中日鋼管混凝土軸壓短柱計算的比較和分析

鋼管混凝土支架在巷道內(nèi)完成灌注混凝土,因此需要在支架鋼管開孔制成注漿孔并進(jìn)行補強。結(jié)合局部補強方式和現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗設(shè)計了3種補強措施(注漿短管、加強板、封孔塞)及其參數(shù),并通過等面積補強法進(jìn)行驗證,3種補強措施滿足了現(xiàn)場注漿要求,同時保證了開孔補強效果。通過鋼管混凝土短柱試件和注漿孔短柱試件的軸壓試驗,對設(shè)計補強措施的補強效果和部分補強參數(shù)對注漿孔短柱力學(xué)性能的影響進(jìn)行分析。試驗表明,在短柱軸壓試驗中,注漿孔短柱的變形、荷載與鋼管混凝土短柱接近,滿足短柱補強的要求;隨著封孔塞厚度和加強板厚度的增加,注漿孔短柱極限荷載明顯提高,從鋼管混凝土支架等強度要求和支架生產(chǎn)成本考慮,封孔塞、加強板的厚度優(yōu)選25mm、8mm。

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(xiàn)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

鋼管混凝土啞鈴形軸壓短柱試驗——進(jìn)行了10根鋼管混凝土啞鈴形短柱軸壓的試驗，本文介紹了試驗設(shè)計、試驗裝置和試驗情況，并對試驗結(jié)果進(jìn)行了分析。

目的研究三種不同因素對再生混凝土配合比的最優(yōu)組合,探討再生混凝土在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的可能性.方法通過正交試驗,分析再生骨料取代量、減水劑摻量、粉煤灰摻量對新配制再生骨料混凝土的影響,找出三種因素的最優(yōu)水平組合,制作再生自密實鋼管混凝土短柱進(jìn)行軸壓試驗.結(jié)果三種因素的最優(yōu)水平組合為再生骨料材料50%、減水劑10%、粉煤灰8%,鋼管再生自密實混凝土的極限荷載比鋼管混凝土的極限荷載低,但最大極限荷載處的位移都是7mm左右.結(jié)論鋼管再生自密實混凝土的性能與鋼管混凝土的性能基本相似,再生混凝土應(yīng)用于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中是完全可行的.

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.

鋼管混凝土短柱計算方法比較研究——在總結(jié)國內(nèi)外鋼管混凝土短柱計算公式的基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗中的矩形鋼管混凝土短柱，應(yīng)用相關(guān)規(guī)范進(jìn)行計算，并與試驗結(jié)果進(jìn)行對比，指出采用疊加理論的aij計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。

鋼骨-鋼管混凝土軸壓短柱的組合軸壓剛度研究——把鋼骨—鋼管混凝土軸壓短柱的承栽力公式混凝土組合柱視為1個新型組合材料的統(tǒng)一體，分析組合柱軸壓剛度的影響因素，給出了組合柱的組合軸壓剛度計算公式。

鋼管混凝土短柱裝置的隔震性能分析——介紹了鋼管混凝土短柱裝置及其隔震原理．對一座六層非隔震小型空心砌塊砌體房屋和隔震小型空心砌塊砌體房屋進(jìn)行了非線性地震反應(yīng)分析，考察了短柱裝置的特性及其隔震效果．計算結(jié)果表明，鋼管混凝土短柱裝置具有良好的隔震...

在鋼管混凝土構(gòu)件內(nèi)部配置型鋼可顯著提高其受力特性。在合理選取材料本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上,基于abaqus軟件建立了內(nèi)配型鋼圓形鋼管混凝土短柱荷載-變形全過程分析的數(shù)值模型,并與其他研究者完成的相關(guān)試驗構(gòu)件結(jié)果進(jìn)行了對比,總體上數(shù)值計算結(jié)果和試驗結(jié)果吻合良好?；诖四Ｐ?對其在軸壓荷載受力全過程、典型破壞形態(tài)以及各部件的荷載分配進(jìn)行了較全面分析。結(jié)果表明:內(nèi)部型鋼的存在可顯著提高構(gòu)件承載力,并有效增強核心混凝土的被動約束效應(yīng);型鋼截面形式不同,對內(nèi)部混凝土的約束效果不同,從而引起核心混凝土的應(yīng)力分布有所不同。本文分析結(jié)果可進(jìn)一步完善內(nèi)配型鋼的圓鋼管混凝土構(gòu)件力學(xué)性能的理論研究,也可為相關(guān)工程應(yīng)用提供參考。

基于隨機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,幾何尺寸隨機變量次之。

在鋼管混凝土基礎(chǔ)上對核心混凝土的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行修正,得出了適用于cfrp鋼管混凝土新型構(gòu)件的核心混凝土本構(gòu)關(guān)系.使用該混凝土的本構(gòu)關(guān)系,利用ansys有限元分析軟件對cfrp鋼管混凝土軸壓短柱構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行了數(shù)值模擬;并作了相應(yīng)的8根cfrp鋼管混凝土和4根鋼管混凝土試件的軸壓短柱承載力試驗研究.數(shù)值分析所得曲線與試驗所得的曲線吻合良好,證明經(jīng)過修正的混凝土本構(gòu)關(guān)系是一種適合于cfrp鋼管混凝土軸壓構(gòu)件數(shù)值分析的混凝土本構(gòu)關(guān)系.

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(jìn)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。

基于雙剪統(tǒng)一強度理論,充分考慮了中間主應(yīng)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(dǎo)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(cè)壓系數(shù)和材料強度參數(shù)的取值做了分析探討,最后將計算結(jié)果與文獻(xiàn)資料的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。結(jié)果表明:雙剪統(tǒng)一強度理論對鋼管混凝土構(gòu)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(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供了可靠的理論依據(jù)。

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)一強度理論,對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算公式,與文獻(xiàn)資料的試驗結(jié)果作了比較,驗證了理論公式的正確性。分析了混凝土的黏性、混凝土的拉壓強度比以及中間主應(yīng)力對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算提供了一定的理論依據(jù)。

采用大型通用有限元軟件ansys對鋼管混凝土短柱的軸壓全過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到構(gòu)件軸向受壓的荷載—應(yīng)變關(guān)系,并與已有文獻(xiàn)中的試驗結(jié)果進(jìn)行了比較,結(jié)果表明,ansys的計算結(jié)果與試驗結(jié)果基本吻合,指出利用有限元軟件分析鋼管混凝土構(gòu)件的可行性和可信性。

在軸壓試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上,選擇合理的材料本構(gòu)關(guān)系模型,應(yīng)用有限元軟件abaqus對空心圓鋼管混凝土短柱進(jìn)行了有限元模擬,著重討論了有限元模型的建立方法,并通過模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的對比驗證了有限元模型的合理性。

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。

trc和tsrc短柱都是鋼管混凝土柱的特殊形式。在這兩種短柱中,鋼管并不會跨越梁柱連接,并且長度也短于混凝土核心筒。在地震區(qū),短柱容易產(chǎn)生脆性剪切破壞。trc和tsrc短柱廣泛應(yīng)用于橋梁、高層建筑和大型廠房,所以對短柱的剪切破壞及如何提高此類柱的延性便顯得非常重要。研究目的是為trc和tsrc短柱的計算開發(fā)一個非線性有限元模型,并將計算結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行對比?；谟邢拊嬎憬Y(jié)果,采用彈塑性方法來分析鋼管的應(yīng)力狀態(tài),并利用一個改進(jìn)的aci設(shè)計方法去計算trc和tsrc短柱的名義抗剪強度。

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(dá)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。

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...

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。