T形钢管再生混凝土柱轴压力学性能研究

为进一步深入了解T形截面钢管再生混凝土柱在竖向荷载作用下的力学性能,在选择合适的本构关系后,利用有限元软件ABAQUS对其进行了数值模拟。基于已建立的模型,选取再生骨料取代率、钢管壁厚、核心混凝土等级等作为变化参数,用该模型对T形截面钢管再生混凝土轴压力学性能进行了研究。研究结果表明,钢管和混凝土之间的相互作用十分明显,再生混凝土受到钢管约束处于三轴受压状态,极大改善了再生混凝土强度低及延性差的缺点;T形截面钢管再生混凝土柱同普通钢管混凝土相似,也拥有较好的承载性能和变形能力;不同比例的骨料取代率对T形柱的轴压承载能力影响较小;钢管壁厚越大,柱各阶段承载力值都越大,且提高了柱的初始刚度;再生混凝土等级越大,能够一定程度提高柱的极限承载力,但曲线下降段更迅速,延性比较差;有限元可以很好模拟T形截面钢管再生混凝土柱的荷载-变形全过程,研究成果可供实际工程设计参考。     

方钢管再生混凝土短柱轴压力学性能有限元分析

为进一步探讨方钢管再生混凝土轴压短柱的力学性能,在试验研究的基础上,采用非线性有限元软件ABAQUS对试验短柱的荷载-位移曲线进行了数值模拟,验证了有限元分析模型的正确性。将钢材强度、再生骨料取代率和钢管壁厚度作为变化参数,用该模型对方钢管再生混凝土短柱轴压力学性能进行了非线性分析。研究表明,钢材强度对试件荷载-位移曲线幅值与形状均有影响,提高钢材强度会增大试件极限承载力,而曲线下降段更平缓;再生骨料取代率主要影响试件极限承载力,随着再生骨料取代率的增大,极限承载力略有减小;钢管壁厚度对试件荷载-位移曲线的影响较大,随着钢管壁厚度的增大,试件极限承载力和加载初期刚度均有所增大,但试件延性变化不大。     

方钢管再生骨料混凝土短柱轴压力学性能研究

研究方钢管再生骨料混凝土短柱轴压力学性能,以再生骨料取代率、含钢率和不同再生骨料种类为参数,通过试验观测试件的破坏形态,记录荷载—位移、荷载—应变、极限荷载等数据,分析了3种影响因素对试件力学性能的影响。试验结果表明方钢管再生骨料混凝土短柱的最终破坏形态与普通钢管混凝土相似,随着再生骨料取代率的增大,钢管再生骨料混凝土刚度增大,承载力逐渐降低,在实际工程中建议再生砖骨料取代率控制在30%以内;随着含钢率的增大,试件抵抗变形的能力越强,承载力越高。     

方钢管再生混凝土短柱有限元分析

为了研究方钢管再生混凝土短柱的力学性能,在考虑再生骨料取代率、偏心距2个变化参数的基础上,设计了15个试件进行单调一次加载试验。利用ABAQUS有限元分析软件计算方钢管再生混凝土短柱不同影响因素下的极限承载力,并提出方钢管再生混凝土短柱轴压和偏压承载力计算公式。结果表明:理论计算结果与试验实测结果吻合较好。     

低周反复荷载下方钢管再生混凝土框架柱损伤试验研究

为了更加深入的了解地震作用下方钢管再生混凝土框架柱的损伤演化过程,设计制作了4根方钢管再生混凝土框架柱模型,通过改变加载制度、轴压比和含钢率进行了低周反复荷载试验。通过观察试件的破坏失效过程得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力退化及耗能能力,并从损伤的角度出发分析了不同设计参数及加载制度对方钢管再生混凝土框架柱抗震性能的影响。研究结果表明,试件在地震作用下的损伤进程分为无损伤、损伤稳定发展及损伤急剧发展3个阶段;随着加载的持续进行,试件的损伤逐步加大,使得其承载力和刚度不断下降,从而导致试件的变形能力降低。该研究结果可供建立方钢管再生混凝土地震损伤模型作为参考,并为揭示损伤对方钢管再生混凝土柱力学性能的影响提供试验支撑。     

长期荷载作用下钢管混凝土偏压柱力学性能的有限元分析

采用有限元法建立了长期荷载作用下钢管混凝土偏压柱的分析模型,并通过试验验证;对考虑长期荷载影响的钢管混凝土偏压柱的荷载-变形全过程曲线以及钢管与核心混凝土之间相互作用等力学性能进行了分析,并与不考虑长期荷载影响的钢管混凝土柱力学性能进行了比较.结果表明:长期荷载作用下钢管混凝土偏压柱的承载力降低且对应的跨中挠度增大;同时延缓了钢管与核心混凝土之间的相互作用.     

