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铝合金管螺旋筋复合约束海水海砂混凝土柱轴压性能研究

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铝合金管螺旋筋复合约束海水海砂混凝土柱轴压性能研究

作者：宋春梅广西大学

学位级别：硕士

为解决海洋和沿海工程结构中的海洋环境腐蚀和建筑材料成本两大难题,本文创新提出铝合金管螺旋筋复合约束海水海砂混凝土柱。该类新型柱的外部铝合金管既能抵抗海洋环境腐蚀,又能提供密闭约束环境以阻滞Cl腐蚀内部螺旋钢筋笼;内嵌的钢... 详细信息

为解决海洋和沿海工程结构中的海洋环境腐蚀和建筑材料成本两大难题,本文创新提出铝合金管螺旋筋复合约束海水海砂混凝土柱。该类新型柱的外部铝合金管既能抵抗海洋环境腐蚀,又能提供密闭约束环境以阻滞Cl腐蚀内部螺旋钢筋笼;内嵌的钢筋笼可对混凝土形成二次约束,从而弥补铝合金管约束效应弱于钢管的不足;因此这种构件兼具耐腐蚀、经济、美观等优点,预期在海洋和沿海工程结构中具有良好的应用前景。本文采用试验、数值模拟和理论分析相结合的方法深入研究该类柱的轴压性能,主要工作和成果如下:(1)通过16根铝合金管螺旋筋复合约束海水海砂混凝土柱和1根铝合金管海水海砂混凝土柱的轴压试验研究发现:增设总配筋率为3%的钢筋笼对试件破坏模式和极限承载力影响不大,但对延性和吸能特性的影响较显著;铝合金管螺旋筋复合约束海水海砂混凝土柱的轴压性能随螺旋筋与纵筋配筋率之比(r)增大呈先增后减趋势,螺旋筋的轴压贡献大于纵筋;r=2.2组试件的轴压性能最优,其中,螺旋筋“细且密”或纵筋“少且粗”的试件拥有更高的轴压性能。(2)建立了相应有限元模型并结合试验和模拟结果分析了混凝土纵向应力、各组分应变和铝合金管应力发展,结果表明:增设钢筋笼后混凝土的纵向应力得到更大幅度提高,螺旋筋弥补了铝合金管对中心混凝土约束弱的不足;铝合金管和螺旋筋主要在弹塑性段后发挥约束作用;螺旋筋间距为40～100mm时铝合金管、螺旋筋和纵筋能协同工作且在峰值荷载前均屈服;峰值荷载时铝合金管纵向和环向应力的平均值分别为0.87f和0.24f。(3)建立了80个算例,对该类新型柱的轴压性能进行系统化参数分析,结果表明:在相同金属含量下,增设螺旋钢筋笼对轴压性能的提升效果优于增大铝合金管壁厚;随混凝土强度提高,增大铝合金管强度对承载力的提升效果减弱;随混凝土强度减小或铝合金管壁厚增大,提高钢筋强度对轴压性能的改善效果略增;提高混凝土强度导致的延性系数降低幅度大于承载力增加幅度;螺旋筋间距越大,螺旋筋越晚屈服;该类柱的尺寸效应不显著,并且当名义套箍系数大于0.78时尺寸效应消失。(4)共提出3种铝合金管螺旋筋复合约束海水海砂混凝土柱的轴压承载力计算式;其中,基于复合约束特点推导的公式计算精度最高且离散性最小;其平均计算误差小于3%,能较准确地预测该类柱的轴压承载力。最后针对螺旋筋、纵筋和混凝土的配置参数提出相应建议。本文研究成果可为海工结构建设提供新思路,为铝合金管螺旋筋复合约束海水海砂混凝土柱提供设计参考,同时丰富组合结构的相关理论。

关键词：铝合金管螺旋筋海水海砂混凝土轴压性能承载力复合约束机理

高强螺旋筋约束活性粉末混凝土局压承载力试验

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土木工程学报 2014年第8期47卷 63-72页

作者：周威胡海波郑文忠哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150090

应用高强螺旋筋使活性粉末混凝土局压区形成约束核心区,以避免活性粉末混凝土局压区突然脆性劈裂破坏,可达到改善局压区正常使用性能、提高其延性与局压承载力的目的。以局压面积比、局压面积与核心混凝土面积比、螺旋筋率为基本参数,... 详细信息

