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

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

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.

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(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(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)。

鋼管混凝土復(fù)合柱(簡稱"復(fù)合柱")是以鋼管混凝土為柱肢、以鋼筋混凝土板為綴板的新型組合柱。復(fù)合軸壓短柱以綴板壓碎為破壞特征,鋼管混凝土柱肢沒有達(dá)到其自身的承載力。因此,在復(fù)合短柱的軸壓承載力疊加計(jì)算時,鋼管混凝土柱肢的承載力應(yīng)進(jìn)行折減。本文采用有限元分析方法,通過變形協(xié)調(diào)條件,得到綴板壓碎時,鋼管混凝土柱肢分擔(dān)的荷載,將其與其承載力的比值定義為柱肢承載力折減系數(shù)。討論了選取不同理論計(jì)算鋼管混凝土柱肢承載力時應(yīng)采用的折減系數(shù)值及其受套箍系數(shù)影響的規(guī)律。分析結(jié)果表明,當(dāng)采用統(tǒng)一理論計(jì)算鋼管混凝土柱肢承載力時,對應(yīng)的柱肢承載力折減系數(shù)趨于一個定值;而采用極限平衡理論計(jì)算時,折減系數(shù)隨著套箍系數(shù)的增大而減小,折減系數(shù)與套箍系數(shù)之間的關(guān)系可通過簡單的線性擬合得到。

采用統(tǒng)一強(qiáng)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(jìn)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(yīng)進(jìn)行控制,提出了方鋼管混凝土短柱軸壓極限承載力的計(jì)算公式,并對其影響因素進(jìn)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(jì)算中,將計(jì)算值與試驗(yàn)值進(jìn)行對比,驗(yàn)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(jù)。

考慮圓弧形鋼管混凝土支架構(gòu)件的實(shí)際工作性能,針對目前較為實(shí)用的基于統(tǒng)一理論提出的承載力計(jì)算方法進(jìn)行分析,開展了一組包括空鋼管、直鋼管混凝土和曲鋼管混凝土短柱的軸壓和壓彎試驗(yàn),從荷載-變形全過程曲線分析曲鋼管混凝土短柱構(gòu)件與直鋼管混凝土短柱構(gòu)件的區(qū)別,并將試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析,得出了一些結(jié)論,可供圓弧形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算提供參考。

為研究鋼管混凝土短柱在壓、彎作用下的受剪承載力,設(shè)計(jì)了26個鋼管混凝土短柱試件進(jìn)行試驗(yàn)研究。通過對試件的破壞形態(tài)、剪力-應(yīng)變曲線、剪力-跨中撓度曲線等試驗(yàn)結(jié)果的分析以及與已有鋼管混凝土短柱在軸壓力作用下的受剪承載力的對比,分析了影響鋼管混凝土短柱受剪承載力的各種因素,為研究鋼管混凝土短柱在軸壓力以及彎矩作用下的受剪性能提供了直接的試驗(yàn)依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明,試件(剪跨比λ<0.5)的破壞均為剪切型破壞,但延性較好,有較大的變形能力。鋼管混凝土短柱的受剪承載力與軸壓比、剪跨比、初始彎矩有關(guān),初始彎矩的存在對試件的受剪承載力有一定程度的削弱。基于受剪承載力機(jī)理的分析及試驗(yàn)的實(shí)測數(shù)據(jù),建立了鋼管混凝土短柱在壓、彎作用下的受剪承載力計(jì)算公式,公式計(jì)算值與試驗(yàn)值符合較好,且計(jì)算結(jié)果偏于安全。

為了研究具有內(nèi)鋼管和型鋼增強(qiáng)的復(fù)合鋼管混凝土柱的承載力,將鋼管混凝土統(tǒng)一理論推廣應(yīng)用于復(fù)合鋼管混凝土柱軸壓強(qiáng)度計(jì)算中,在分析了復(fù)合鋼管混凝土柱軸壓受力機(jī)理的基礎(chǔ)上,綜合考慮不同內(nèi)外鋼材的截面形式,提出了組合等效套箍系數(shù),應(yīng)用于復(fù)合鋼管混凝土柱的軸壓強(qiáng)度計(jì)算,并將計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。結(jié)果表明:可以用統(tǒng)一理論計(jì)算復(fù)合鋼管混凝土柱的軸壓承載力;該方法具有形式統(tǒng)一、計(jì)算簡便、計(jì)算精度高的優(yōu)點(diǎn)。