玄武岩纤维对再生混凝土基本力学性能的影响

随着社会发展和技术的进步,我国的再生混凝土的研究日益深入,纤维再生混凝土能提高其力学性能已经成为了土木工程应用的重要依据。玄武岩纤维作为一种新型的无机绿色纤维材料,具有较好的延性及经济性,是改善再生混凝土力学性能的新选择。针对强度为C35的混凝土,研究了长度6mm、12mm及20mm的玄武岩纤维在0.15%及0.3%的体积掺量下对粗骨料替代率为50%的再生混凝土的抗压和劈裂抗拉性能。结果表明,掺入玄武岩纤维对替代率为50%的再生混凝土有一定的增强和增韧效果,长度为12mm,纤维体积掺量为0.3%的玄武岩纤维再生混凝土的抗压强度达到最大值。玄武岩纤维对提高再生混凝土劈裂抗拉强度效果明显,长度为12mm,体积掺量为0.15%的玄武岩纤维再生混凝土的抗拉强度达到最优。     

T形钢管再生混凝土柱抗震性能的有限元非线性分析

为研究T形钢管再生混凝土柱在低周反复荷载作用下的抗震性能,在选择合适材料本构关系的基础上,采用有限元软件ABAQUS,模拟得到了3根不同再生骨料取代率下T形钢管再生混凝土柱的荷载-位移曲线,通过滞回曲线分析了不同替代率对试件水平承载力、延性和耗能能力的影响,并将轴压比、含钢率和钢材强度作为变化参数,用建立的有限元模型对T形钢管再生混凝土柱的抗震性能进行非线性分析。研究结果表明,不同取代率对试件的滞回曲线影响不大,所有柱的滞回曲线都非常饱满,说明T形钢管再生混凝土柱具有良好的抗震性能;轴压比对试件骨架曲线影响较大,随着轴压比的增大,试件水平承载力逐渐减小,且下降幅度变大,表现出更差的延性;含钢率对试件初始刚度和抗震性能影响很大,含钢率越大,试件初始刚度也越大,水平承载力和抗震性能也越好;钢材强度对试件的初始刚度影响不大,强度越大,试件的水平承载力越高,抗震性能越好;研究成果可供异性截面钢管再生混凝土结构的推广使用提供参考。     

方钢管再生混凝土柱恢复力模型研究

为研究方钢管再生混凝土柱的滞回特性,进行了3根钢管再生混凝土柱和1根普通钢管混凝土的拟静力试验,分析了再生骨料替代率、含钢率及轴压比对柱抗震性能的影响。结果表明,柱的滞回曲线形状较为饱满,具有良好的变形能力及耗能能力;再生骨料替代率对柱的承载力、延性、耗能能力和刚度退化影响不大;含钢率对柱抗震性能的影响较为明显,含钢率越大,柱的抗震性能越好;增大轴压比可以提高柱的水平承载力,但会降低柱的延性和耗能能力。基于试验结果,提出了适合于方钢管再生混凝土柱的“定点指向”三折线恢复力模型,并给出了恢复力模型的表达式。该模型计算结果与试验结果相接近,可供方钢管再生混凝土柱非线性地震反应提供参考依据。     

PVA改性再生骨料对再生混凝土基本力学性能的影响

由于再生骨料相对天然骨料内部结构复杂、总体质量较差,再生混凝土无法大范围实际应用。为了提高骨料自身质量,将2种不同的再生骨料浸泡10%PVA(聚乙烯醇)溶液进行改性,研究了PVA改性再生骨料对再生混凝土基本力学性能的影响。结果表明,浸泡10%PVA溶液可以有效改善再生骨料的自身缺陷,大幅度降低再生骨料的吸水率,提高再生骨料自身强度;PVA改性后的再生混凝土早期强度增长速率减慢,早期抗压强度和劈裂抗拉强度均比未改性的再生混凝土低;PVA改性对再生混凝土中后期的抗压强度有一定程度的提高,劈裂抗拉强度提高效果不显著。     