应用高强螺旋筋使活性粉末混凝土局压区形成约束核心区,以避免活性粉末混凝土局压区突然脆性劈裂破坏,可达到改善局压区正常使用性能、提高其延性与局压承载力的目的。以局压面积比、局压面积与核心混凝土面积比、螺旋筋率为基本参数,完成了12个970MPa级高强螺旋筋约束约束活性粉末混凝土轴心局压承载力试验,结果表明50%的试件破坏时螺旋筋不小于其比例极限,反映出高强螺旋筋强度较充分利用;试件的初裂荷载较小、开裂后至破坏前表面裂缝发展缓慢,破坏导致承压面附近局部崩裂但试件相对完整,说明螺旋筋对核心混凝土的约束显著。分析了主要参数对局压承载力提高系数的影响,结合未配筋活性粉末混凝土局压试验结果,提出高强螺旋筋约束活性粉末混凝土局压承载力实用计算方法。

关键词：螺旋筋活性粉末混凝土局部受压承载力核心混凝土

方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱轴压机理及承载力计算

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土木工程学报 2017年第5期50卷 47-56页

作者：陈宗平经承贵徐金俊周春恒广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室广西南宁530004

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的轴压受力性能,完成了25个方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱试件和4个普通方钢管混凝土柱试件的轴心受压试验。从试件的表观破损全过程、核心混凝土的碎裂形态、螺旋筋的失效模式、荷载位移曲线、各钢... 详细信息

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的轴压受力性能,完成了25个方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱试件和4个普通方钢管混凝土柱试件的轴心受压试验。从试件的表观破损全过程、核心混凝土的碎裂形态、螺旋筋的失效模式、荷载位移曲线、各钢材组分的应变发展规律等多个角度对方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的轴压机理展开分析,并与普通方钢管混凝土柱进行了对比。研究结果表明:螺旋筋有效改善了方钢管对核心混凝土约束不均匀的特点;螺旋筋、纵筋及方钢管之间具有良好的变形协调性,在本研究的配筋率范围内(0.44%~2.90%),螺旋筋的屈服强度均能充分发挥;方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱比普通方钢管混凝土柱具有更好的轴压承载能力和变形能力,且随着螺旋筋间距的减小、直径和径宽比的增大,其表现出更优良的轴压性能;基于复合约束模型推导的承载力公式,其物理意义明确、形式简单,且计算值与试验值吻合较好,可供工程设计参考。

关键词：方钢管混凝土螺旋筋约束混凝土轴心受压承载力计算

方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱偏压性能试验及承载力计算

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建筑结构学报 2020年第4期41卷 102-109页

作者：谭秋虹陈宗平经承贵广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室广西南宁530004 广西科技大学土木建筑工程学院广西柳州545006

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的偏心受压性能,完成了18个试件(其中17个方钢管螺旋筋复合约束混凝土试件和1个普通方钢管混凝土对比试件)的偏心受压加载试验。考虑了螺旋筋间距、径宽比、长细比、偏心率、纵筋配筋率以及钢管壁厚... 详细信息

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的偏心受压性能,完成了18个试件(其中17个方钢管螺旋筋复合约束混凝土试件和1个普通方钢管混凝土对比试件)的偏心受压加载试验。考虑了螺旋筋间距、径宽比、长细比、偏心率、纵筋配筋率以及钢管壁厚6个变化参数,通过试验,观察了试件的受力破坏过程及形态,获取了荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线,分析了各变化参数对其偏压性能的影响规律。结果表明:方钢管螺旋筋复合约束混凝土的承载性能和破坏形态与普通方钢管混凝土的相似;螺旋筋主要在弹塑性和下降段发挥作用,并可提高试件的承载力和延性,延缓钢管壁的局部鼓曲,且材料强度能够充分发挥,其间距越密试件的变形性能越好;偏心率和钢管壁厚对承载力影响显著,其他参数的影响相对较小。最后提出了基于偏心率折减系数和内力相关关系的偏压承载力计算式,计算值与试验值均吻合较好。

关键词：方钢管混凝土螺旋筋约束混凝土偏心受压承载力

角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱轴压性能及承载力计算

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土木工程学报 2019年第1期52卷 8-19页

作者：陈宗平周春恒李志彬广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室广西南宁530004 宁波大学浙江宁波315211

为研究角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的轴压力学性能,对26个该类组合柱试件及3个角钢约束混凝土柱对比试件进行了单调静力轴心受压试验。观察试件的破坏形态,得到试件的承载力和荷载-变形曲线。通过试件受力全过程的破坏形态、损伤演... 详细信息

为研究角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的轴压力学性能,对26个该类组合柱试件及3个角钢约束混凝土柱对比试件进行了单调静力轴心受压试验。观察试件的破坏形态,得到试件的承载力和荷载-变形曲线。通过试件受力全过程的破坏形态、损伤演化、荷载-变形曲线、截面约束应力分布等分析角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的复合约束机理和失效性态。基于Mander本构模型,通过划分不同的混凝土约束区,提出该类组合柱的轴压承载力计算方法。研究结果表明:角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的轴压破坏过程及形态与角钢约束混凝土柱相似,但是其裂缝发展、混凝土剥落的过程更为缓慢;荷载-变形曲线更为饱满,损伤发展也更慢;承载力、延性和耗能能力都有显著提高;所提出轴压承载力计算方法的计算结果与试验结果吻合较好。

