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不同约束形式的薄壁钢管混凝土柱轴心受压试验及承载力计算

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工程科学与技术 2021年第1期53卷 18-28页

作者：王振山冯永建卢俊龙李晓蕾田建勃西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室陕西西安710048 西安理工大学土木建筑工程学院陕西西安710048

为了提高薄壁钢管混凝土柱的局部抗屈曲性能,改善变形能力较差的问题,提出一种约束形式螺旋加劲肋。通过对普通钢管、直肋、开孔直肋、内螺旋肋、外螺旋肋、外螺旋肋-钢筋等6种不同形式的薄壁钢管混凝土组合柱进行了轴心受压试验研究,... 详细信息

为了提高薄壁钢管混凝土柱的局部抗屈曲性能,改善变形能力较差的问题,提出一种约束形式螺旋加劲肋。通过对普通钢管、直肋、开孔直肋、内螺旋肋、外螺旋肋、外螺旋肋-钢筋等6种不同形式的薄壁钢管混凝土组合柱进行了轴心受压试验研究,对比分析了破坏过程、极限荷载、位移及应变等,得到了螺旋加劲型薄壁钢管混凝土柱的破坏模式及机理。研究结果表明:设置直肋、开孔直肋、螺旋肋均能提高试件的受力性能,但三者的约束机制差异较大。竖向加劲肋对提高承载力作用显著;螺旋肋主要通过约束钢管横向变形而发挥作用,其竖向刚度贡献较小。针对螺旋肋外置形式,由于外部混凝土变形缺少限制,导致其开裂严重,提前退出工作;当设置竖向钢筋后;钢筋与螺旋肋对混凝土形成“块状”约束,大大延缓了裂缝发展,可与核心构件较好协同工作,承载力与变形能力显著提升。提出的螺旋加劲肋可较好解决传统薄壁钢管混凝土变形能力差的问题,当螺旋肋外置后,可利用外部混凝土对钢管进行保护,免除防火与防腐处理,大大降低后期维护成本;该新型组合构件受力性能良好,可为其工程应用提供技术支持。

关键词：薄壁钢管混凝土螺旋加劲肋轴压试验破坏模式极限承载力

薄壁钢管混凝土柱轴心受压承载力性能的有限元分析与研究

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薄壁钢管混凝土柱轴心受压承载力性能的有限元分析与研究

作者：杨永辉合肥工业大学

学位级别：硕士

采用薄壁钢管混凝土结构可以达到节约钢材、降低工程造价的目的。但薄壁钢管混凝土由于径厚比较大,轴心受压下钢管壁在极限荷载前可能出现局部屈曲,因此有必要研究局部屈曲等因素对薄壁钢管混凝土承载力影响。本文以ANSYS为平台,钢管采... 详细信息

采用薄壁钢管混凝土结构可以达到节约钢材、降低工程造价的目的。但薄壁钢管混凝土由于径厚比较大,轴心受压下钢管壁在极限荷载前可能出现局部屈曲,因此有必要研究局部屈曲等因素对薄壁钢管混凝土承载力影响。本文以ANSYS为平台,钢管采用双线性模型,核心混凝土采用刘威修正后的本构关系模型,建立有限元模型对轴压情况下薄壁钢管混凝土柱进行计算。理论计算与实验对比分析,发现计算结果与实验吻合较好,验证了本文模型的正确性。在此模型的基础上研究了方形薄壁钢管混凝土柱的静力性能。通过有限元分析方法分析了高厚比,径厚比,局部屈曲等参数对薄壁钢管混凝土柱性能的影响。参数分析表明,高厚比,径厚比,局部屈曲等对薄壁钢管混凝土柱的性能有着显著影响。本文提出规范可对薄壁钢管混凝土中钢管的径厚比限值适当放宽,改进了方形薄壁钢管混凝土柱的轴心受压承载力计算公式。

关键词：薄壁钢管混凝土局部屈曲轴心受压极限承载力非线性有限元分析

螺旋加劲薄壁方钢管混凝土叠合柱轴压性能试验研究

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螺旋加劲薄壁方钢管混凝土叠合柱轴压性能试验研究

作者：李浩炜西安理工大学

学位级别：硕士

薄壁钢管混凝土具有显著的经济效益,然而过大的宽厚比使得其局部稳定性较差,为了改善薄壁方钢管混凝土柱的力学性能,提高其局部稳定性,延缓薄壁方钢管局部屈曲的发生,增强薄壁方钢管的套箍效应,提出了设置螺旋加劲肋的新型约束形式。本... 详细信息

