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塑钢纤维增韧轻骨料混凝土空心柱抗震性能试验研究

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应用基础与工程科学学报 2022年第3期30卷 579-591页

作者：相泽辉周杰牛建刚李京军许尧内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010 内蒙古建筑职业技术学院内蒙古呼和浩特010020

以体积配箍率(0.67%、1.26%、2.01%)、剪跨比(2.8、3.6、4.4)及空心情况(实心、部分空心、全高空心)为变量,设计了6根塑钢纤维增韧轻骨料混凝土空心柱和1根塑钢纤维增韧轻骨料混凝土实心柱,对其施加低周往复荷载,得到滞回曲线、骨架曲... 详细信息

以体积配箍率(0.67%、1.26%、2.01%)、剪跨比(2.8、3.6、4.4)及空心情况(实心、部分空心、全高空心)为变量,设计了6根塑钢纤维增韧轻骨料混凝土空心柱和1根塑钢纤维增韧轻骨料混凝土实心柱,对其施加低周往复荷载,得到滞回曲线、骨架曲线、累积耗能曲线及刚度退化曲线.对比分析可知,空心柱破坏模式分为剪切型破坏、弯剪型破坏及弯曲型破坏,其中剪跨比为2.8的试件为剪切型破坏,剪跨比为4.4及体积配箍率为1.26%、2.01%的试件为弯曲型破坏,其余试件为弯剪型破坏.相比较于体积配箍率为0.67%的试件,体积配箍率为1.26%、2.01%的试件位移延性系数增幅分别为12.8%与47.9%,相比较于剪跨比为2.8的试件,剪跨比为3.6、4.4的试件位移延性系数增幅分别为51.1%与53.1%,说明体积配箍率及剪跨比对空心柱延性影响较大.对比空心柱累积耗能及刚度退化可知,随着体积配箍率及剪跨比增加,空心柱耗能能力增强,刚度退化速度变小,空心情况对试件抗震性能影响相对较小.

关键词：塑钢纤维轻骨料混凝土空心柱低周往复荷载抗震性能滞回曲线

GFRP-混凝土-钢管双壁空心柱海水加速侵蚀后轴压性能研究

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GFRP-混凝土-钢管双壁空心柱海水加速侵蚀后轴压性能研究

作者：李家烙广东工业大学

学位级别：硕士

当下,纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer,简称为FRP）、混凝土、钢管这三种传统建筑材料的结合使用引发了各研究学者的关注,已有的研究表明,FRP、混凝土和钢管三者结合的新型结构形式具备高性能的特点,在这些新形式的结构中,... 详细信息

