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螺栓钢板连接预制混凝土轴压性能及承载力计算公式

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工程科学与技术 2025年第1期57卷 167-176页

作者：杨延婷葛琪左文豪李国熊峰吕洋孟永杰刘鹏宋瑛涵四川大学建筑与环境学院四川成都610065 中建三局第一建设工程有限责任公司湖北武汉430000

预制混凝土墙板结合夹心保温技术可大幅提升墙体的保温隔热性,提高建造速度和节能效率。本文设计了螺栓钢板拼接预制混凝土夹心墙板试件,开展试件的轴向压力荷载试验,研究其轴压性能,提出了考虑螺栓钢板拼接影响下的墙板轴心受压极限承... 详细信息

预制混凝土墙板结合夹心保温技术可大幅提升墙体的保温隔热性,提高建造速度和节能效率。本文设计了螺栓钢板拼接预制混凝土夹心墙板试件,开展试件的轴向压力荷载试验,研究其轴压性能,提出了考虑螺栓钢板拼接影响下的墙板轴心受压极限承载力计算公式。试验结果表明:夹心墙板破坏模式主要为螺栓钢板节点上方以及墙趾两端混凝土的压溃,混凝土面板与夹心保温层在墙体底部轻微分层,墙体侧面出现较大竖向裂缝。将试件的试验轴向荷载承载力与本文提出的公式及现有的公式进行了对比,结果表明:国内现有公式计算值与试验值的差值百分比为5%,国外现有计算公式与试验值的差值百分比为45.7%~77.2%,然而本文提出的公式与试验值差值百分比仅为0.4%。国外现有的公式非常保守,本文提出的公式能够准确预测此种螺栓连接墙板的轴向承载力。在试验研究基础上,考虑了长细比、墙体厚度、连接件布置、混凝土边肋等参数,进一步建立有限元模型验证本文提出的公式。分析结果表明:数值模型的计算结果与本文提出的计算公式误差在–8.05%~2.65%之内,国内现有公式和国外现有公式与计算值误差分别在–2.25%~8.58%和41.61%~78.41%范围内,本文公式预测结果较为准确。最后,分析了各个参数对螺栓钢板拼接预制混凝土夹心墙板轴向承载能力的影响,发现墙板的配筋率对极限承载力无明显影响;合理布置GFRP连接件、设置竖向混凝土肋、减小墙板长细比和增加混凝土板厚度可以提高墙体承载性能。

关键词：预制混凝土夹心墙体螺栓钢板连接轴压性能有限元分析承载力计算公式

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多腔中空薄壁方钢管混凝土短柱轴压性能研究

重庆大学学报 2025年第2期48卷 86-101页

作者：张潇龚俊邵永波黄伟峰李紫君西南石油大学土木工程与测绘学院成都610500

为了提升中空夹层钢管混凝土(concrete-filled double-skin steel tubular,CFDST)短柱的轴压性能,提出并设计了薄壁方套方中空夹层多腔钢管混凝土(multi-cavity concrete-filled double-skin tubular,MCFDST)短柱,对其轴压力学性能进行了试验研究。试验试件包括15个方套方MCFDST短柱试件和3个方套方CFDST短柱试件。以混凝土抗压强度、外钢管宽厚比、空心率和是否设置拉肋为参数,通过分析试件的变形、荷载−位移曲线、破坏现象和延性系数,探究了各参数对试件的极限承载力、失效模式和延性的影响。试验结果显示:混凝土抗压强度从58 MPa提升至90 MPa,试件承载力提升46%,延性系数最高降低74%;外钢管宽厚比从39降低到29,试件承载力提升12.5%,延性系数明显增大;空心率从0.31增大到0.38,试件承载力提升了1.3%,延性系数仅提升1%;增设拉肋使构件承载力提升14.2%,延性系数最高提升282%。其次,利用试验数据验证了数值建模方法的有效性和模型的正确性,并开展了大量有限元参数分析,讨论了现行规范对该短柱轴压承载力的适用性,发现日本规范AIJ的预测公式可以精确估计MCFDST短柱轴压承载力。

