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拉筋钢管混凝土短柱轴压承载力可靠度分析

拉筋钢管混凝土短柱轴压承载力可靠度分析

作者：熊姝宁中南大学

学位级别：硕士

本文采用蒙特卡洛法和基于立方正态分布的简化四阶矩法对学者丁发兴提出的考虑钢管形状约束系数的钢管混凝土(CFST)短柱轴压承载力公式进行可靠度分析。本文一共收集了945个各截面普通CFST短柱轴压试验数据和38个拉筋CFST短柱轴压试验数... 详细信息

本文采用蒙特卡洛法和基于立方正态分布的简化四阶矩法对学者丁发兴提出的考虑钢管形状约束系数的钢管混凝土(CFST)短柱轴压承载力公式进行可靠度分析。本文一共收集了945个各截面普通CFST短柱轴压试验数据和38个拉筋CFST短柱轴压试验数据,对比了各国规范的计算公式以及各知名学者的承载力计算公式。采用蒙特卡洛法和简化四阶矩法对各截面CFST短柱进行可靠度分析。最后分析了各参数变化对可靠指标的影响。主要研究成果如下:(1)概述了主要的可靠度计算方法以及适用情况,并收集了国内和国外的CFST承载力计算公式,包括规范规程以及一些学者提出的比较有影响力的计算公式。将各公式的计算结果与试验结果进行对比,结果表明,在现有的试验数据的基础上,丁发兴提出的公式考虑了钢管形状的约束系数,计算结果相对接近试验结果,故本文采用丁发兴提出的公式进行可靠度计算;(2)对本文所收集的945个普通CFST短柱轴压试验数据和38个拉筋CFST短柱轴压试验数据进行了汇总和分析,得到了随机变量的统计参数,包括荷载、材料强度、几何尺寸以及计算模式不定性的统计参数;(3)对学者丁发兴提出的CFST短柱轴压承载力计算公式进行可靠度分析,考虑了不同的参数变化对可靠指标的影响,包括截面形状、含钢率、混凝土强度、钢材强度、荷载比、荷载组合、拉筋强度以及拉筋配筋率。结果表明,普通钢管混凝土配置了拉筋之后,其可靠指标提高了20%以上。图32幅,表47个,参考文献99篇

关键词：钢管混凝土短柱轴压承载力可靠度蒙特卡洛法简化四阶矩法

火灾后方钢管约束钢筋混凝土短柱轴压力学性能研究

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火灾后方钢管约束钢筋混凝土短柱轴压力学性能研究

作者：延睿哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

钢管约束钢筋混凝土柱是一种新型组合构件,该构件在钢管中填入混凝土,并且在柱端将钢管断开,使得钢管仅提供环向约束作用而不直接承担竖向荷载。钢管约束钢筋混凝土柱承载力高,施工方便,可以很好地解决因竖向荷载过大导致的构件截面过... 详细信息

钢管约束钢筋混凝土柱是一种新型组合构件,该构件在钢管中填入混凝土,并且在柱端将钢管断开,使得钢管仅提供环向约束作用而不直接承担竖向荷载。钢管约束钢筋混凝土柱承载力高,施工方便,可以很好地解决因竖向荷载过大导致的构件截面过大形成的超短柱的问题,目前已在工程中得到了广泛的应用。对于钢管约束钢筋混凝土柱,其常温下力学性能已有大量研究,而火灾后力学性能研究目前仅限于圆截面构件。因方形截面中钢管对混凝土的约束作用与圆形截面显著不同,二者的力学性能存在显著差异。故本文对火灾后方钢管约束钢筋混凝土短柱轴压力学性能进行研究,具体工作及成果如下:(1)对6组共计18个方钢管约束钢筋混凝土短柱进行了试验研究,其中有4组共计12个试件为受火试件,2组共计6个试件为常温试件。试验分为两个阶段,第一阶段为升、降温试验阶段,根据ISO-834标准升、降温曲线对试件进行升、降温,实测试验过程中炉内温度及测温试件各测点温度;第二阶段为加载阶段,监测并记录了试件整体变形和钢管中部及端部外表面的应变情况。试验研究了受火时间(45min、90min)和截面尺寸(200mm、250mm)对试件性能的影响,试验结果表明,随着受火时间的增加,火灾后方钢管约束钢筋混凝土短柱轴压的剩余承载力和剩余刚度降低,延性系数升高。(2)利用有限元软件ABAQUS建立了火灾后方钢管约束钢筋混凝土柱力学性能的分析模型,通过对比试验数据和模拟结果,验证了有限元模型的可靠性和有效性。(3)在验证了有限元模型的基础上,进行参数分析。考察受火时间、截面尺寸、材料强度、含钢率和配筋率等参数对火灾后方钢管约束钢筋混凝土短柱轴压承载力降低情况的影响。研究结果表明:受火时间和截面尺寸对试件的剩余承载力系数影响显著;钢筋配筋率、钢筋强度和混凝土强度与剩余承载力系数呈近似线性关系;钢管含钢率和钢管强度对剩余承载力系数影响较小。(4)基于常温下方钢管约束钢筋混凝土短柱轴压承载力公式和轴压刚度公式,提出了火灾后方钢管约束钢筋混凝土短柱轴压剩余承载力和轴压剩余刚度计算公式,公式计算结果与试验及有限元结果基本一致。