薄壁钢管混凝土具有显著的经济效益,然而过大的宽厚比使得其局部稳定性较差,为了改善薄壁方钢管混凝土柱的力学性能,提高其局部稳定性,延缓薄壁方钢管局部屈曲的发生,增强薄壁方钢管的套箍效应,提出了设置螺旋加劲肋的新型约束形式。本文设计了1个普通薄壁方钢管混凝土柱以及螺旋加劲肋、螺旋加劲肋与竖向钢筋结合、螺旋加劲肋与竖向钢板结合和螺旋加劲肋与竖向钢板(竖向钢板与钢管焊接)结合的4种约束形式的薄壁方钢管混凝土叠合柱,该新型叠合构件主要拟提高薄壁方钢管混凝土的承载力和变形能力,增强其耐火性和耐腐蚀性能。本文通过轴心受压试验,揭示了螺旋加劲薄壁方钢管混凝土叠合柱的力学性能和破坏模式,分析了破坏机理和应变规律。采用非线性有限元分析方法,对螺旋加劲肋和竖向钢筋复合约束的薄壁方钢管混凝土叠合柱进行数值模拟,并在此计算模型的基础上进行了钢管宽厚比、螺旋加劲肋宽厚比和钢筋直径的参数分析,主要有以下结论:设置螺旋加劲肋后薄壁方钢管的局部屈曲显著减小,在螺旋加劲肋的基础上增设竖向钢筋后,外包混凝土破坏时的完整性明显改善,混凝土裂缝和剥落显著减少。与普通薄壁钢管混凝土相比,螺旋加劲肋与竖向钢筋复合约束的薄壁方钢管混凝土叠合柱的承载力提升了 18%,延性系数增加了 7%。螺旋加劲肋-竖向钢筋-箍筋组成的约束体系能够共同工作协调变形,提升了薄壁方钢管的约束能力,增强了核心混凝土的套箍强化效应,使得叠合柱的承载力和延性得到显著提高。螺旋加劲肋与竖向钢筋复合约束的薄壁方钢管混凝土叠合柱,其有限元分析结果与试验吻合良好。参数分析表明增加薄壁方钢管的厚度可提高叠合柱的承载力,3mm厚的螺旋加劲肋已能够提供足够的加劲刚度,继续增大螺旋加劲肋厚度对改善叠合柱力学性能效果不显著,增加竖向钢筋直径能有效提高叠合柱的承载力,但钢筋直径与外包混凝土的厚度需匹配。

关键词：薄壁钢管混凝土螺旋加劲肋轴心受压承载力工作机理有限元分析

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薄壁钢管混凝土柱的弯矩曲率滞回关系分析

薄壁钢管混凝土柱的弯矩曲率滞回关系分析

第四届全国现代结构工程学术研讨会

作者：徐超张耀春哈尔滨工业大学土木工程学院

本文在合理选择钢与混凝土滞回模型的基础上,对薄壁钢管混凝土柱的弯矩曲率滞回关系进行计算,并分析了轴力和钢板厚度对滞回关系的影响,得出了薄壁钢管混凝土滞回曲线与普通钢管混凝土滞回曲线的不同根本原因在于混凝土的本构关系不同... 详细信息

本文在合理选择钢与混凝土滞回模型的基础上,对薄壁钢管混凝土柱的弯矩曲率滞回关系进行计算,并分析了轴力和钢板厚度对滞回关系的影响,得出了薄壁钢管混凝土滞回曲线与普通钢管混凝土滞回曲线的不同根本原因在于混凝土的本构关系不同的结论。

关键词：薄壁钢管混凝土弯矩曲率滞回

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外螺旋加劲薄壁钢管混凝土柱滞回性能研究

外螺旋加劲薄壁钢管混凝土柱滞回性能研究

作者：李琦西安理工大学

学位级别：硕士

薄壁钢管混凝土柱体是指其截面的径厚比超过规范限值1.5倍的钢管局部稳定值时的截面形式,薄壁钢管混凝土应用广泛通常被使用在中低层建筑以及高架桥墩身等这些建筑结构中对于承载力的要求不高。薄壁钢管混凝土柱在使用过程中容易发生局... 详细信息

