圓形鋼套管加固方形混凝土柱軸心受壓性能

進(jìn)行了33個圓形鋼套管加固鋼筋混凝土柱在軸心及偏心受壓下的試驗,研究不同初始軸壓比、加固用鋼套管厚度、長細(xì)比和偏心率下被加固柱的力學(xué)性能.研究結(jié)果表明,被加固柱的力學(xué)性能得到明顯的改善,被加固柱的極限承載力隨著長細(xì)比和偏心率的增加而降低,而初始軸壓比對極限承載力的影響可以忽略.在試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上,提出了圓形鋼套管加固鋼筋混凝土柱極限承載力計算的實(shí)用公式,極限承載力的計算結(jié)果和試驗結(jié)果吻合良好.

介紹了6根圓形鋼套管加固混凝土柱軸心受壓承載力的試驗概況,研究在工程中常見長細(xì)比范圍的該構(gòu)件的力學(xué)性能。結(jié)果表明,加固構(gòu)件的承載力隨著長細(xì)比的增大而降低。編制了非線性分析程序用來分析構(gòu)件的力學(xué)性能,理論分析結(jié)果與試驗結(jié)果的對比表明,兩者吻合較好。采用參數(shù)分析結(jié)果擬合的方法提出了穩(wěn)定影響系數(shù)lφ計算公式,計算公式與試驗結(jié)果吻合較好,并對該穩(wěn)定影響系數(shù)lφ的取值進(jìn)行了討論。

通過對6根粘貼鋼套管加固的方形截面混凝土試件和3根未加固的對比試件的試驗,研究了鋼加固混凝土短柱的軸心受壓性能和約束機(jī)理。6個被加固試件中,其中3個試件在加固前施加了預(yù)壓荷載。試驗研究發(fā)現(xiàn)預(yù)先受力試件的承載力和極限變形能力略小于一次受力試件,但不論是在一次受力還是預(yù)先受力狀態(tài)下,鋼加固都能有效的提高混凝土短柱的抗壓承載力。

套管構(gòu)件由內(nèi)管及外管組成,外管能為內(nèi)管提供側(cè)向支撐,控制內(nèi)管失穩(wěn),從而提高內(nèi)管的受壓承載力。套管構(gòu)件是一種新型的鋼壓桿穩(wěn)定加固形式,可應(yīng)用于對受壓鋼構(gòu)件失穩(wěn)比較敏感的一類空間結(jié)構(gòu)。本文首先利用典型的套管構(gòu)件構(gòu)造模型,闡述了軸心受壓套管加固法的基本原理;然后以一網(wǎng)架工程為例,分析套管加固法對提高結(jié)構(gòu)承載能力的效果。結(jié)果表明:套管構(gòu)件能夠有效改善網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的局部應(yīng)力狀況,解決了受壓鋼管的失穩(wěn)問題,提高了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的極限承載力。

從鋼管混凝土軸心受壓的工作性能出發(fā),較全面地比較了等效截面的承載力和剛度,結(jié)果是圓形比方形截面構(gòu)件的承載力高25%左右,抗彎剛度高約20%.壓彎構(gòu)件的承載力也高不少.從截面組成、梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和施工的分析,可見圓鋼管混凝土也優(yōu)于方鋼管混凝土.從構(gòu)件的抗火性能比較,圓形構(gòu)件也比方形的可節(jié)省防火涂料或防火保護(hù)層13%.因此,采用圓鋼管混凝土是經(jīng)濟(jì)合理的.