当下,纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer,简称为FRP）、混凝土、钢管这三种传统建筑材料的结合使用引发了各研究学者的关注,已有的研究表明,FRP、混凝土和钢管三者结合的新型结构形式具备高性能的特点,在这些新形式的结构中,具有代表性的结构形式有FRP约束钢管混凝土柱（FRP-Confined Concrete-Filled Steel Tube,简称FCCFST）和FRP-混凝土-钢管双壁柱（Double Skin Tubular Columns,简称DSTC）,其中DSTC又有双壁空心柱（Hollow-core FRP-concrete-steel columns,简称HC-FCS）和双壁实心柱（Double-tube concrete columns,简称DTCC）两种形式,两者之间的主要区别在于钢管内部是否填充混凝土。由FRP、混凝土、钢管三者组成的双壁空心柱,施工便利,抗震性能好,相比直接裸露在空气中的普通混凝土柱,双壁空心柱得益于外层FRP的约束包裹,使得双壁空心柱拥有更好的耐腐蚀性,而且还拥有比FRP约束混凝土柱更轻的自重,以及更高的承载力和延展性。至今为止,已有许多学者对这些新型结构形式进行了大量的研究,并且也已经对各种不同FRP类型的FRP约束混凝土、钢管混凝土,素混凝土等结构形式进行了各自的耐久性研究,但是关于GFRP管-混凝土-钢管双壁空心柱的耐久性能的研究还很少。基于此,本文进行了不同GFRP管厚度的GFRP-混凝土-钢管双壁空心柱在实验室模拟海洋环境下的耐久性能。实验室模拟海洋环境采取不同温度（室温、40℃、60℃）,定期（0[无浸泡对照试件]、30、90、180、270、360天,以及干湿循环360天）取出试件进行比较分析。本试验包括68个试件,其中GFRP管厚度为3mm和6mm的试件分别为34个,GFRP管厚度为3mm和6mm的对照组试件分别2个,共计4个;浸泡温度分别有10个GFRP管厚度为3mm和6mm的试件,即每个温度总共20个试件共计60个;以及GFRP管厚度为3mm和6mm的干湿循环试件分别2个,共计4个。另外从同一批GFRP管上切出宽30mm的圆环放入模拟海水中浸泡以分析GFRP管的力学性能（拉伸弹性模量）变化。通过对试件进行轴向压缩试验,详细描述试件在加载过程中的现象以及破坏模式,并将试验所得数据,与现有DSTC模型进行比较分析。经过一年时间的浸泡以及干湿循环,得出的试验结果如下:（1）使用较厚的GFRP管,能够有效的提高GFRP管-混凝土-钢管双壁空心柱的极限荷载和极限轴向应变,极限荷载的平均提高率基本超过50%,极限轴向应变的平均则在20%-40%之间。大幅度提高双壁空心柱试件的轴向变形能力,还能延缓夹层混凝土的膨胀速度,充分利用了较厚的GFRP管具有更高的环向约束力的优点。改变GFRP管的厚度,浸泡温度和浸泡时间,对双壁空心柱试件的环向应变没有很大的影响,原因是夹层试件的夹层混凝土厚度是固定不变的,因而夹层混凝土的受压时的膨胀量也是基本相同的。（2）本试验中厚管柱在270天和360天中浸泡后的极限轴向应变增大,归结于GFRP管内部的树脂脱落。经过对对照组试件和试验组试件的GFRP管进行扫描电镜观察,对照组试件和180天及更短浸泡时间的试件的GFRP上,树脂保留量较多,且大部分没有与纤维发生脱粘,这使得纤维与树脂作为整体提供侧向约束;而在270天和360天的GFRP管中,树脂的保留量非常低,纤维之间存在间隙,当夹层混凝土膨胀时,最内层纤维先工作,最外层纤维后工作,这就导致GFRP管整体被激活的时刻延迟。

关键词：空心柱 GFRP管耐久性海水侵蚀轴压性能

GFRP管-煤矸石混凝土-钢管空心柱轴压性能研究

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GFRP管-煤矸石混凝土-钢管空心柱轴压性能研究

作者：郑晨阳辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

随着我国社会主义市场经济的腾飞,人民生活水平得到极大改善,对土木工程领域也有了更高的要求。今后的土木工程将要朝向节能环保,绿色可持续方向发展。近几年,对混凝土的需求量迅速增大,混凝土中骨料体积大约占70～80%,混凝土天然骨料... 详细信息

随着我国社会主义市场经济的腾飞,人民生活水平得到极大改善,对土木工程领域也有了更高的要求。今后的土木工程将要朝向节能环保,绿色可持续方向发展。近几年,对混凝土的需求量迅速增大,混凝土中骨料体积大约占70～80%,混凝土天然骨料储量匮乏,并且大规模的开采天然骨料会破坏原有的生态环境。本文使用固体废弃物煤矸石做骨料制作煤矸石混凝土,使用煤矸石即能减少对环境的污染又能弥补天然骨料匮乏的现状。纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)因其具有质量轻、强度高、耐腐蚀性强等优点,近几年受到了广大学者关注,特别是在其中浇筑混凝土形成的FRP管混凝土结构,可以部分替代钢材应用于高层建筑、桥梁墩柱等土木工程中。FRP管-混凝土-钢管空心柱这种新结构能使以上三种材料的特性得到最佳的组合,外侧FRP管给内部混凝土提供环向约束,钢管的材料性能为弹塑性材料,这种新结构由于内部有钢管,新结构的延性有很大改善,核心混凝土在承受荷载时,处于三向受力状态,是最佳受力状态,能够提高结构的承载力。基于上述情况,本文将提出一种新型结构,即将玻璃纤维管(简称GFRP管)、煤矸石混凝土以及钢管三种材料组合到一起,形成GFRP管-煤矸石混凝土-钢管空心柱(简称GGCSC)。研究的主要内容如下:(1)通过GFRP管-煤矸石混凝土-钢管空心柱轴心受压研究,研究其工作机理、破坏模式。分析GFRP管管壁厚度、钢管管壁厚度、钢管外半径(空心率)等参数对空心柱极限承载力的影响。试验结果表明:承载力随着GFRP管管壁厚度、钢管管壁厚度增加而变大;随着钢管外半径增大而逐渐变小。(2)对GFRP管-煤矸石混凝土-钢管空心柱轴压力学性能进行理论分析,采用纤维模型法编制非线性分析程序,得出荷载与纵向应变的关系,计算结果和试验结果相对比,在非线性分析程序正确的基础上,利用非线性分析程序分析各参数对空心柱轴压承载力的影响,利用极限平衡法推导出适合此空心柱的轴压承载力计算公式。(3)利用有限元模拟软件ANSYS,建立GFRP管-煤矸石混凝土-钢管空心柱轴压力学性能分析模型,对比试件和模拟的承载力、荷载-位移曲线关系等,验证所建立模型的正确性,在模型正确的基础上,对其进行参数化分析。计算结果表明:计算结果和试验结果吻合较好,试件截面尺寸影响GFRP管壁厚、钢管壁厚对承载力的变化规律。该论文有图66幅,表7个,参考文献73篇。