薄壁钢管混凝土柱体是指其截面的径厚比超过规范限值1.5倍的钢管局部稳定值时的截面形式,薄壁钢管混凝土应用广泛通常被使用在中低层建筑以及高架桥墩身等这些建筑结构中对于承载力的要求不高。薄壁钢管混凝土柱在使用过程中容易发生局部屈曲,导致承载力、刚度等退化较快,尤其当遭遇地震作用时,不利于结构安全。为了提高薄壁钢管混凝土的抗屈曲性能,增加其抗震性能以及延性,试验提出了通过加焊外螺旋加劲约束来提高其抗震性能。本文试验部分主要针对普通钢管混凝土柱体以及外螺旋肋薄壁钢管混凝土柱体进行了滞回性能试验。通过试验过程中的观察得知了两类柱体的破坏模式以及破坏机理。通过对试验数据的分析得到了这两类柱体的滞回曲线,骨架曲线,能量耗散系数,以及延性性能。试验表明外螺旋肋可将柱体的受力范围从柱体底部提高到柱体中部,外螺旋薄壁钢管混凝土柱体外部混凝土不参与受力。由试验数据分析可知外螺旋肋薄壁钢管混凝土柱体在延性方面以及能量耗散系数方面要高于普通钢管混凝土,结果表明外螺旋肋提高了柱体延性以及能量耗散性能,且提高了柱体的抗震能力。针对外螺旋钢管混凝土柱进行了数值模拟,主要针对螺旋肋个数,宽厚比,螺距等参数进行分析。模拟结果表明在螺旋肋的个数逐渐增加时柱体的峰值荷载会随着螺旋肋个数的增加出现小幅增加,但当螺旋肋个数超过四个时强度增加将不再明显。在螺旋肋的宽度增加过程中柱体强度也同样会增加,且增加明显,可见柱体强度随着螺旋肋宽厚比增加而增加二者成正比。数值模拟过程中在螺旋肋的螺距变化时,随着螺距的增大柱体强度的变化未出现明显的规律性,但存在最优螺距使得柱体抗震性能表现最优。发现最优的螺旋肋与管壁垂直方向夹角在45°～60°左右。通过本文的研究,对外螺旋肋加劲薄壁钢管混凝土柱的滞回性能、以及抗震性能等方面有了一定认识;通过试验验证了外螺旋肋薄壁钢管混凝土的各方面性能,为其结构设计,提供了一些建议。为该新型钢管-混凝土组合柱的工程应用奠定了一定基础。

关键词：薄壁钢管混凝土螺旋肋抗震性能破坏模式有限元分析

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薄壁方钢管混凝土偏压构件的力学性能

薄壁方钢管混凝土偏压构件的力学性能

螺旋肋方钢管混凝土叠合柱偏压性能参数分析与承载力计算

第六届全国土木工程研究生学术论坛

作者：郭水平陈莉萍王静峰合肥工业大学土木水利工程学院南京工业大学江苏省土木工程与防灾减灾重点实验室

＜正＞薄壁方钢管混凝土作为新型组合结构,可用于低层和多层建筑结构柱或支撑构件。核心混凝土有效地提高了薄壁构件的局部屈曲强度、抗火性能和防腐蚀性能,同时薄壁型钢对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态,从而提高了混凝土强... 详细信息

＜正＞薄壁方钢管混凝土作为新型组合结构,可用于低层和多层建筑结构柱或支撑构件。核心混凝土有效地提高了薄壁构件的局部屈曲强度、抗火性能和防腐蚀性能,同时薄壁型钢对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态,从而提高了混凝土强度,改善其塑性和韧性性能。目前国内外研究学者对不带肋的薄壁方钢管混凝土进行了大量的试验和理论研究。然而对带肋方钢管混凝土缺乏系统的理论研究,同时,可供设计参考

关键词：薄壁钢管混凝土有限元分析偏压构件力学性能破坏模态

来源： cnki会议评论

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螺旋肋方钢管混凝土叠合柱偏压性能参数分析与承载力计算

作者：苏亚男西安理工大学

学位级别：硕士

为了改善薄壁钢管的局部屈曲性能,增强防火和抗腐蚀能力,本文提出了一种新型的螺旋加劲肋薄壁钢管混凝土叠合构件。薄壁钢管的壁厚较薄,对核心混凝土的约束作用较弱。当荷载超过其承压值时,钢管极易发生局部屈曲,从而使钢管与核心混凝... 详细信息

