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局部腐蚀圆中空夹层钢管混凝土短柱偏压力学性能研究

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空间结构 2022年第2期28卷 87-96页

作者：廖栩李吉人王庆利辽宁科技大学土木工程学院辽宁鞍山114000

为研究局部腐蚀圆中空夹层钢管混凝土短柱偏心受压的力学性能,以局部腐蚀的腐蚀率及荷载偏心率为参数,建立数值模型,分析了腐蚀率与荷载偏心率对该类构件承载力的影响规律及破坏机理.结果表明,外钢管局部腐蚀导致弹性范围内刚度减小,腐... 详细信息

为研究局部腐蚀圆中空夹层钢管混凝土短柱偏心受压的力学性能,以局部腐蚀的腐蚀率及荷载偏心率为参数,建立数值模型,分析了腐蚀率与荷载偏心率对该类构件承载力的影响规律及破坏机理.结果表明,外钢管局部腐蚀导致弹性范围内刚度减小,腐蚀率越大,腐蚀区域越早产生局部屈曲,导致塑性破坏,进而导致承载力降低.荷载偏心率对承载力影响较大,当偏心率小于1.5时,承载力随偏心率的增大而急剧减小;当偏心率大于1.5时,承载力减小的趋势逐渐趋于平缓.同时,外钢管对内部结构的约束效应受偏心率影响较大,当偏心率较小时,约束效应明显,外钢管只产生环向拉应变;随着偏心率的增大,腐蚀区域靠近加载点一侧的钢管首先产生局部屈曲,同时腐蚀区域远离加载点一侧的钢管出现环向压应变.

关键词：钢管混凝土短柱中空夹层局部腐蚀偏压性能局部屈曲

冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形柱偏压受力性能试验研究与数值分析

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土木工程学报 2016年第10期49卷 1-10,17页

作者：聂少锋霍洋洋周天华陶莹孙玉金长安大学陕西西安710061

对冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形截面立柱进行轴压和偏压试验研究,得到各试件的荷载-位移曲线和极限承载力,详细分析了试件的屈曲模式和破坏特征。建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型对试验试件进行模拟分析,两者吻合较好,验证... 详细信息

对冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形截面立柱进行轴压和偏压试验研究,得到各试件的荷载-位移曲线和极限承载力,详细分析了试件的屈曲模式和破坏特征。建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型对试验试件进行模拟分析,两者吻合较好,验证了有限元方法的正确性。进而采用数值方法分析了构件长细比、螺钉间距和位置、偏心距和偏心方向对该类拼合立柱偏压受力性能的影响。结果表明:双向刀铰支座可以很好的实现铰接;螺钉间距为300mm时,拼合柱各肢整体协同工作性能良好;轴压和绕弱轴偏压试件最终破坏模式均为绕弱轴整体弯曲,绕强轴偏压时,试件破坏模式为弯扭失稳,但扭转不明显;拼合柱的偏压极限承载力和刚度随长细比和偏心距的增大而降低;偏心距相同时,拼合柱绕强轴偏压的极限承载力和刚度比绕弱轴偏压略高。

关键词：冷弯薄壁型钢拼合箱形截面柱试验研究偏压性能数值分析

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椭圆钢管混凝土长柱偏压受力性能研究

建筑钢结构进展 2018年第2期20卷 103-109页

作者：於忠华王静峰沈奇罕合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009 合肥工业大学安徽土木工程结构与材料省级实验室合肥230009

为研究椭圆钢管混凝土(ECFST)长柱的偏压性能,利用ABAQUS建立了偏压作用下椭圆钢管混凝土长柱的数值分析模型,考虑了钢管与核心混凝土的复杂接触问题、材料非线性问题和椭圆截面特征的影响,并利用试验结果验证了数值分析模型的准确性。... 详细信息

为研究椭圆钢管混凝土(ECFST)长柱的偏压性能,利用ABAQUS建立了偏压作用下椭圆钢管混凝土长柱的数值分析模型,考虑了钢管与核心混凝土的复杂接触问题、材料非线性问题和椭圆截面特征的影响,并利用试验结果验证了数值分析模型的准确性。对钢材强度、混凝土强度、偏心距、径厚比、长短轴比和截面面积等参数进行了分析,评价了各参数对偏压作用下椭圆钢管混凝土长柱轴压承载力的影响,揭示了其破坏模式和受力机理。研究结果表明,偏压作用下椭圆钢管混凝土长柱的破坏模式根据偏心距大小可以分为大偏压破坏和小偏压破坏,根据加载路径的不同可以分为长轴偏压破坏和短轴偏压破坏。椭圆钢管混凝土偏压长柱的轴压承载力随着混凝土强度、钢材强度和截面面积的增大而增大,随着偏心距、径厚比、长短轴比和长细比的增大而减小。研究结果将为建立椭圆钢管混凝土构件的设计方法提供参考。