关键词： GFRP管煤矸石混凝土钢管空心柱轴心受压

GFRP管-煤矸石混凝土-钢管空心柱轴压试验

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建筑材料学报 2021年第3期24卷 571-577页

作者：张霓郑晨阳赵中伟刘海卿羡丽娜辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 东南大学土木工程学院江苏南京211189

以煤矸石混凝土替代普通混凝土制备了GFRP管煤矸石混凝土钢管空心柱(GGCSC),并对GGCSC试件进行了轴心受压试验,通过研究GFRP管壁厚、空心率、钢管壁厚与混凝土类型对GGCSC试件轴心受压性能的影响,得出试件承载力、应变及位移等试验数据... 详细信息

以煤矸石混凝土替代普通混凝土制备了GFRP管煤矸石混凝土钢管空心柱(GGCSC),并对GGCSC试件进行了轴心受压试验,通过研究GFRP管壁厚、空心率、钢管壁厚与混凝土类型对GGCSC试件轴心受压性能的影响,得出试件承载力、应变及位移等试验数据;对比了GGCSC与GFRP管普通混凝土钢管空心柱轴心受压性能的差异;通过受压过程中外部GFRP管与内部钢管的荷载位移发展趋势,揭示了两者在GGCSC轴压过程中的力学性能,为GGCSC柱的推广应用提供试验基础.

关键词： GFRP管煤矸石混凝土钢管空心柱轴心受压套箍效应

塑钢纤维轻骨料混凝土空心柱抗震性能试验研究

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建筑结构学报 2020年第S2期41卷 235-243页

作者：牛建刚边钰许尧内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010

为研究塑钢纤维轻骨料混凝土空心柱的抗震性能,设计了6根塑钢纤维轻骨料混凝土空心柱和1根塑钢纤维轻骨料混凝土实心柱,通过拟静力试验,研究其破坏模式、滞回性能、耗能能力和受剪承载力等。试验结果表明:空心率和开孔形式对空心柱的抗... 详细信息

为研究塑钢纤维轻骨料混凝土空心柱的抗震性能,设计了6根塑钢纤维轻骨料混凝土空心柱和1根塑钢纤维轻骨料混凝土实心柱,通过拟静力试验,研究其破坏模式、滞回性能、耗能能力和受剪承载力等。试验结果表明:空心率和开孔形式对空心柱的抗震性能均有较大影响,空心率较小时,塑钢纤维轻骨料混凝土空心柱的抗震性能与实心柱相似,且延性会有小幅增长;圆孔空心柱的延性和耗能能力优于方孔空心柱的,并随着空心率的增加,二者的差异更加明显;圆孔空心柱的受剪承载力略有不足,两者差异不会因空心率的变化而改变。在此基础上,建立了塑钢纤维轻骨料混凝土空心柱的受剪承载力计算式,其计算值与试验值吻合良好。

关键词：塑钢纤维轻骨料混凝土空心柱拟静力试验抗震性能受剪承载力

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空心柱壁宽比对力学性能影响的研究

建筑科学 2016年第3期32卷 94-99页

作者：季杨丹陈奕玮杜东升李威威南京工业大学江苏南京211816

本文基于变分法理论,分析不同壁宽比空心柱的剪力滞效应,并与有限元分析结果进行对比验证;采用有限元方法分析了不同壁宽比对空心柱刚度和最大应力的影响规律;最后对空心柱-箱型转换层-剪力墙结构进行整体分析,研究壁宽比对空心柱轴压... 详细信息