关键词：方钢管约束钢筋混凝土短柱轴压火灾后剩余承载力剩余刚度

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Q690方钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

Q690方钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

作者：吴蒙湘潭大学

学位级别：硕士

随着行业的进步发展,建筑结构的受力形式越趋复杂,高强钢管混凝土渐渐浮出水面,来满足更高强度的受力要求。高强钢管混凝土是一种利用高强钢代替普通钢来增强对混凝土横向的约束作用而形成的组合结构,从而增强核心混凝土的强度并改善其... 详细信息

随着行业的进步发展,建筑结构的受力形式越趋复杂,高强钢管混凝土渐渐浮出水面,来满足更高强度的受力要求。高强钢管混凝土是一种利用高强钢代替普通钢来增强对混凝土横向的约束作用而形成的组合结构,从而增强核心混凝土的强度并改善其脆性;同时,混凝土也给钢管提供了一个内撑作用,延缓了钢管在受压过程不稳定而产生的局部屈曲,或使钢管的局部屈曲发生在峰值荷载之后。但高强钢相较于普通钢而言,带来更高强度的同时,也会使得构件整体的延性下降。为了探究Q690方钢管混凝土短柱在轴心荷载的作用下,方钢管对核心混凝土横向约束作用的变化过程、等效约束作用的大小,以及不同的混凝土强度和试件宽厚比对承载力大小的影响等方面,本文通过试验研究、数据分析、有限元模拟验证以及理论分析的方法对Q690方钢管混凝土短柱轴压的力学性能展开了以下具体研究:（1）设计并制作了22个Q690高强方钢管混凝土短柱,进行了分级静载轴压试验。主要以钢管的宽厚比,核心混凝土强度这两个参数,分析比较了Q690方钢管混凝土短柱的破坏形态、承载力、延性以及钢管对核心混凝土的套箍作用（宽厚比与含钢率在本次试验中可视作同一参数）。试验结果表明:宽厚比是影响Q690钢管混凝土短柱轴压最终破坏形态的主要因素,宽厚比小于40的试件最终破坏形态为环鼓破坏,宽厚比大于或等于40的试件为局部外鼓破坏。试件承载力主要由名义荷载来决定,名义荷载即钢管截面承载力与核心混凝土承载力之和,因此承载力的大小主要受材料强度和试件截面积的影响。在宽厚比不变的情况下,试件的极限承载力会因为核心混凝土强度的提高而提升;而宽厚比或含钢率、套箍系数实际上只是决定了承载力增幅的大小即约束作用的大小,且宽厚比在一定程度上决定了延性好坏,随着宽厚比的减小,试件的延性也就越好。（2）采用目前国内较常用的有限元分析软件ABAQUS,对方钢管混凝土短柱进行了模型搭建,首先根据钢材的材性试验数据确定了钢管的材料属性及应力-应变的对应关系,混凝土的立方体抗压强度也是由材性试验获得,应力-应变关系则采用丁发兴教授提出的本构模型。对于钢管的单元类型选择,所有部件均采用实体单元;对于网格的划分,采用角部细化的方法进行划分,并确定了网格的大小。利用本文的试验数据,包括峰值荷载、峰值应变与模拟出的计算结果进行对比,验证了模型的正确性,最后根据软件模拟出的应力云图再次验证了宽厚比对于Q690方钢管混凝土短柱轴压试件破坏形态的影响,有限元模拟与试验研究得出的结果相吻合。（3）通过规范及规程计算出Q690高强方钢管混凝土短柱轴压下的极限承载力,证实了Q690方钢管混凝土短柱在轴心受压状态下,钢管对核心混凝土产生的约束作用。将传统的约束机理与周绪红的约束机理进行了比较,两者的区别在于有效约束区域对全截面积的占比。最后基于现有的研究成果,给出了高强方钢管混凝土短柱轴压承载力计算式。该计算式以实际应变为依托,适用于发生局部屈曲或者极限状态下钢管并未完全屈服的情况,以期为该种组合结构的工程应用提供参考。