关键词：椭圆钢管混凝土长柱偏压性能破坏模式

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圆端形椭圆钢管混凝土长柱偏压受力性能研究

建筑钢结构进展 2020年第1期22卷 47-57页

作者：邵幸巧王静峰沈奇罕合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009 合肥工业大学安徽土木工程结构与材料省级实验室合肥230009

为了获悉圆端形椭圆钢管混凝土偏压长柱的理论计算模型和受力性能,考虑了圆端形椭圆截面特征,提出了圆端形椭圆钢管混凝土本构关系等效方法;基于有限元法建立了圆端形椭圆钢管混凝土长柱在偏压作用下的理论分析模型。对钢材强度、混凝... 详细信息

为了获悉圆端形椭圆钢管混凝土偏压长柱的理论计算模型和受力性能,考虑了圆端形椭圆截面特征,提出了圆端形椭圆钢管混凝土本构关系等效方法;基于有限元法建立了圆端形椭圆钢管混凝土长柱在偏压作用下的理论分析模型。对钢材强度、混凝土强度、偏心距、径厚比、长短轴比和长细比等诸多参数进行了系统分析,评价了各参数对圆端形椭圆钢管混凝土长柱偏压承载力的影响,揭示了其破坏模式。研究结果表明:圆端形椭圆钢管混凝土偏压长柱的承载力随着混凝土强度和钢材强度的增大而增大;随着偏心率、径厚比、长短轴比和长细比的增大而减小。最后,基于统一理论提出了圆端形椭圆钢管混凝土长柱偏压作用下的承载力设计方法。研究结果将为建立圆端形椭圆钢管混凝土结构的设计和应用提供参考。

关键词：圆端形椭圆钢管混凝土柱本构关系偏压性能有限元法计算公式

高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱轴压及偏压力学性能研究

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高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱轴压及偏压力学性能研究

作者：林益伟华南理工大学

学位级别：硕士

相比普通钢,高强钢拥有更高的屈服强度、抗拉强度和结构可靠性。但是随着钢材屈服强度的提高,钢材屈强比增大而断后伸长率减小,屈服平台长度缩短甚至消失,高强钢的应变强化效应并不明显。在高强钢结构中,高强钢板更薄,在受压无约束条件... 详细信息

相比普通钢,高强钢拥有更高的屈服强度、抗拉强度和结构可靠性。但是随着钢材屈服强度的提高,钢材屈强比增大而断后伸长率减小,屈服平台长度缩短甚至消失,高强钢的应变强化效应并不明显。在高强钢结构中,高强钢板更薄,在受压无约束条件下,容易发生局部屈曲破坏。此外,对于高强钢管混凝土柱,高强钢管在纵向连续,容易发生局部屈曲破坏。为了充分利用高强钢的强度优势,本文提出了一种高强圆钢管约束高强型钢混凝土柱,即在高强型钢混凝土外侧包裹不连续的高强薄壁钢管。高强钢管在两端断开,主要承受环向拉应力,可以延缓甚至避免薄壁钢管的局部屈曲;内置高强型钢在核心混凝土的包裹下,避免了受压时局部屈曲的出现;核心混凝土在高强钢管和高强型钢的约束下,强度和延性得到提升。为给该类柱的设计分析和工程应用提供技术支撑,本文开展了如下工作:1.开展了9根高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱、1根高强圆钢管约束混凝土短柱、1根高强圆钢管高强型钢混凝土短柱的轴压试验,考察了钢管屈服强度、型钢屈服强度、高强钢管径厚比、高强型钢厚度、混凝土强度、高强钢管内壁处理方式、是否内置高强型钢、约束模式对柱轴压性能的影响。试验结果表明:（1）对于钢管约束型钢混凝土短柱,采用高强钢管相比采用普强钢管,轴压承载力及延性指标均显著提升;采用高强型钢相比采用普强型钢,轴压承载力显著提升,延性指标基本不变;（2）高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱相比高强圆钢管高强型钢混凝土短柱,轴压承载力略有提升,延性指标显著提升;（3）对于钢管约束型钢混凝土短柱,采用高强钢管、高强型钢相比采用普强钢管、普强型钢,轴压承载力与简单叠加承载力的比值从1.37提升到1.49,材料利用更充分,对核心混凝土的约束作用更强;（4）高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱轴压承载力与简单叠加承载力的比值为1.49,高于高强圆钢管高强型钢混凝土短柱的1.43,材料利用更充分,对核心混凝土的约束作用更强;（5）达到峰值荷载时,高强钢管与高强型钢都已经屈服,高强钢的强度得到充分发挥。2.开展了5根高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱的偏压试验和1根对比试件的轴压试验,考察了钢管屈服强度、型钢屈服强度、高强钢管径厚比、高强型钢厚度、偏心距对柱偏压性能的影响。试验结果表明:（1）对于钢管约束型钢混凝土短柱,采用高强钢管相比采用普强钢管,偏压承载力显著提升,延性指标基本不变;采用高强型钢的构件相比采用普强型钢,偏压承载力略有提升,延性指标显著提升;（2）达到峰值荷载时,受压侧高强钢管和高强型钢都已经屈服,高强钢的强度得到充分发挥。3.采用有限元软件ABAQUS建立了高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱轴压及偏压构件的计算模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好,并在此基础上进行参数分析。基于试验及参数分析结果,在相关设计规范的基础上,提出了适用于高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱的轴压承载力及偏压承载力修正公式,计算结果与试验结果、有限元结果吻合良好。

