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内配格构式钢骨钢管混凝土构件的抗弯性能

土木与环境工程学报（中英文） 2022年第5期44卷 165-176页

作者：王先铁庞亚红高欢韩军科朱彬荣谢川东西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 中国电力科学研究院有限公司北京100085

对是否设置加劲肋和格构式钢骨等4组内部构造形式不同的钢管混凝土试件进行受弯试验。结果表明:格构式钢骨延缓了试件受拉区混凝土开裂和受压区钢管屈服,有效提高了其抗弯性能。采用有限元软件ABAQUS对试验试件进行数值模拟分析,模拟结... 详细信息

对是否设置加劲肋和格构式钢骨等4组内部构造形式不同的钢管混凝土试件进行受弯试验。结果表明:格构式钢骨延缓了试件受拉区混凝土开裂和受压区钢管屈服,有效提高了其抗弯性能。采用有限元软件ABAQUS对试验试件进行数值模拟分析,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上分析钢管径厚比、钢骨肢件间距、钢骨尺寸、钢骨及混凝土强度等对内配格构式钢骨钢管混凝土构件受弯性能的影响。结果表明:影响构件抗弯性能的主要参数为钢管径厚比、钢骨尺寸及钢骨强度;混凝土强度、钢骨肢件间距对其承载性能影响较小。采用中国规范对试件的抗弯承载力进行计算,采用中国规范、美国规范及欧洲规范对试件刚度进行计算,并将计算结果与试验结果进行对比。结果表明:中国规范对该类构件抗弯承载力的计算偏于保守;美国规范和欧洲规范对该类构件抗弯刚度的计算偏于保守,中国规范对抗弯刚度的计算误差较大。

关键词：格构式钢骨钢管混凝土受弯性能试验研究有限元分析

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内配格构式钢骨-钢管混凝土构件偏压性能试验研究

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建筑结构 2022年第13期52卷 77-85页

作者：陈庆胜李博凡孔龙荣鹿侯新宇王先铁国网甘肃省经济技术研究院兰州730000 西安建筑科技大学土木工程学院西安710055

对4组共8个不同内部构造形式的钢管混凝土试件进行了偏心受压试验。结果表明:各组试件的破坏模式均为试件整体弯曲,偏压侧钢管局部鼓曲。内配纵向加劲肋减缓了钢管的局部鼓曲。与普通钢管混凝土试件相比,内配纵向加劲肋试件的极限承载... 详细信息

对4组共8个不同内部构造形式的钢管混凝土试件进行了偏心受压试验。结果表明:各组试件的破坏模式均为试件整体弯曲,偏压侧钢管局部鼓曲。内配纵向加劲肋减缓了钢管的局部鼓曲。与普通钢管混凝土试件相比,内配纵向加劲肋试件的极限承载力提高3.80%,内配格构式钢骨试件的极限承载力提高8.28%,同时配置纵向加劲肋和格构式钢骨试件的极限承载力提高14.33%。利用有限元软件对内配格构式钢骨-钢管混凝土构件进行偏心受压数值模拟,分析了构件的受力机理和各部件的应力发展过程,研究了混凝土强度、钢管强度、钢管径厚比、钢骨强度、钢骨尺寸以及荷载偏心距对其承载性能的影响。提出了内配格构式钢骨-钢管混凝土构件的偏压承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好。

关键词：格构式钢骨钢管混凝土偏心受压试验研究承载力计算方法

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格构式钢骨-钢管混凝土构件轴压性能及承载力计算方法研究

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格构式钢骨-钢管混凝土构件轴压性能及承载力计算方法研究

作者：侯新宇西安建筑科技大学

学位级别：硕士

格构式钢骨-钢管混凝土构件是指在钢管混凝土构件中埋入钢骨(角钢)及加劲肋,钢骨之间用缀板连接而形成的一种组合构件。与钢骨混凝土构件相比,该类组合构件的外钢管能有效约束核心混凝土的径向变形,使混凝土处于三向受压的复合应力状态... 详细信息