关键词：角钢约束混凝土螺旋筋组合柱轴压试验承载力计算

方钢管螺旋筋复合约束混凝土轴压短柱破坏机理试验研究

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建筑结构学报 2018年第3期39卷 93-102页

作者：经承贵陈宗平周山崴徐金俊广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室广西南宁530004

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土轴压短柱破坏机理,完成了12个试件的轴心受压试验。观察了试件外观破坏情况、核心混凝土破坏形态及螺旋筋失效模式,并分析了受力过程中螺旋筋、纵筋、方钢管的应力发展和内力分配情况。试验结果表明：... 详细信息

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土轴压短柱破坏机理,完成了12个试件的轴心受压试验。观察了试件外观破坏情况、核心混凝土破坏形态及螺旋筋失效模式,并分析了受力过程中螺旋筋、纵筋、方钢管的应力发展和内力分配情况。试验结果表明：方钢管、螺旋筋、纵筋及核心混凝土四者能协同工作,各种材料强度均能充分发挥;螺旋筋在弹性受力阶段发挥的作用较小,不能延缓方钢管发生局部鼓曲,而主要在弹塑性及流塑阶段发挥约束作用,能显著提高轴压短柱的承载力和变形能力;方钢管和螺旋筋对核心混凝土形成双重约束机制,当方钢管发生鼓曲后螺旋筋能有效补充对核心混凝土的约束作用,进而改善了方钢管对核心混凝土约束不均匀的特性。

关键词：方钢管混凝土短柱螺旋筋约束混凝土轴心受压试验破坏机理

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浅谈螺旋筋自动成型一体机的研制

中国设备工程 2023年第16期 115-117页

作者：谢凯成铁德阳轨道有限责任公司四川德阳618007

为了有效提高混凝土轨枕预留孔或预埋套管周围核心混凝土的抗压能力,以防止产生裂缝,需在轨枕承轨槽的预留孔或预埋套管周围增设螺旋筋。为了进一步有效防止轨枕在混凝土灌注成型过程中,螺旋筋发生压缩变形,通常在螺旋筋四周焊接3根立... 详细信息

为了有效提高混凝土轨枕预留孔或预埋套管周围核心混凝土的抗压能力,以防止产生裂缝,需在轨枕承轨槽的预留孔或预埋套管周围增设螺旋筋。为了进一步有效防止轨枕在混凝土灌注成型过程中,螺旋筋发生压缩变形,通常在螺旋筋四周焊接3根立筋。目前轨枕螺旋筋的制作方法一般分为3步:首先采用绕簧机完成圆形簧筋制作,其次由定长切断机完成立筋切断,然后通过点簧机将立筋沿圆形簧筋圆周等分焊接在其表面。绕簧、立筋定长、点焊的“三步法”的制作工艺,无法保障立筋均匀分布在簧筋圆周,无法保障立筋端面齐平,也无法保证立筋焊接牢固,从而影响圆形螺旋筋的质量。将“三步法”的制做工艺优化为一体同步的自动模式是保障螺旋筋质量的必备基础,螺旋筋自动成型一体机的研制意义重大。

关键词：轨枕螺旋筋自动一体机

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加螺旋筋的薄壁圆筒轴压屈曲分析及优化

机械设计与制造 2016年第12期 231-233页

作者：张帅王宁樊耀耀陈占春太原理工大学机械工程学院山西太原030024

管道外壁加螺旋筋是提高管材结构强度,节约材料用量,减轻管材整体重量的主要方法。利用ansys workbench软件模拟该螺旋筋焊管在受到轴向载荷作用时的屈曲变形,分析各参数对管壳稳定性的影响,对各参数进行优化。结果表明,螺旋筋的螺距和... 详细信息

管道外壁加螺旋筋是提高管材结构强度,节约材料用量,减轻管材整体重量的主要方法。利用ansys workbench软件模拟该螺旋筋焊管在受到轴向载荷作用时的屈曲变形,分析各参数对管壳稳定性的影响,对各参数进行优化。结果表明,螺旋筋的螺距和壁厚是影响稳定性的主要参数,对一个模型的螺距、壁厚和临界失稳载荷三者的参数进行优化,得出螺距和壁厚的最佳组合。

