十字形截面方鋼管混凝土組合異形柱軸壓承載力試驗

通過理論計算和有限元模擬對t形方鋼管混凝土組合異形柱的偏心受壓承載力計算方法進(jìn)行研究。設(shè)計9根不同長細(xì)比偏心力作用的t形組合柱,借鑒《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(cecs159∶2004)》壓彎構(gòu)件的計算方法,對設(shè)計構(gòu)件進(jìn)行理論計算,并應(yīng)用ansys有限元軟件對設(shè)計構(gòu)件進(jìn)行偏壓承載力計算。分析結(jié)果表明:t形組合柱在偏心受壓破壞時,為整體彎曲破壞;理論計算與有限元分析計算結(jié)果吻合較好;驗證了采用理論計算方法計算方鋼管混凝土組合異形柱偏壓承載力的可行性。

方鋼管混凝土柱截面承載力的計算——通過用數(shù)值計算程序算得16個不同寬厚比和強(qiáng)度比的典型截面的彎矩一軸力曲線．采用曲線擬臺的方法提出了方錒管混凝土截面強(qiáng)度的計算方法，計算值與試驗結(jié)果吻合較好

鋼骨-方鋼管混凝土柱是一種組合柱設(shè)計模式,采用切線模量理論對該組合柱軸向受壓穩(wěn)定承載力進(jìn)行分析.以核芯混凝土、方鋼管和鋼骨的應(yīng)力-應(yīng)變模型為基礎(chǔ),通過縱向變形協(xié)調(diào)和內(nèi)外力平衡條件建立組合柱切線模量臨界載荷的計算方法.由于核芯混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變模型包含了方鋼管的約束作用,因此該方法體現(xiàn)了組合柱中鋼與混凝土之間的相互影響.7組軸心受壓鋼骨-方鋼管混凝土長柱和41組方鋼管混凝土長柱的試驗結(jié)果表明,該方法可對軸壓組合柱的穩(wěn)定承載力給出良好預(yù)測.

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(qiáng)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(qiáng)度、混凝土強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度的提高,構(gòu)件的承載力有所提高;隨著鋼材強(qiáng)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(qiáng)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。

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算中,將計算值與試驗值進(jìn)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(jù)。

用試驗與數(shù)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(shè)計了2種復(fù)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(jié)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(fù)合方鋼管混凝土柱的軸壓承載力有明顯提高。用數(shù)值方法對加肋復(fù)合方鋼管混凝土柱的軸力應(yīng)變?nèi)^程進(jìn)行了計算。計算結(jié)果和試驗結(jié)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。

采用統(tǒng)一強(qiáng)度理論,對方鋼管混凝土軸壓短柱進(jìn)行研究,提出一種方鋼管混凝土軸壓短柱極限承載力的簡化計算方法,與國內(nèi)外大量試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,結(jié)果符合良好,驗證了理論公式的正確性。該結(jié)果為方鋼管混凝土軸壓短柱的承載力計算提供了一定的理論依據(jù),可供有關(guān)工程參考。

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)計計算的準(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(jié)果進(jìn)行了計算分析,然后在已有的計算公式基礎(chǔ)上引入尺寸效應(yīng)模型,采用修正后的計算公式進(jìn)行計算并與未修正的計算結(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算公式的計算結(jié)果存在明顯的尺寸效應(yīng),而在這些計算公式中引入尺寸效應(yīng)模型進(jìn)行修正后,計算結(jié)果的尺寸效應(yīng)得到了明顯改善.結(jié)論筆者探討的4種計算公式都存在隨著構(gòu)件尺寸增大計算結(jié)果比實驗值偏大的趨勢,即計算公式無法準(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(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算公式,并對其影響因素進(jìn)行了分析。將計算結(jié)果與文獻(xiàn)試驗結(jié)果進(jìn)行對比,吻合較好,驗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。

由于t形截面方鋼管混凝土組合異型柱的壓彎性能研究較少,為了對此特性展開分析研究,對其進(jìn)行了單向壓彎試驗、有限元分析及理論計算;得到t形截面方鋼管混凝土具有良好的延性和較好的承載力的結(jié)論,并提出了考慮鋼管和混凝土組合剛度影響的等效長細(xì)比的計算公式。

本文對影響新老混凝土粘結(jié)面斷裂性能的主要因素進(jìn)行了簡要分析，提出了新老混凝土表面處理方法及粘結(jié)材料的特性和作用。

為進(jìn)一步研究新型實腹式鋼骨混凝土異形柱的受力性能。通過對3根十字形鋼骨混凝土異形柱和1根鋼筋混凝土異形柱的軸心受壓下的靜力試驗,對不同含鋼骨率及無鋼骨構(gòu)件的力學(xué)性能進(jìn)行了對比分析。隨著含鋼骨率的增大,構(gòu)件的延性相應(yīng)增加。發(fā)現(xiàn)鋼骨混凝土異形柱與普通鋼筋混凝土異形柱相比具有更高的承載力和更好的延性。這種新型實腹式鋼骨混凝土異形柱可以在工程中推廣使用。

對9根方鋼管珊瑚混凝土短柱進(jìn)行了軸壓試驗研究,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,提出了承載力計算公式,并比較了計算結(jié)果與試驗結(jié)果,以驗證其合理性。

為研究對拉約束拉桿對組合柱性能的影響,針對l形組合異形柱設(shè)置不同類型的約束拉桿、不同強(qiáng)度材料等進(jìn)行數(shù)值模擬,對比該類型下的相應(yīng)試驗結(jié)果,分析驗證了對拉約束拉桿對l形組合異形柱的性能改善作用,得到了對拉約束在柱延性及承載力方面的積極影響效果.最后基于線性回歸分析的理論計算方法表現(xiàn)出了和數(shù)值結(jié)果較高的一致性,建立了具有較高參考價值的帶約束拉桿的組合異形柱承載力計算公式.

