承載力,以及鋼材和核心混凝土軸力分配與縱向應變的關系曲線,與試驗結果對比相吻合。

基于雙剪統(tǒng)一強度理論,充分考慮了中間主應力,即鋼管和核心混凝土之間的相互作用力(緊箍力)的影響,推導出了鋼管混凝土軸心受壓短柱的承載力公式。該公式不僅考慮了緊箍力對混凝土的約束作用,而且考慮了緊箍力對鋼管的環(huán)向張拉作用,并對其側壓系數和材料強度參數的取值做了分析探討,最后將計算結果與文獻資料的試驗數據進行了對比。結果表明:雙剪統(tǒng)一強度理論對鋼管混凝土構件的研究有很好的適用性;考慮緊箍力對鋼管承載力的影響是非常有必要的;該研究為鋼管混凝土結構的優(yōu)化設計提供了可靠的理論依據。