本文基于变分法理论,分析不同壁宽比空心柱的剪力滞效应,并与有限元分析结果进行对比验证;采用有限元方法分析了不同壁宽比对空心柱刚度和最大应力的影响规律;最后对空心柱-箱型转换层-剪力墙结构进行整体分析,研究壁宽比对空心柱轴压比的影响规律。结果表明,随着壁宽比的减小,空心柱的剪力滞与轴压比逐渐增大,刚度整体呈下降趋势。当壁宽比大于等于0.2时,结构轴压比满足规范要求,结构整体受力性能较好。

关键词：空心柱剪力滞变分法有限元分析

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玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱的轴压徐变性能

土木与环境工程学报（中英文） 2021年第6期43卷 88-94页

作者：张霓郑晨阳羡丽娜王连广辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 东北大学资源与土木工程学院沈阳110000

为研究玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴压下的徐变性能,对空心柱轴压下的受力特性进行分析,建立了适用于玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴压徐变公式。编制轴心受压荷载作用下徐变分析程序计算徐变应变与时间关系曲线,并通过已有试验对该程... 详细信息

为研究玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴压下的徐变性能,对空心柱轴压下的受力特性进行分析,建立了适用于玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴压徐变公式。编制轴心受压荷载作用下徐变分析程序计算徐变应变与时间关系曲线,并通过已有试验对该程序的正确性进行验证。在程序正确性的基础上,计算空心率、混凝土强度、作用荷载及玻璃纤维管壁厚等主要参数对其轴压徐变性能的影响。结果表明:空心柱的徐变应变在28 d以内(作用初期)增长较快,28 d以后增长速度变得缓慢,大约6个月以后徐变应变趋于稳定。空心率和混凝土强度对玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴压徐变影响较小,其次是玻璃纤维管壁厚,作用荷载对徐变影响较大。

关键词：玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴压徐变性能

空心柱-箱型转换层-剪力墙结构抗震性能研究

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建筑科学 2014年第7期30卷 107-113页

作者：王学峰王曙光张敏赵宏康南京工业大学土木工程学院江苏南京210009 苏州设计研究院股份有限公司江苏苏州215021

本文采用多尺度方法研究空心柱-箱型转换层-剪力墙结构的抗震性能。基于多尺度方法,建立结构多尺度分析模型,上部剪力墙结构采用壳单元来模拟,转换层与空心柱采用实体单元模拟,对整体结构进行罕遇地震下抗震性能分析,重点考察空心柱的... 详细信息

本文采用多尺度方法研究空心柱-箱型转换层-剪力墙结构的抗震性能。基于多尺度方法,建立结构多尺度分析模型,上部剪力墙结构采用壳单元来模拟,转换层与空心柱采用实体单元模拟,对整体结构进行罕遇地震下抗震性能分析,重点考察空心柱的抗震性能。分析结果表明:罕遇地震下,结构层间位移角满足规范要求,整体结构抗震性能良好。多尺度方法既能满足评价结构抗震性能的要求,又能很好地模拟局部构件的应力应变情况。该结果为复杂高层建筑的设计提供了参考。

关键词：有限元分析抗震性能多尺度空心柱

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玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴心的受压性能

材料科学与工程学报 2021年第6期39卷 968-974页

作者：张霓郑晨阳羡丽娜王连广辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110000

为研究玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱的轴心受压性能,本研究编制了空心柱轴心受压非线性分析程序,系统地分析了空心率、玻璃纤维管管壁厚度、混凝土强度等级及配筋率等主要参数对其轴心受压性能的影响,通过试验对所编制的程序进行验证,最... 详细信息

为研究玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱的轴心受压性能,本研究编制了空心柱轴心受压非线性分析程序,系统地分析了空心率、玻璃纤维管管壁厚度、混凝土强度等级及配筋率等主要参数对其轴心受压性能的影响,通过试验对所编制的程序进行验证,最后建立了适用于玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱的轴压承载力计算公式。研究结果表明:利用所编制的轴心受压非线性分析程序与所建立的轴压承载力公式对玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴心受压性能分析的计算结果与试验结果均吻合较好,轴心受压承载力随空心率的减小、玻璃纤维管管壁厚度的增加、混凝土强度的增大及配筋率的提高而增加,空心率对轴心受压承载力影响最大,其次是玻璃纤维管管壁厚度和混凝土强度等级,配筋率对其影响相对较小,研究结论可为该结构在设计和施工中提供参考依据。

关键词：玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴心受压非线性分析程序承载力公式