方钢管再生混凝土柱-钢梁节点的抗震性能试验与影响因素分析

为了研究方钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点在不同影响因素下的抗震性能,基于现行设计规范,以再生骨料取代率、粘结滑移、混凝土等级为设计变化参数,设计并制作了4根节点模型并进行了拟静力试验。详细观察了破坏过程,得到了实测滞回曲线。基于试验数据,详细分析了各设计变化参数对节点承载力、刚度、位移延性系数及耗能能力的影响程度。研究结果表明,各变化参数下的节点模型在破坏形态上都表现一致,均表现出钢梁翼缘的断裂破坏;不同再生骨料取代率对节点抗震性能影响不大;粘结滑移有否对节点抗震性能影响极小;混凝土等级越高,节点承载能力随之变大,但变形能力变差。研究成果可为方钢管再生混凝土柱-钢梁结构的推广和应用提供理论参考。     

大跨度斜拉拱组合桥极限承载能力分析

以一种新颖钢管混凝土拱桥斜拉钢管混凝土拱组合桥为研究对象,考虑钢管混凝土拱在变形、失稳破坏期间的几何及材料非线性特性,采用统一理论中的钢管混凝土组合构件本构关系及高精度不分层梁单元,对在建的某斜拉钢管混凝土拱组合桥进行了在静力荷载作用下的极限承载力分析,并用钢管混凝土拱模型实验对分析程序及钢管混凝土组合构件建模方法进行了验证,同时分析了斜拉索及斜拉索的初索力对拱桥承载能力的影响.结果表明,斜拉钢管混凝土拱组合桥具有较高的稳定性和极限承载力,斜拉索能够较大提高拱桥的承载能力,斜拉索初张力对稳定承载能力的影响不大.     

钢管再生混凝土柱-钢梁框架边节点恢复力模型研究

通过对2个矩形钢管再生混凝土柱-工字型钢梁框架边节点在低周反复荷载下进行的拟静力试验,分析了不同再生骨料取代率对节点抗震性能的影响,建立了该种类型节点的恢复力模型。研究结果表明,该类型节点滞回曲线饱满,拥有较好的抗震性能;不同再生骨料取代率对试件特征点的荷载影响不大,说明再生骨料取代率对节点抗震性能影响较小;建立的恢复力模型骨架曲线和滞回曲线与试验实测的具有较高的吻合度,可供矩形钢管再生混凝土柱-工字型钢梁框架结构的弹塑性地震反应分析参考;矩形钢管再生混凝土柱-工字型钢梁框架边节点具有良好的抗震性能,可以在高烈度抗震设防区域中的高层建筑中推广使用。     

往复水平荷载下钢管再生混凝土柱的抗震性能试验

为研究方钢管再生混凝土柱在往复水平荷载作用下的抗震性能,基于现行设计规范,制作了4根方钢管再生混凝土试件进行拟静力加载试验,研究了再生骨料替代率、含钢率和轴压比这3种参数对试件抗震性能的影响。通过观察各试件的破坏过程和破坏形态,分析其滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力及刚度退化规律发现：所有试件破坏形态都为柱脚的鼓曲破坏,与普通钢管混凝土柱相同;随着再生骨料替代率的上升,柱的极限承载力、延性系数及耗能能力都有所降低,但降幅不大;含钢率越大,柱的极限承载力明显提高,延性和耗能能力亦有所增加,抗震性能显著增强;轴压比对柱的极限承载力和延性有一定程度影响,轴压比越大,极限承载力越大,延性反而越差;从承载力、延性及耗能能力来看,在合理的轴压比和含钢率的前提下,方钢管再生混凝土柱具有较好的抗震性能,可用于抗震设防区。     

方钢管再生混凝土柱弹性阶段的抗弯刚度研究

本研究主要研究偏压荷载下方钢管再生混凝土柱的弹性抗弯刚度。采用目前国内外各规范、规程中的弯曲刚度公式,用试验得到的数据算出钢管再生混凝土柱的跨中挠度,并与试验值比较,进而推荐钢管再生混凝土柱的抗弯刚度公式。结果表明:小偏压时,推荐韩林海《现代钢管混凝土结构技术》弹性抗弯刚度的计算公式;大偏压时,推荐AIJ(1997)弹性抗弯刚度的计算公式。     