关键词：高强钢管高强型钢轴压性能偏压性能有限元分析

钢管约束型钢混凝土短柱轴压及偏压力学性能研究

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钢管约束型钢混凝土短柱轴压及偏压力学性能研究

作者：王宣鼎哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文对钢管约束型钢混凝土短柱的轴压与偏压力学性能进行了试验研究和有限元分析，并对钢管约束型钢混凝土短柱的轴压与偏压承载力计算方法进行了分析。本文具体内容如下：(1)以截面尺寸、钢管径（宽）厚比、是否设置抗剪件为控制参数... 详细信息

本文对钢管约束型钢混凝土短柱的轴压与偏压力学性能进行了试验研究和有限元分析，并对钢管约束型钢混凝土短柱的轴压与偏压承载力计算方法进行了分析。本文具体内容如下：(1)以截面尺寸、钢管径（宽）厚比、是否设置抗剪件为控制参数，分别进行了6个圆形和6个方形钢管约束型钢混凝土短柱的轴压试验。对试件的破坏模式和承载力等进行了分析，得到了试件的荷载-整体变形关系曲线、荷载-横向变形系数关系曲线、荷载-钢管应力关系曲线等，分析了钢管应力沿试件高度的变化规律。试验结果表明，圆形和方形钢管约束型钢混凝土短柱在轴压荷载作用下分别发生剪切破坏和压溃破坏;抗剪件对试件的破坏模式、承载力和延性无明显影响。(2)分别进行了6个圆形和6个方形钢管约束型钢混凝土短柱的偏压试验;偏压短柱试件参数与轴压试件相同。对试件的破坏模式和承载力进行分析，得到了试件的荷载-跨中挠度关系曲线和荷载-钢管应力关系曲线。试验结果表明，钢管约束型钢混凝土短柱在偏压荷载作用下发生弯曲破坏，抗剪件对偏压短柱的破坏模式、承载力和延性无明显影响。(3)基于ABAQUS软件建立了钢管约束型钢混凝土轴压及偏压短柱的有限元模型，有限元分析结果与试验结果吻合较好。采用有限元模型分析了混凝土强度、钢材屈服强度和型钢含钢率等参数对短柱轴压力学性能的影响;分析了偏心率对钢管约束型钢混凝土偏压短柱力学性能的影响。(4)将本文试验和有限元分析结果与钢管约束混凝土承载力计算方法进行了对比分析。分析结果表明，钢管约束型钢混凝土短柱的轴压承载力可通过钢管沿环向完全屈服的基本假定进行计算;而偏压短柱的承载力可采用修正的欧洲规范（EC4）全截面塑性假定进行计算。

关键词：钢管约束型钢混凝土短柱轴压性能偏压性能有限元模型

内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱轴压及偏压力学性能研究

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内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱轴压及偏压力学性能研究

作者：梁国立华南理工大学

学位级别：硕士

与圆钢管混凝土柱、方钢管混凝土柱相比,矩形钢管混凝土柱中钢管对于核心混凝土的约束作用不足,钢管易局部屈曲,承载力及延性相对较差,制约了矩形钢管混凝土柱的实际应用。针对上述问题,本文提出了一种矩形钢管混凝土柱的改进截面形式-... 详细信息