关键词： Q690高强钢方钢管短柱轴压

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薄壁钢管混凝土短柱轴压的有限元分析与研究

薄壁钢管混凝土短柱轴压的有限元分析与研究

作者：张义群大连海洋大学

学位级别：硕士

钢管混凝土作为一种新型的组合结构,与现代施工技术工业化的要求相符合,作为承重柱越来越广泛地应用于高层及超高层建筑中。为防止因焊接造成层状撕裂,本文采用薄壁钢管替代厚壁钢管,更好地发挥了两种材料的优点。本文运用ANSYS有限元... 详细信息

钢管混凝土作为一种新型的组合结构,与现代施工技术工业化的要求相符合,作为承重柱越来越广泛地应用于高层及超高层建筑中。为防止因焊接造成层状撕裂,本文采用薄壁钢管替代厚壁钢管,更好地发挥了两种材料的优点。本文运用ANSYS有限元软件对薄壁圆形钢管混凝土短柱轴心受压性能进行了研究,在数值计算的基础上给出简单实用的薄壁钢管混凝土短柱轴心受压承载力的解析公式。本文主要包括以下几个方面工作:1.首先对结构单元类型的确定、材料本构关系的选取、网格划分密度、加强收敛的方法等问题进行了分析。分析表明ANSYS有限元模拟方法计算精度和准确性高,可以作为本文研究的基础方法。2.通过引用前人的试验数据,自行设计了部分构件,将ANSYS有限元模拟计算结果与引证材料进行对比。结果表明ANSYS有限元分析对于薄壁钢管混凝土短柱轴心受压承载力研究计算是可行性。3.通过ANSYS有限元模拟结果得出了核心混凝土承载力提高系数与构件约束效应系数之间的关系曲线,运用线性回归方法给出薄壁钢管混凝土短柱轴心受压承载力的计算公式。4.根据前人的试验数据对本文提出的薄壁钢管混凝土计算公式与国内外规程给出的公式进行了对比分析。结果表明本文提出的公式与我国规范公式的计算结果一致,并且略偏于安全;其他公式过于保守,精度较低。5.应用本文提出的公式对材料强度的匹配关系、径厚比值、尺寸效应等极限承载力因素进行了讨论,得出了一些有实际工程具有参考价值的结论。

关键词：薄壁钢管混凝土 ANSYS有限元短柱轴压极限承载力

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组合L形钢管再生混凝土短柱的轴压性能研究

南昌航空大学学报（自然科学版） 2020年第2期34卷 71-78,93页

作者：陈金子黄玲南昌航空大学土木建筑学院南昌330063

为研究组合L形截面钢管再生混凝土柱的轴压性能,建立了13个L形钢管再生混凝土柱有限元模型(其中12个为组合L形截面柱,1个为普通L形截面柱),分析组合L形钢管再生混凝土柱的破坏形态与轴压承载力,并与普通L形截面试件的轴压性能进行对比,... 详细信息

为研究组合L形截面钢管再生混凝土柱的轴压性能,建立了13个L形钢管再生混凝土柱有限元模型(其中12个为组合L形截面柱,1个为普通L形截面柱),分析组合L形钢管再生混凝土柱的破坏形态与轴压承载力,并与普通L形截面试件的轴压性能进行对比,计算分析了再生骨料取代率、截面长宽比、钢管厚度以及再生混凝土强度等级对组合L形钢管再生混凝土短柱的轴压承载力的影响规律。研究结果表明:试件破坏形式是中部鼓曲破坏;组合L形钢管再生混凝土柱较普通L形钢管再生混凝土柱有更高的极限承载力,轴压性能更好;再生骨料取代率的变化对此构件的轴压性能影响不明显;增大钢管厚度与再生混凝土强度等级均能明显提高试件的轴压极限承载力;一定范围内长宽比的改变有利于构件承载力的提高。

关键词：组合L形截面钢管再生混凝土短柱轴压轴压承载力

维普期刊数据库

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FRP约束模拟海砂混凝土圆柱轴压性能研究

FRP约束模拟海砂混凝土圆柱轴压性能研究

作者：曾繁新温州大学

学位级别：硕士

目前全世界建筑领域均面临淡水河砂供不应求的危机,开发海砂资源势在必行。作为混凝土材料所必须的细骨料,利用海砂资源首先要规避其中氯离子与硫酸根离子对金属构件、水泥材料耐久性的影响。常用的淡水清洗法既成本高昂,又会对环境造... 详细信息