通過對24個鋼管混凝土柱(cfst)施加軸向壓力直到破壞的試驗,以研究其性能。試驗中考慮的變量包括鋼管的長度、直徑、強(qiáng)度和混凝土的強(qiáng)度。由于長細(xì)比較大,造成系列1中的所有組合柱發(fā)生整體彎曲屈曲而破壞。盡管系列2試驗中的組合柱也經(jīng)歷了整體彎曲屈曲,但"短柱"的破壞是由混凝土壓碎和鋼管失效引起的。將試驗結(jié)果與采用南非規(guī)范(sans10162-1)和歐洲規(guī)范(ec4)計算得到的荷載值進(jìn)行對比表明,2種規(guī)范結(jié)果均偏保守,對系列1試驗,分別達(dá)到8.4%和13.6%,對系列2試驗,分別達(dá)到10.5%和20.2%。壓力與豎向變形曲線顯示受壓柱具有很好的延性。

方形和圓形鋼管混凝土性能的連續(xù)和設(shè)計的統(tǒng)一——采用空間有限元方法，導(dǎo)出了方形鋼管混凝土軸心受壓時的截面應(yīng)力分布和縱向平均應(yīng)力與應(yīng)變的全過程曲線，與實(shí)踐曲線吻合很好。得到組合設(shè)計指標(biāo)和承載力設(shè)計公式，與圓鋼管混凝土的設(shè)計方法得到了統(tǒng)一。

采用空間有限元方法,導(dǎo)出了方形鋼管混凝土軸心受壓時的截面應(yīng)力分布和縱向平均應(yīng)力與應(yīng)變的全過程曲線,與實(shí)驗曲線吻合很好。得到組合設(shè)計指標(biāo)和承載力設(shè)計公式,與圓鋼管混凝土的設(shè)計方法得到了統(tǒng)一

將圓鋼管混凝土視為統(tǒng)一材料(復(fù)合材料),利用處于平面應(yīng)變狀態(tài)下的平衡方程,推導(dǎo)出嚴(yán)格滿足應(yīng)力、應(yīng)變邊界條件下的理論解。該理論解可以定量分析鋼管混凝土柱的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài),及其相應(yīng)的有效模量(又稱組合模量)和極限強(qiáng)度。根據(jù)理論解,套箍效應(yīng)和極限強(qiáng)度不但與鋼管、核心混凝土的泊松比有關(guān),還與其彈性模量、組合材料的面積率有關(guān)。并通過實(shí)例將理論解和試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比,結(jié)果非常吻合。

軸心受壓型鋼-鋼管混凝土柱力學(xué)性能的研究——在選擇了合理的鋼材和核心混凝土的本構(gòu)關(guān)系模型的基礎(chǔ)上，利用通用有限元軟件abaqus對軸心受壓型鋼一鋼管混凝土柱荷載一變形關(guān)系曲線進(jìn)行了計算，計算曲線與試驗曲線進(jìn)行了比較，吻合較好。參考以往相關(guān)研究成果，...

隨著基礎(chǔ)建設(shè)的飛速發(fā)展,河砂資源短缺的矛盾日益凸顯。儲量豐富的海砂在力學(xué)性能方面和河砂相差不多,但海砂中的氯鹽會腐蝕鋼材,嚴(yán)重影響構(gòu)件的耐久性。探討了一種在鋼管混凝土柱(cfst)中采用隔離方法合理安全應(yīng)用海砂的新方法。具體做法是在鋼管內(nèi)壁鋪設(shè)frp薄板或frp管。frp材料輕質(zhì)高強(qiáng),耐腐蝕性能好,不僅可以有效隔離海砂中氯離子對鋼管的腐蝕,并能提高構(gòu)件的極限強(qiáng)度。主要研究了加入frp管對鋼管混凝土組合構(gòu)件軸心受壓力學(xué)性能的影響。通過有限元分析軟件abaqus模擬得到了組合柱軸壓極限強(qiáng)度隨frp管厚度,鋼管厚度及屈服強(qiáng)度,混凝土軸心抗壓強(qiáng)度,frp纖維纏繞角度等因素的變化規(guī)律。