高強(qiáng)混凝土十字形異形柱梁柱節(jié)點承載力分析——就節(jié)點區(qū)采用普通混凝土的十字形異形柱與采用高強(qiáng)混凝土的十字形異形柱分別進(jìn)行有限元模擬，對比分析節(jié)點區(qū)采用不同混凝土后構(gòu)件承載力提升的效果，得出使用高強(qiáng)混凝土的節(jié)點承載力比普通混凝土節(jié)點高的結(jié)論。

pi＝3.14159265pi=3.14159265 fc＝15(n/mm2)fc fy＝245(n/mm2)fy l0＝3.200(m)l0 dc＝500(mm)dc t＝10(mm)t φ＝0.822φ=if(l0/dc>4,1-0.115*sqrt(l0/dc-4),1) aa＝15707.96(mm2)aa=pi*dc*t ac＝196349.54(mm2)ac=pi*dc^2/4 θ＝1.31θ=(aa*fy)/(ac*fc) nu＝7.954e+06(n/mm2)nu=φ*fc*ac*(1+2*sqrt(θ)) b＝200(mm)上翼緣寬b t＝16(mm)上翼緣厚t bb＝350(mm)下翼緣寬bb tt＝16(mm)下翼緣厚tt hw1100(mm)腹板凈高h(yuǎn)0

為了進(jìn)一步研究方鋼管-鋼骨混凝土偏心受壓柱的力學(xué)性能,采用疊加法推導(dǎo)了其在鋼管、鋼骨受拉、受壓區(qū)屈服條件下的承載力計算公式;分析了長細(xì)比、偏心率、套箍率、配骨率等參數(shù)對偏壓構(gòu)件承載力的影響;通過算例對偏壓柱正截面承載力的計算過程進(jìn)行了演示。結(jié)果表明:偏心率的增大使承載力迅速降低;隨著長細(xì)比的增加,構(gòu)件的承載力呈直線下降;套箍率、配骨率的增加可以顯著提高構(gòu)件的承載力;得出的偏壓承載力的計算公式可用于承載力復(fù)核,為方鋼管-鋼骨混凝土偏壓柱設(shè)計提供參考。

鋼筋混凝土十字形截面梁的截面延性分析研究——參照現(xiàn)行《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(gb50010--2002)，采用接近鋼筋混凝土受彎構(gòu)件實際受力的基本假定，利用數(shù)學(xué)方法及材料力學(xué)截面受力的分析方法對十字形截面梁的截面延性進(jìn)行了分析，推導(dǎo)了較為精確的十字形截...

通過對6根型鋼異形截面柱和兩根普通鋼筋混凝土異形截面柱的軸心承載力的試驗研究,對型鋼異形截面柱的受壓性能進(jìn)行分析,提出了型鋼異形截面柱軸心受壓承載力的計算公式,計算值與試驗結(jié)果吻合較好。試驗結(jié)果表明,型鋼異形截面柱的塑性要優(yōu)于普通型鋼異形截面柱的塑性。

目的驗證十字形鋼管混凝土芯柱計算承載力的自編數(shù)值計算程序的正確性和可行性.方法在試驗和有限元模擬分析的基礎(chǔ)上,采用試驗和有限元分析中的材料本構(gòu)關(guān)系、試件參數(shù),利用數(shù)值計算軟件matlab編寫程序,對十字形鋼管混凝土芯柱進(jìn)行非線性分析.結(jié)果軸壓部分三種方法得到的承載力相差很小,吻合很好.雙向偏壓部分通過數(shù)值計算得出的承載力與有限元模擬得出的承載力誤差雖然比軸壓要大,但誤差值都在10%以內(nèi),誤差較小,說明兩種計算方法得出的承載力吻合較好.結(jié)論通過模擬結(jié)果與試驗結(jié)果對比,驗證了數(shù)值計算程序的可行性,從而為十字形鋼管混凝土芯柱的進(jìn)一步研究提供了參考依據(jù).

為了進(jìn)一步研究方鋼管-鋼骨高強(qiáng)混凝土軸心受壓短柱的特性,綜合考慮鋼骨存在對混凝土的影響,修正了方鋼管混凝土核心約束混凝土應(yīng)力-應(yīng)變模型;采用纖維模型法編制了非線性分析程序,計算了荷載-縱向應(yīng)變關(guān)系曲線,并與有關(guān)文獻(xiàn)的試驗曲線進(jìn)行了對比,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合得很好.最后,通過對大量計算結(jié)果的回歸分析,得出了實用的軸壓短柱承載力計算公式.