为了改善薄壁钢管的局部屈曲性能,增强防火和抗腐蚀能力,本文提出了一种新型的螺旋加劲肋薄壁钢管混凝土叠合构件。薄壁钢管的壁厚较薄,对核心混凝土的约束作用较弱。当荷载超过其承压值时,钢管极易发生局部屈曲,从而使钢管与核心混凝土分离,为兼顾整体性能,本文在薄壁钢管外侧设置空间弹簧状式的螺旋加劲肋,与钢管形成双重约束,此时作用在钢管上的径向应力是均匀的,钢管与核心混凝土的平均横向粘结强度增大,从而提升整个试件的抗压强度,抑制钢管过早的出现局部屈曲。本文对螺旋肋钢管混凝土叠合柱偏压状态下的受力性能开展了试验、有限元模拟和承载力计算研究,主要结论如下:(1)普通薄壁钢管混凝土柱外鼓屈曲较为严重,设螺旋肋后,屈曲被限制于加劲肋之间,弯曲强度大大降低。设置钢筋等约束后,二者的整体稳定性得到了很大的改善,构件承载力提高了18%;设置竖板后构件屈服荷载提升了13.5%,峰值荷载与极限荷载均提高了10.7%,受力性能显著提高。(2)作为一种新型的空间约束形式,螺旋肋可较好的限制钢管的局部屈曲与横向变形,提高局部抗弯刚度。同时可增强对外部混凝土的约束,保证构件各部分协同受力。但其在竖向刚度方面发挥作用较小,仅当构件进入弹塑性阶段后才开始发挥整体约束作用。(3)考虑新型螺旋肋的增强效果,对相关钢材及约束混凝土的本构模型进行了修正;采用修正后的模型建立了薄壁钢管柱的有限元模型。在此基础上,分析了不同参数对构件偏压性能的影响规律,发现钢管宽厚比与螺距对试件承载力影响较大。最终通过N-M关系曲线,得到偏压作用下受压和受拉破坏界限为偏心率0.9左右。(4)利用有限元计算对四组四边简支弹性薄板的承载能力进行了参数化分析,得到了薄板在单向压缩和拉伸共同作用下的临界屈曲荷载,给出了响应拟合关系曲线;同时通过对构件跨中截面单个单元的应力应变曲线最大点拟合,最终建立叠合柱的偏压承载力计算方法。

关键词：薄壁钢管混凝土螺旋加劲肋偏心受压数值模拟薄板屈曲稳定承载力

轴心受压薄壁圆钢管混凝土柱临界径厚比的确定

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工程力学 2005年第1期22卷 170-174页

作者：张耀春曹宝珠哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

通过对薄壁圆钢管与内部混凝土的相互作用分析,可以得出薄壁圆钢管与混凝土的应力-应变关系及二者间的作用力。在此基础上,把薄壁钢管纵向单元作为支承在弹性地基上的压杆,推导出钢管出现局部屈曲的临界应力和临界径厚比。由于内部混凝... 详细信息

通过对薄壁圆钢管与内部混凝土的相互作用分析,可以得出薄壁圆钢管与混凝土的应力-应变关系及二者间的作用力。在此基础上,把薄壁钢管纵向单元作为支承在弹性地基上的压杆,推导出钢管出现局部屈曲的临界应力和临界径厚比。由于内部混凝土的存在,大大提高了薄壁钢管的临界屈曲应力和径厚比。对Q235钢材、C30混凝土短柱构件的计算结果表明,钢管的最小临界径厚比为1700左右。

关键词：薄壁钢管混凝土弹性地基局部屈曲临界应力径厚比

设加劲肋钢管混凝土轴压短柱试验研究及有限元分析

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公路交通科技（应用技术版） 2015年第12期11卷 199-203页

作者：张俊光陈建华招商局重庆交通科研设计研究院有限公司重庆400067 内蒙古自治区交通建设工程质量监督局内蒙古呼和浩特010020 赤峰市交通建设工程质量监督局内蒙古赤峰024005

为了进一步研究内设加劲肋钢管柱填充混凝土后的力学性能,参照某桥上、下弦杆截面,进行了内设加劲肋钢管混凝土柱的轴压短柱试验,得到了试件的极限承载力和破坏模式,并与内设加劲肋空钢管柱进行了对比。试验研究结果表明:内设加劲肋钢... 详细信息

为了进一步研究内设加劲肋钢管柱填充混凝土后的力学性能,参照某桥上、下弦杆截面,进行了内设加劲肋钢管混凝土柱的轴压短柱试验,得到了试件的极限承载力和破坏模式,并与内设加劲肋空钢管柱进行了对比。试验研究结果表明:内设加劲肋钢管混凝土柱力学特征存在明显三阶段破坏,破坏模式与设直肋薄壁钢管混凝土柱有所同,发生"半波"、"双波"破坏不及薄壁钢管混凝土柱明显。同时,采用大型通用有限元程序ANSYS建立了三维有限元模型,对试件的承载力和荷载应变曲线进行了分析,分析结果与试验结果吻合良好,在此基础上进一步分析了宽厚比对设加劲肋钢管混凝土柱受力性能的影响。

关键词：钢管柱加劲肋薄壁钢管混凝土破坏模式极限承载力