格构式钢骨-钢管混凝土构件是指在钢管混凝土构件中埋入钢骨(角钢)及加劲肋,钢骨之间用缀板连接而形成的一种组合构件。与钢骨混凝土构件相比,该类组合构件的外钢管能有效约束核心混凝土的径向变形,使混凝土处于三向受压的复合应力状态,显著提高构件的受压承载能力和延性;与钢管混凝土构件相比,由于格构式钢骨的存在,增强了对核心混凝土的约束作用,有效延缓和抑制了核心混凝土剪切斜裂缝的发展,从而提高了构件的受压承载能力。本文通过试验研究、有限元数值模拟及理论分析相结合的方法,对格构式钢骨-钢管混凝土构件的轴心受压力学性能开展了研究,在试验与理论分析的基础上,提出了格构式钢骨-钢管混凝土构件的轴压承载力和刚度计算方法。主要内容如下:(1)对4组共8个不同内部构造形式的钢管混凝土试件进行了轴心受压试验,对比分析了格构式钢骨-钢管混凝土试件和普通钢管混凝土试件在轴心压力作用下的承载能力、受力机理及破坏机制。结果表明,不同内部构造形式的钢管混凝土试件变形机理和破坏机制基本一致:各组试件出现不同程度的弯曲变形,外钢管中下部出现不同程度的鼓曲变形。改变钢管混凝土试件的内部构造形式可显著提高其轴压极限承载力。与内部无任何加劲措施的试件相比,内配纵向加劲肋试件的极限承载力提高了4.65%;内配格构式钢骨试件的极限承载力提高了10.53%;同时配置纵向加劲肋和格构式钢骨试件的极限承载力提高了21.12%。(2)采用有限元软件ABAQUS 6.14对试验试件进行精细化模拟,将有限元分析得到的破坏形态和荷载-位移曲线与试验结果进行对比,二者吻合较好,验证了有限元模拟的合理性及准确性。在此基础上,分析了格构式钢骨-钢管混凝土构件的应力发展过程,明确了其受力机理和破坏机制。(3)采用有限元方法研究了混凝土强度、钢管强度、构件长径比、钢管径厚比、格构式钢骨尺寸、格构式钢骨强度、格构式钢骨肢件间距等参数对格构式钢骨-钢管混凝土构件轴压承载性能的影响。结果表明:随着核心混凝土强度等级的提高,构件承载力提升明显,当混凝土为高强混凝土时,构件整体延性降低;随着外钢管强度等级的提高,构件初始刚度基本不变,极限承载力不断增大,但其增长幅度不断减缓;随着构件长径比的增大,构件由强度破坏逐渐转变为稳定破坏,其极限承载力显著下降,延性降低;钢管径厚比为57～80时,随着钢管径厚比增大,构件极限承载力下降幅度较小,延性降低;径厚比为80～100时,随着钢管径厚比增大,构件极限承载力下降幅度较大;增大内配格构式钢骨尺寸,可提高构件极限承载力和延性;提高格构式钢骨强度等级,对构件的极限承载力和延性影响较小;格构式钢骨肢件间距与构件直径比值为0.438～0.563时,构件极限承载力随着比值的增大而小幅度增长,构件具有较好延性。(4)基于国内外现行规范中有关钢管混凝土构件的计算方法,并结合试验和有限元分析结果,提出了格构式钢骨-钢管混凝土构件的轴压承载力和轴压刚度计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好。

关键词：钢管混凝土格构式钢骨轴压性能试验研究有限元分析参数分析承载力刚度计算方法

内配格构式钢骨钢管混凝土构件的抗弯性能研究

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土木与环境工程学报(中英文) 2021年

作者：王先铁庞亚红高欢韩军科朱彬荣谢川东西安建筑科技大学土木工程学院中国电力科学研究院有限公司

对是否设置加劲肋和格构式钢骨等4组内部不同构造形式的钢管混凝土试件进行受弯试验。试验结果表明：格构式钢骨延缓了试件受拉区混凝土开裂和受压区钢管屈服，有效提高了其抗弯性能。采用有限元软件ABAQUS对试验试件进行数值模拟分析... 详细信息

对是否设置加劲肋和格构式钢骨等4组内部不同构造形式的钢管混凝土试件进行受弯试验。试验结果表明：格构式钢骨延缓了试件受拉区混凝土开裂和受压区钢管屈服，有效提高了其抗弯性能。采用有限元软件ABAQUS对试验试件进行数值模拟分析，有限元模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上分析了钢管径厚比、钢骨肢件间距、钢骨尺寸、钢骨及混凝土强度等对内配格构式钢骨钢管混凝土构件受弯性能的影响。结果表明：影响构件抗弯性能的主要参数为钢管径厚比、钢骨尺寸及钢骨强度；混凝土强度、钢骨肢件间距对其承载性能影响较小。采用中国规范、美国规范及欧洲规范对试件的抗弯承载力和刚度进行计算，并将计算结果与试验结果进行对比。结果表明：中国规范对该类构件抗弯承载力的计算偏于保守，对抗弯刚度的计算误差较大；美国和欧洲规范对该类构件抗弯刚度的计算偏于保守。