在傳統(tǒng)的鋼套管混凝土柱的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的切槽式鋼套管混凝土柱,研究分析結(jié)果表明,切槽式鋼套管混凝土柱用于既有結(jié)構(gòu)的加固或用作現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件都是方便可行的,在實(shí)際工程中利用卷制鋼板簡單焊接形成的鋼套管混凝土柱代替普通的鋼管混凝土柱是合理可行的,并有很高的實(shí)用價值和經(jīng)濟(jì)價值。

為研究圓形玄武巖纖維(bfrp)-鋼復(fù)合管混凝土短柱的軸向受壓性能,對12個圓截面短柱進(jìn)行試驗。試驗研究結(jié)果表明:由于受到外部bfrp的約束,內(nèi)部鋼管的局部屈曲得到了有效抑制,bfrp-圓鋼管混凝土短柱的荷載-縱向應(yīng)變由彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段及殘余階段4部分組成,其強(qiáng)化階段的剛度隨著bfrp層數(shù)的增加而增加,增加bfrp的層數(shù),bfrp-圓鋼管混凝土短柱表現(xiàn)出更大的峰值荷載和軸向峰值應(yīng)變,基于分項疊加的理念,提出了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料frp-圓鋼管混凝土短柱的軸壓承載力計算方法,計算式反映了鋼管厚度、frp厚度的參數(shù)影響趨勢,與試驗結(jié)果吻合較好。

圓形鋼管混凝土柱接觸熱阻的理論分析——精確地分析火災(zāi)下結(jié)構(gòu)構(gòu)件溫度場對于安全可靠的防火設(shè)計尤為重要。而目前，在計算鋼一混凝土組合構(gòu)件火災(zāi)下的溫度場時，一般都忽略了鋼與混凝土界面處接觸熱阻的影響。對結(jié)構(gòu)鋼和混凝土熱物理參數(shù)進(jìn)行了綜合考慮，通過求...

鋼管混凝土柱促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)且快速的建設(shè)方式。兩者的組合增大了結(jié)構(gòu)鋼和混凝土的強(qiáng)度和剛度,使用鋼管作為模板和核心混凝土的約束減少了工作量。鋼管混凝土柱為混凝土和鋼材提供了一個共生關(guān)系來緩和其不良的失效模式,激發(fā)了各種材料的最優(yōu)性能(混凝土和鋼材)。綜合作用下,混凝土抗壓強(qiáng)度和剛度增大,延緩和抑制了鋼管的局部屈曲,并提升其延展性和抗力。矩形鋼管混凝土柱與圓形鋼管混凝土柱都被應(yīng)用于實(shí)際建設(shè)生產(chǎn)中,但由于圓形鋼管混凝土柱可以提供更強(qiáng)的混凝土約束和綜合作用而擁有更好的性能。對于圓形鋼管混凝土柱來說,其缺少可靠的、有延展性的連接件。對這方面的研究調(diào)查進(jìn)行介紹,包括關(guān)于圓形鋼管混凝土柱柱腳或鋼筋混凝土地基柱的簡便經(jīng)濟(jì)的連接件的開發(fā)設(shè)計過程,并介紹和評價了橋梁結(jié)構(gòu)中的樁帽與寬樁梁。這種連接件不需要銷子和內(nèi)在的加固就能將鋼管與基腳或樁梁相連接。試驗分析研究和評估了這種連接件的非彈性抗震性能,并確立了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。將1個裝配這種連接件的鋼管混凝土柱的抗震性能與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土柱相比較。結(jié)果顯示,此種連接件進(jìn)一步增強(qiáng)了組合柱的承載力。這種形式在地震荷載下能提供極佳的延展性和非彈性變形能力,甚至在大側(cè)移情況下也能減輕損害。