与圆钢管混凝土柱、方钢管混凝土柱相比,矩形钢管混凝土柱中钢管对于核心混凝土的约束作用不足,钢管易局部屈曲,承载力及延性相对较差,制约了矩形钢管混凝土柱的实际应用。针对上述问题,本文提出了一种矩形钢管混凝土柱的改进截面形式--内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土柱,通过内配椭圆箍筋有效约束了核心混凝土,提升了矩形钢管混凝土柱的承载力及延性。为给该类柱的实际应用提供理论支撑和科学依据,本文主要开展了如下工作:1.开展了8根内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱、1根内配菱形箍筋矩形钢管混凝土短柱、1根内配矩形箍筋矩形钢管混凝土短柱、5根普通矩形钢管混凝土短柱的轴压性能试验,考察了箍筋间距、箍筋截面直径、钢管壁厚、截面长宽比、钢管强度等级、箍筋形式等因素对短柱轴压性能的影响。研究表明:(1)在总用钢量相同时,与普通矩形钢管混凝土短柱相比,内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力有所提升,延性显著提升;(2)减小箍筋间距或增大箍筋截面直径,内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力有所提升,且减小箍筋间距的效果更佳;(3)矩形钢管截面长宽比越大,内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性均有所减小;(4)内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力大于内配菱形箍筋矩形钢管混凝土短柱及内配矩形箍筋的矩形钢管混凝土短柱,结合用钢量分析可知内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的效益优于内配菱形箍筋及内配矩形箍筋。2.开展了6根内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱和3根普通矩形钢管混凝土短柱的偏压性能试验,考察了箍筋间距、箍筋截面直径、偏心距等因素对柱偏压性能的影响。研究表明:(1)在偏心距较小时,内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的偏压承载力大于等用钢量的普通矩形混凝土短柱;在偏心距较大时,内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的偏压承载力小于等用钢量的普通矩形混凝土短柱;(2)在不同的偏心距下,内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱的延性均显著优于等用钢量的普通矩形混凝土短柱;(3)随着椭圆箍筋间距的减小,内配椭圆箍筋矩形钢管混凝土短柱偏压承载力和延性均有所提升;(4)增大椭圆箍筋截面直径对提升矩形钢管混凝土短柱的偏压承载力的效果一般,但能显著提升试件的延性。3.基于有限元分析软件ABAQUS,建立了内配椭圆钢筋矩形钢管混凝土短柱轴压及偏压试件的三维有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好,在此基础上进行参数分析,分析了各影响因素对内配椭圆钢筋矩形钢管混凝土短柱轴压和偏压力学性能影响。基于试验及参数分析结果,提出了内配椭圆钢筋矩形钢管混凝土短柱轴压承载力及偏压承载力的计算公式,该计算公式总体上具有较好精度,可满足实际工程的设计要求。

关键词：矩形钢管混凝土柱椭圆箍筋轴压性能偏压性能有限元分析

圆钢管约束钢筋混凝土空心短柱轴压及偏压力学性能研究

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圆钢管约束钢筋混凝土空心短柱轴压及偏压力学性能研究

作者：陈约瑟重庆大学

学位级别：硕士

钢管约束钢筋混凝土柱是在钢筋混凝土柱外设置钢管,钢管在柱上下两端开缝,使钢管不直接承担竖向荷载而主要对核心混凝土起约束作用的一种构件。钢管约束钢筋混凝土柱具有承载力高,延性及抗震性能好,抗火性能好等优点,已经开始应用于超... 详细信息