矩形钢管再生混凝土柱-工字形钢梁框架边节点的抗震性能试验

为研究矩形钢管再生混凝土柱-工字形钢梁框架节点的抗震性能,基于现行规范,按照1/2的缩尺比例设计2个节点模型。这2个节点模型分别填充再生骨料取代率为50%、100%的核心混凝土,考察了不同再生骨料取代率对节点抗震性能的影响,进行了低周反复荷载破坏试验并详细观察了节点模型在加载过程中的破坏形态。通过分析试验相关实测数据可知,矩形钢管再生混凝土柱-工字形钢梁框架节点的破坏形态表现为梁段形成塑性铰的弯曲破坏,满足了"强柱弱梁"的延性抗震设计要求;钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点具有良好的延性和耗能能力,可在抗震设防区推广使用;2个试件的滞回曲线相差不大,不同再生骨料取代率对该类型节点的抗震性能不产生明显影响。     

方钢管混凝土柱-钢梁外隔板节点三维非线性有限元研究

采用通用有限元软件Ansys8.0,对一种新型方钢管混凝土节点进行三维非线性有限元数值模拟和不同强度等级的填充混凝土对节点受力性能影响分析,并与大尺度模型实验结果进行对比.分析结果表明:填充混凝土强度对节点的水平承载力有较大影响,随着混凝土强度的提高,节点的水平承载力增加;节点区域应力分布均匀.考察了不同钢管混凝土柱轴压比对节点力学性能地影响.结果表明:梁端先出现塑性铰,柱的刚度远大于两梁的刚度;节点区域混凝土应力分布均匀,没有出现压溃现象.有限元分析结果与模型试验结果拟合较好,证明了新型节点的可行性和合理性,有一定的工程应用价值.     

基于钢管再生混凝土轴压短柱承载力规程比较的可靠度分析

本研究将国内外设计规程中有关钢管混凝土柱轴压承载力的计算方法,用于计算钢管再生混凝土轴压短柱承载力,并将计算结果与试验结果(其中包括21根方钢管再生混凝土柱以及49根圆钢管再生混凝土柱)相比较,找出与实验值最为接近的计算公式,并利用一次二阶矩法(JC法)进行可靠度校准.结果表明:采用规范CECS28-2012给出的轴压承载力计算公式计算钢管再生混凝土短柱的轴压承载力,试件在大部分荷载作用下,能够满足《建筑结构可靠度设计统一标准》有关承载能力极限状态可靠指标的要求。     

方钢管再生混凝土框架柱的非线性有限元分析

为进一步研究方钢管再生混凝土框架柱在地震反复荷载下的抗震性能,基于试验结果,选择合理的材料本构关系及破坏准则,采用有限元软件ABAQUS对试验中框架柱的抗震性能进行非线性分析,得到其荷载-位移滞回曲线。在此基础上对方钢管再生混凝土框架柱进行了参数分析,分析了核心混凝土等级、再生骨料替代率这2个参数对框架柱抗震性能的影响。研究结果表明,该模型的计算结果较为准确,计算得到的荷载-位移滞回曲线与试验实测结果吻合较好;提高核心混凝土等级,试件的承载力提高明显,但后期变形能力差,延性较差;增大再生骨料替代率可以明显改善试件的延性,但会降低试件所能达到的极限荷载。研究结果可供实际工程需要及试验设计参考。     

方钢管再生混凝土柱的抗震性能试验及设计参数影响分析

为了定量分析不同因素对方钢管再生混凝土柱在低周反复荷载下抗震性能指标的影响,选择再生骨料取代率、含钢率和轴压比为设计变化参数,开展了4根框架柱的拟静力试验。详细观测了框架柱破坏过程中及破坏后的形态,分析了实测滞回曲线,探究了设计变化参数对框架柱承载力、刚度、位移延性系数及耗能能力等抗震性能指标的影响规律。研究表明,方钢管再生混凝土柱的破坏形态同普通钢管混凝土柱相类似,都是柱底部钢管鼓曲、漆皮脱落及核心混凝土被压碎;随着再生骨料取代率的增大,柱的不同阶段的承载力、刚度、延性性能及耗能能力均有所降低;含钢率的增大对试件的位移延性系数、承载力、刚度、耗能能力起到有益作用;随着轴压比的提高,试件的延性性能及耗能能力有所降低,但其极限承载力、刚度却有所增加。