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。

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(shù)λ與套箍指標(biāo)、鋼管縱向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力的關(guān)系。通過對124根軸心受壓鋼管混凝土短柱試驗(yàn)結(jié)果的分析,建立了λ與套箍指標(biāo)和鋼管屈服強(qiáng)度的關(guān)系式,提出了引入λ的鋼管混凝土短柱軸心受壓承載力計(jì)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(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果符合良好。

目的方鋼管混凝土短柱軸心受壓承載力存在尺寸效應(yīng),為了提高大尺寸方鋼管混凝土軸心受壓承載力設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確性,研究了考慮尺寸效應(yīng)的方鋼管混凝土短柱軸壓承載力計(jì)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(jì)算公式,并用這些公式對收集的大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了計(jì)算分析,然后在已有的計(jì)算公式基礎(chǔ)上引入尺寸效應(yīng)模型,采用修正后的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算并與未修正的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較.結(jié)果現(xiàn)有的方鋼管混凝土短柱軸壓承載力計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果存在明顯的尺寸效應(yīng),而在這些計(jì)算公式中引入尺寸效應(yīng)模型進(jìn)行修正后,計(jì)算結(jié)果的尺寸效應(yīng)得到了明顯改善.結(jié)論筆者探討的4種計(jì)算公式都存在隨著構(gòu)件尺寸增大計(jì)算結(jié)果比實(shí)驗(yàn)值偏大的趨勢,即計(jì)算公式無法準(zhǔn)確反映構(gòu)件軸壓承載力存在的尺寸效應(yīng);通過引入混凝土材料的尺寸效應(yīng)模型,對方鋼管混凝土軸壓承載力計(jì)算公式進(jìn)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(yīng)影響,從而為方鋼管混凝土軸心受壓承載力設(shè)計(jì)計(jì)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(jìn)行受力分析。引入混凝土有效約束系數(shù),采用統(tǒng)一強(qiáng)度理論,考慮中間主應(yīng)力和材料拉壓比的影響,推導(dǎo)了pbl加勁型方鋼管混凝土短柱軸壓極限承載力的計(jì)算公式,并對其影響因素進(jìn)行了分析。將計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比,吻合較好,驗(yàn)證了所給公式的正確性。研究結(jié)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(qiáng)度理論參數(shù)b、混凝土內(nèi)摩擦角、加勁肋的寬度和厚度的增大而提高。所得結(jié)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。

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(jì)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(jì)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(yàn)研究, 并將解析分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 比較,證明了提出的解析計(jì)算式的正確性

在4種無初應(yīng)力的啞鈴型鋼管混凝土柱極限承載力計(jì)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(jì)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(qiáng)度理論的計(jì)算方法。將各種計(jì)算方法的計(jì)算值與試驗(yàn)值進(jìn)行比較,驗(yàn)證了本文計(jì)算公式的合理性,并分析了各種方法的基本特點(diǎn),可供工程應(yīng)用參考。

對曲鋼管混凝土柱與直鋼管混凝土短柱應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行了分析,對鋼管混凝土構(gòu)件承載力計(jì)算公式進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,試驗(yàn)得到的荷載-變形曲線與典型的荷載-變形曲線相吻合;并用鋼管混凝土承載力公式對曲鋼管混凝土短柱進(jìn)行了承載力計(jì)算,發(fā)現(xiàn)其結(jié)果是偏于安全的。

對9根方鋼管珊瑚混凝土短柱進(jìn)行了軸壓試驗(yàn)研究,以試件高度、方鋼管壁厚及截面邊長為變量,探究了含鋼率、長細(xì)比對極限承載力的影響。通過引入核心珊瑚混凝土強(qiáng)度提高系數(shù),分析了套箍增強(qiáng)作用。將核心珊瑚混凝土分為有效約束區(qū)和非有效約束區(qū),并分別進(jìn)行了受力分析,提出了承載力計(jì)算公式,并比較了計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果,以驗(yàn)證其合理性。

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。

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(yàn)結(jié)果對比相吻合。

圓形鋼管混凝土柱在偏心受壓時產(chǎn)生套箍效應(yīng),使得其結(jié)構(gòu)承載能力大大提升,其結(jié)構(gòu)也被廣泛的應(yīng)用。文章在前人研究成果的基礎(chǔ)上,研究鋼管及管內(nèi)混凝土受力情況,并推導(dǎo)材料力學(xué)公式,提出了圓形鋼管混凝土短柱偏壓承載力簡易計(jì)算公式,從而使圓形鋼管混凝土短柱偏心受壓承載力的計(jì)算簡單方便。

鋼管混凝土核心短柱承載力目前仍無統(tǒng)一計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算公式。理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合,表明了本文方法的正確性。