关键词： Workbench 轴压屈曲薄壁圆筒螺旋筋

CFRP-PVC螺旋筋复合约束自密实混凝土力学性能研究

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CFRP-PVC螺旋筋复合约束自密实混凝土力学性能研究

作者：许瑞天广西大学

学位级别：硕士

随着科技和人文发展,社会对建筑物的承载能力和耐久性提出了更高要求,特别是沿海城市,空气、地下水、地基中的腐蚀离子对建筑物的耐久性有着巨大的侵害,长久以来,钢筋混凝土结构的耐久性问题一直是工程界关注的重点。碳纤维材料(CFRP)... 详细信息

随着科技和人文发展,社会对建筑物的承载能力和耐久性提出了更高要求,特别是沿海城市,空气、地下水、地基中的腐蚀离子对建筑物的耐久性有着巨大的侵害,长久以来,钢筋混凝土结构的耐久性问题一直是工程界关注的重点。碳纤维材料(CFRP)和聚氯乙烯(PVC)材料具有良好的耐腐蚀性,将其包裹在结构外部,不仅可以作为浇筑模板,还可以提高约束效应和耐腐蚀性,不论从经济效益还是结构性能方面都具有着天然的优势。对于FRP-PVC复合管约束混凝土结构的研究,目前国内外集中于研究素混凝土结构,而对于内部配螺旋筋的构件研究较少,螺旋筋作为一种便于绑扎且约束效应良好的配筋形式,其与CFRP-PVC外包管复合约束混凝土的力学性能鲜见研究。基于此,本文为研究CFRP-PVC-螺旋筋复合约束自密实混凝土柱的力学性能(轴压、低周反复),以螺旋筋间距、螺旋筋直径和高径比为变化参数,观察了试件受力破坏全过程及破坏形态,获取了轴向应力-应变全过程曲线、滞回曲线、骨架曲线等关键曲线;深入分析了各变化参数对其力学性能的影响规律。在此基础上,使用ABAQUS有限元软件进行了约束机理分析和拓展参数分析,数值模拟结果与试验结果吻合较好,并分析了各拓展参数对极限承载力的影响。最后根据Richart约束模型提出CFRP-PVC-螺旋筋复合约束自密实混凝土柱极限承载力计算方法,分别计算了试验试件和有限元试件。主要研究成果如下:(1)完成了9根CFRP-PVC-螺旋筋复合约束自密实混凝土柱的轴心受压试验。结果表明:螺旋筋间距越大,延性越差;螺旋筋直径对承载力影响不大;高径比在7.5到9之间时试件力学性能较好。通过试验及有限元分析,得到了CFRP-FRP管与螺旋筋复合约束自密实混凝土的约束机理,并建立了复合约束模型和对应的轴压极限承载力计算方法,对CFRP-PVC螺旋筋复合约束自密实混凝土柱的工程应用有一定指导意义。(2)完成了9根CFRP-PVC-螺旋筋复合约束自密实混凝土柱的低周反复试验,结果表明:此类结构滞回曲线呈饱满的弓形,具有较好的吸收地震能量的能力,低周反复性能良好,而正负向滞回曲线并不对称,正向峰值承载力约为负向的2倍;随着螺旋筋直径的增加、螺旋筋间距减小、剪跨比减小,试件峰值承载力随之增加;各试件的刚度退化曲线基本一致,螺旋筋直径对抗侧刚度退化影响不大,螺旋筋间距越大、剪跨比越大则试件抗侧刚度退化越明显;各试件等效粘滞阻尼系数呈先减小后增大的趋势,耗能能力逐渐增强,试件初始等效粘滞阻尼系数逐渐降低;随着螺旋筋直径的增加,试件延性系数先减小后增大,螺旋筋直径为10mm时CFRP-PVC螺旋筋约束自密实混凝土柱的低周反复性能最好,满足规范要求;随螺旋筋间距的增加,试件延性随之减小,试件高度为800mm试件的延性均在3以上,具有较好的低周反复性能;随剪跨比增大,试件延性先增大后减小,剪跨比为4.62的试件延性最好。(3)使用ABAQUS有限元软件对试验试件进行有限元分析,计算结果与试验结果吻合较好,深入分析约束机理发现试件破坏顺序为:CFRP-PVC、纵筋、螺旋筋。有限元拓展参数分析表明,试件承载力随螺旋筋间距增加、纵筋直径减小、CFRP层数减少而减小,但随核心混凝土面积波动变化,最优核心混凝土面积占比为80%。总体而言,CFRP-PVC管的存在使得试件达到峰值前有明显的预兆,螺旋筋的存在使得试件在破坏后有较大的塑性变形,满足了构件有较好耗能能力的要求。

关键词： CFRP-PVC管螺旋筋轴压性能低周反复性能自密实混凝土柱有限元分析承载力计算