目前全世界建筑领域均面临淡水河砂供不应求的危机,开发海砂资源势在必行。作为混凝土材料所必须的细骨料,利用海砂资源首先要规避其中氯离子与硫酸根离子对金属构件、水泥材料耐久性的影响。常用的淡水清洗法既成本高昂,又会对环境造成二次污染;而添加阻锈剂又会对混凝土强度、耐久性造成潜在影响。FRP作为一种新型复合材料,近来逐渐广泛应用于工业与民用建筑领域,其具有质轻、高强的性能特点及耐腐蚀的优越特性。针对二者优异,本文另辟蹊径,将海砂与FRP材料优势互补,进行组合研究。以盐溶液浸泡淡水河砂,制备一系列离子含量呈线性关系的模拟海砂,并按相同配合比浇筑一系列共156个圆柱体短圆柱试件,包裹以1层BFRP、2层BFRP、1层CFRP,浇筑后28天进行轴压力学性能试验,进行了定量可控研究分析。具体研究了以下内容:分析不同约束条件下短柱试件的受力情况,分析试件的破坏模式,并研究FRP材料类型及包裹层数对短柱承载力、延性的影响。结果显示:包裹1层BFRP对混凝土短柱极限承载力的提升并不大,但试件延性得到相当程度的提高。FRP约束不同强度混凝土短圆柱,强度越低的混凝土强度提升幅度反而更大。包裹2层BFRP与1层CFRP对试件的极限承载能力、延性均具有程度相近的提升。在考虑自重及成本的前提下,可考虑采用1层或多层BFRP代替CFRP材料。同时采用Teng et al,s 2009设计模型、Jiang and Teng 2007分析模型对试验结果进行预测,并将预测应力—应变曲线与试验曲线进行比对,进一步分析试验结果,显示包裹FRP对海砂混凝土短柱的力学性能具有良好的提升。通过检测模拟海砂中离子含量,验证了采用浸泡法模拟海砂的可行性。将砂样检测结果与轴压试验数据进行分析,研究海砂中离子含量及种类对混凝土强度的影响,结果显示:砂中氯离子与硫酸根离子共存情况下,总含量越多,混凝土 28天强度越低。本文研究成果对于开发海砂资源,开展海砂与FRP材料的组合应用具有深远意义。

关键词：模拟海砂海砂混凝土 FRP FRP约束混凝土柱短柱轴压

FRP约束FRP筋海水海砂混凝土柱轴压性能研究

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FRP约束FRP筋海水海砂混凝土柱轴压性能研究

作者：刘建国温州大学

学位级别：硕士

FRP(纤维增强复合材料)筋由于能够有效克服钢筋锈蚀问题,在过去的几十年中已引起广泛关注,近年来一些学者做了FRP约束FRP筋混凝土柱轴压性能等方面的研究工作,结合我国目前河沙供应不足等情况,本文提出用海砂替代河砂,海水替代淡水,FRP... 详细信息

FRP(纤维增强复合材料)筋由于能够有效克服钢筋锈蚀问题,在过去的几十年中已引起广泛关注,近年来一些学者做了FRP约束FRP筋混凝土柱轴压性能等方面的研究工作,结合我国目前河沙供应不足等情况,本文提出用海砂替代河砂,海水替代淡水,FRP筋替代钢筋的FRP约束FRP筋海水海砂混凝土柱轴压性能研究,从而可以促进对海洋资源的开发与利用。本文通过对GFRP筋受压性能进行测试,分析其受压破坏机理。试验结果表明:GFRP筋受压过程中,应力-应变曲线一直呈线性变化,试件为脆性破坏。本文采用CFRP(碳纤维增强复合材料)约束GFRP(玻璃纤维增强复合材料)筋海水海砂混凝土柱,通过控制相同层数不同配筋率以及不同层数相同配筋率,普通混凝土与海水海砂混凝土等不同参数,对16个试件进行轴压性能试验,研究的具体内容如下:相同层数不同配筋率、不同层数相同配筋率及普通混凝土与海水海砂混凝土的受力情况,获得构件的应力-应变曲线。试验结果表明:在相同配筋率,不同包裹层,随着包裹层数的增加,柱的极限承载有所提升,试件的延性得到相当程度的提高,普通混凝土的强度要明显高于海水海砂混凝土。本次试验数据采用Teng et al’s 2009设计模型、Jiang and Teng2007分析模型对试验结果进行预测,然后将预测的结果与试验曲线进行对比,结果表明包裹FRP的试件比不包裹的试件力学性能有良好的提升。

关键词： FRP FRP筋短柱轴压海水海砂混凝土应力-应变曲线