钢管约束钢筋混凝土柱是在钢筋混凝土柱外设置钢管,钢管在柱上下两端开缝,使钢管不直接承担竖向荷载而主要对核心混凝土起约束作用的一种构件。钢管约束钢筋混凝土柱具有承载力高,延性及抗震性能好,抗火性能好等优点,已经开始应用于超高层、体育场和桥梁等大型工程结构中。桥梁结构中,桥墩对抗弯和抗倾覆要求高,截面尺寸较大,轴压比一般较小,因此桥墩常采用空心构件。目前,国内外对钢管约束钢筋混凝土进行了较充分的研究,但研究均集中于实心构件,对空心构件的研究尚未开展;本文将对圆钢管约束钢筋混凝土空心短柱进行研究,主要研究工作如下:(1)进行了12个长径比为2:1的轴压短柱试验研究,试验的主要参数为配筋形式(单层配筋、双层配筋)和钢管径厚比(D/t=167、200、250)。通过试验得到了轴压作用下钢管约束混凝土的破坏形式、荷载-位移曲线、荷载-钢管应变曲线、荷载-钢管应力曲线。对轴压短柱的破坏模式、承载力、延性和钢管应力的变化规律进行了分析。(2)进行了8个长径比为2:1的偏压短柱试验研究,试验参数为偏心距(50mm、100mm)、钢管径厚比(D/t=120、200)和配筋形式(单层配筋、双层配筋)。通过试验得到了试件的破坏形态、荷载-柱中挠度曲线、荷载-钢管应变曲线,分析了偏压短柱的破坏模式、承载力、侧向变形性能、钢管应力应变发展规律;探究了偏心距、钢管径厚比和配筋形式对短柱偏压力学性能的影响规律。(3)基于ABAQUS有限元软件建立了圆钢管约束钢筋混凝土轴压及偏压空心短柱的有限元模型。在有限元与试验拟合较好的前提下,使用有限元分析了径厚比、混凝土强度、钢材屈服强度对短柱轴压力学性能的影响;分析了偏心距对圆钢管约束钢筋混凝土偏压短柱承载力的影响及钢材强度、径厚比对试件N-M关系曲线的影响。本文创新点:提出了一种新型的钢管约束钢筋混凝土桥墩,对圆钢管约束钢筋混凝土空心短柱进行了较为全面的轴压及偏压性能试验研究,采用ABAQUS有限元软件对试验结果进行了校核并参数分析。

关键词：圆钢管约束钢筋混凝土空心短柱轴压性能偏压性能有限元模型

圆钢管型钢再生混凝土组合柱偏压受力性能有限元分析

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圆钢管型钢再生混凝土组合柱偏压受力性能有限元分析

作者：王佩西安理工大学

学位级别：硕士

随着现代化建设进程的加快,混凝土的大量使用导致砂石等不可再生资源的过度开采以及废弃混凝土对环境的重大污染,使得对再生混凝土的研究日益重要。然而,由于再生混凝土的力学性能低于普通混凝土,再生混凝土材料一般应用于非结构体系。... 详细信息

随着现代化建设进程的加快,混凝土的大量使用导致砂石等不可再生资源的过度开采以及废弃混凝土对环境的重大污染,使得对再生混凝土的研究日益重要。然而,由于再生混凝土的力学性能低于普通混凝土,再生混凝土材料一般应用于非结构体系。为更广泛地利用再生混凝土,有关学者提出了钢与再生混凝土组合结构,其中圆钢管型钢再生混凝土组合柱结合了钢良好的延性性能以及再生混凝土较好的抗压能力,且有效弥补了钢管再生混凝土柱外部钢管极易发生局部屈曲以及型钢再生混凝土柱施工繁琐等问题,在工程中具有良好的应用前景。在圆钢管型钢再生混凝土组合柱偏压力学性能试验的基础上利用ABAQUS软件对组合柱的偏压力学性能进行有限元分析研究。研究内容主要是:①为分析圆钢管型钢再生混凝土组合柱偏压性能,利用组合柱的材性数据和偏压试验资料建立组合柱有限元模型;②对比组合柱有限元计算结果与试验结果,验证本文所建数值模型的有效性;③利用计算得到的应力、应变云图分析组合柱各组成部分在偏心受压下的破坏形态及应力变化,组合柱型钢首先屈服,随后圆钢管屈服,最后受压侧再生混凝土发生压溃破坏,受拉侧再生混凝土产生许多横向裂缝,试件整体向受压侧弯曲;④对组合柱进行参数扩展分析。结果表明,组合柱的初始刚度和承载力均随再生骨料取代率的增大而降低,其最大降幅约为10.1%;径厚比、偏心距、长细比以及再生混凝土强度对组合柱偏压性能影响较大;相比型钢,圆钢管强度的提高对组合柱偏压性能影响更大;型钢截面对组合柱偏压性能影响较小。参考相关规范采用经验系数法考虑偏心率、长细比以及再生骨料取代率等参数对偏压承载力的影响,通过拟合得到圆钢管型钢再生混凝土组合柱偏压承载力计算公式,对比公式计算结果与试验结果,表明所得计算公式可为设计提供参考。

关键词：钢管再生混凝土型钢再生混凝土偏压性能有限元分析承载力计算