关键词：格构式钢骨钢管混凝土受弯性能试验研究有限元分析

内配格构式钢骨钢管混凝土构件的抗弯性能及承载力计算方法研究

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内配格构式钢骨钢管混凝土构件的抗弯性能及承载力计算方法研究

作者：高欢西安建筑科技大学

学位级别：硕士

内配格构式钢骨钢管混凝土组合构件是在钢管混凝土构件中配置格构式钢骨(角钢)、纵向加劲肋等加劲件的一种新型钢管混凝土构件。相比传统钢管混凝土构件,这种构件具有更优良的力学性能。本文采用试验研究、非线性数值模拟和理论分析相... 详细信息

内配格构式钢骨钢管混凝土组合构件是在钢管混凝土构件中配置格构式钢骨(角钢)、纵向加劲肋等加劲件的一种新型钢管混凝土构件。相比传统钢管混凝土构件,这种构件具有更优良的力学性能。本文采用试验研究、非线性数值模拟和理论分析相结合的方法,对这种新型钢管混凝土构件的抗弯性能及承载力计算方法开展研究。主要内容包括:(1)对4组共8个不同内部加劲形式(无内部加劲件、钢管纵向加劲肋、内配格构式钢骨、同时设置钢管纵向加劲肋和格构式钢骨)的钢管混凝土构件进行了受弯试验研究。结果表明,由于混凝土对外钢管的支撑作用,试件纯弯段均未出现局部屈曲,各试件均因弯曲挠度过大而破坏;内配格构式钢骨延缓了受拉区混凝土裂缝的开展;受拉区钢管屈服是试件从弹性阶段进入弹塑性阶段的转折点,而受压区钢管的屈服使试件由弹塑性阶段进入塑性阶段;与无内部加劲件的普通钢管混土试件相比,内配格构式钢骨及纵向加劲肋试件的抗弯承载力提高16.4%,初始抗弯刚度提高14.9%。(2)采用有限元软件ABAQUS对试验试件进行非线性数值模拟分析。结果表明,有限元模拟结果与试验结果吻合较好,验证了有限元分析的正确性。由试验与有限元分析结果可知,内配格构式钢骨钢管混凝土试件的破坏过程为:受拉区混凝土开裂→受压区混凝土局部达到抗压强度、受拉区钢管开始屈服→受拉区钢骨开始屈服,受压区钢管进入屈服→受压区钢骨进入屈服→受压区钢管大面积屈服,受拉区混凝土裂缝开展过大,受压区混凝土由外向内大面积达到抗压强度,试件破坏。对比各试件中和轴位置变化过程可知,内配钢骨延缓了加载过程中中和轴的上升,降低了试件各阶段中和轴的高度,使更多混凝土参与分担压力,从而提高了试件抗弯承载力。(3)利用有限元软件ABAQUS进行了系统化参数分析,研究了钢管径厚比、钢骨尺寸、钢骨肢件间距、钢骨钢材强度、核心混凝土强度等对内配格构式钢骨钢管混凝土构件受弯承载性能的影响。结果表明,对构件抗弯极限承载力影响较大的参数为钢管径厚比、钢骨尺寸及钢骨强度。从抗弯性能考虑,建议钢骨采用与钢管相同等级或者比钢管强度等级略低的钢材;格构式钢骨肢件间距可按照钢骨肢件间距与钢管外径之比为0.50～0.54取值。(4)根据中国《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936-2014)、《特殊钢管混凝土构件设计规程》(CECS 408:2015)、美国规程(AISC-LRFD、AISC360-16)及欧洲规范(Eurocode 4),分别计算了不同构造形式钢管混凝土构件的抗弯刚度和抗弯承载力。与试验结果的对比表明,美国规程(AISC360-16)对内配格构式钢骨钢管混凝土构件抗弯刚度的计算值最接近试验值;中国《特殊钢管混凝土构件设计规程》(CECS 408:2015)对于内配格构式钢骨钢管混凝土构件的抗弯承载力计算结果偏于保守。在此基础上,结合试验和有限元分析结果,提出了内配钢骨钢管混凝土构件的抗弯承载力计算公式,公式计算结果与试验及有限元模拟结果吻合较好。

关键词：格构式钢骨钢管混凝土受弯性能试验研究有限元分析参数分析承载能力