HRB600級鋼筋高強(qiáng)混凝土柱的軸心受壓性能

本文介紹了一種改進(jìn)的鋼套管加固現(xiàn)有柱的方法,將薄鋼板焊接成一個環(huán)箍套管,以提高柱的抗剪強(qiáng)度,然后可選擇不同類型的約束部件(加勁元件)焊接在可能產(chǎn)生塑性鉸的部位,以增加柱的延性。所提出的設(shè)計計算方法通過了5根1/3比例的模型柱試驗驗證,試驗加載條件為在0.3af'的固定軸力下,施加水平往復(fù)荷載。試驗結(jié)果表明:局部加勁鋼套管不僅可以預(yù)防脆性的剪切破壞,還可以大幅提高柱的延性,可使最大側(cè)移率超過8%。該加固方法可使方形或矩形截面混凝土柱的強(qiáng)度與延性得到良好的改善。c

圓形薄壁鋼管混凝土柱軸壓性能的試驗研究——制作了8根薄壁圓形鋼管混凝土柱試件，進(jìn)行了薄壁圓形鋼管混凝土柱的軸心受壓試驗，考察徑厚比、長徑比和環(huán)箍等因素對其受壓性能的影響。對試驗現(xiàn)象、破壞形態(tài)進(jìn)行了描述，量測并分析了試件的極限承載力、鋼管壁的縱...

制作了8根薄壁圓形鋼管混凝土柱試件,進(jìn)行了薄壁圓形鋼管混凝土柱的軸心受壓試驗,考察徑厚比、長徑比和環(huán)箍等因素對其受壓性能的影響。對試驗現(xiàn)象、破壞形態(tài)進(jìn)行了描述,量測并分析了試件的極限承載力、鋼管壁的縱向與橫向應(yīng)變。研究結(jié)果表明,圓形薄壁鋼管對核心混凝土有著較好的約束作用,但徑厚比對約束程度的影響并不明顯,圓形薄壁鋼管柱的承載力較名義承載力有顯著提高;長徑比越大,圓形薄壁鋼管越容易發(fā)生屈曲;環(huán)箍能對薄壁鋼管提供較好約束,延緩鋼管的局部屈曲,提高柱的承載力。

研究了雙鋼管混凝土柱耐火承載力以及火災(zāi)后的剩余承載力。通過選取合適的鋼材與混凝土熱工性能模型,在有限元程序中模擬了iso-834標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線下雙鋼管混凝土柱的截面升溫過程,得出了截面溫度場分布以及不同部位的升溫過程曲線。在此基礎(chǔ)上結(jié)合鋼管、混凝土高溫下以及高溫后的應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)模型分別對高溫下與高溫后軸心受壓雙鋼管混凝土短柱進(jìn)行了受力全過程數(shù)值分析,得到了高溫下(后)軸心受壓雙鋼管混凝土短柱的受力特點(diǎn)。

基于隨機(jī)有限元的可靠度研究方法對鋼管混凝土軸心受壓短構(gòu)件進(jìn)行了可靠度分析,分析結(jié)果表明:在各隨機(jī)變量中,材料彈性模量對鋼管混凝土軸心受壓短柱可靠度指標(biāo)影響最大,幾何尺寸隨機(jī)變量次之。

已有文獻(xiàn)給出了火災(zāi)下普通圓形鋼管混凝土柱設(shè)計軸向屈曲載荷的計算方法。該文將其延伸至圓形和橢圓形鋼筋混凝土鋼管柱領(lǐng)域,這對完成計劃十分必要。根據(jù)歐洲規(guī)范4第1.2節(jié)第4.3.5.1條復(fù)合柱的抗火設(shè)計方法,基于新參數(shù)分析結(jié)果(包括不同外徑、不同鋼管壁厚、不同長細(xì)比、配筋率以及受火時間)對該方法進(jìn)行完善。這些參數(shù)的研究結(jié)果與設(shè)計方法相結(jié)合,得到適當(dāng)?shù)墓?并針對不同部分生成相應(yīng)表格。該方法適用于配筋率不超過5%、長細(xì)比較大的軸心受壓圓形和橢圓形鋼筋混凝土鋼管柱,對歐洲規(guī)范4第1.2節(jié)的限制范圍進(jìn)行了擴(kuò)展。