关键词：方套方中空夹层多腔钢管混凝土短柱试验研究轴压性能失效模式极限承载力延性系数

复式钢管混凝土墩柱轴压性能及承载力提高分析

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工程力学 2025年第1期42卷 209-222页

作者：张玉芬郝圣旺李栋磊方永坚燕山大学建筑工程与力学学院秦皇岛066099 河北工业大学土木与交通学院天津300401 河北省土木工程绿色建造与智能运维重点实验室秦皇岛066099

为提升矩形钢管混凝土独柱墩的工作性能,在其截面内套异心双圆钢管形成新型复式钢管混凝土墩柱。该文进行了7个墩柱轴压荷载试验,通过对比空钢管柱、矩形墩柱和夹层墩柱分析了新型墩柱的破坏形态、钢管应变发展及承载力和延性差异,最后... 详细信息

为提升矩形钢管混凝土独柱墩的工作性能,在其截面内套异心双圆钢管形成新型复式钢管混凝土墩柱。该文进行了7个墩柱轴压荷载试验,通过对比空钢管柱、矩形墩柱和夹层墩柱分析了新型墩柱的破坏形态、钢管应变发展及承载力和延性差异,最后利用钢管和混凝土的组合效应原理进行组合墩柱轴压承载力提高分析。研究得出新型复式钢管混凝土墩柱轴压破坏形态为鼓曲破坏,其极限承载力较夹层墩柱提高20%,较矩形墩柱提高22%,延性提高效果更为明显;新型墩柱内、外钢管应变发展充分,说明钢管较好地发挥了竖向承载和横向约束混凝土的能力;根据钢板的正则化宽厚比和屈曲后强度计算得出,内、外钢管在混凝土的支撑下承载力提高15%,混凝土在钢管的约束下承载力提高49%;根据约束组合效应得出,新型墩柱整体承载力提高31%;采用等效套箍系数计算的新型墩柱承载力与试验值绝对误差在4%以内,说明新型复式钢管混凝土墩柱符合钢管混凝土统一理论。研究结果表明,新型复式钢管混凝土墩柱在约束混凝土效应方面明显提高,构件的承载力较高、延性较好,具有较强的工程应用前景。

关键词：新型复式钢管混凝土墩柱轴压性能破坏形态承载力套箍系数

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箍筋间距对型钢混凝土结构轴压性能影响研究

铁道工程学报 2025年第1期42卷 83-88,100页

作者：路军富苗志豪王明胜汤印地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学) 成都610059 中铁城市发展投资集团有限公司成都610000 中铁二院工程集团有限责任公司成都610031

研究目的:隧道穿越断层、软弱破碎带等不良地质时易导致初期支护型钢与喷射混凝土接触界面出现相对滑移现象,使得初期支护结构承载能力降低、极易失稳。为提升型钢与喷射混凝土支护协同承载能力与变形延性,提出一种沿型钢翼缘表面环向... 详细信息

研究目的:隧道穿越断层、软弱破碎带等不良地质时易导致初期支护型钢与喷射混凝土接触界面出现相对滑移现象,使得初期支护结构承载能力降低、极易失稳。为提升型钢与喷射混凝土支护协同承载能力与变形延性,提出一种沿型钢翼缘表面环向布置箍筋的结构形式,为探明箍筋间距对型钢及混凝土的约束作用,开展4种不同工况的型钢混凝土柱轴心受压试验和数值分析,揭示箍筋间距对型钢喷射混凝土柱的轴压承载能力的影响规律。研究结论:(1)无箍筋约束工况下,工字型钢与喷射混凝土接触界面极易发生分离破坏,二者无法协同承载,当设置环向箍筋约束时,型钢混凝土试件破坏模式为胀裂破坏,其环向箍筋对型钢翼缘和混凝土变形约束效果较好,从而增强了型钢混凝土试件的极限承载力和延性;(2)环向箍筋约束试件的极限承载力随箍筋间距的减小而增大,相较于无箍筋约束试件,环向箍筋间距为150 mm、100 mm、50 mm试件的极限承载力的增长百分比分别为18.78%、24.59%和31.16%;(3)减小环向箍筋间距对型钢混凝土柱的极限承载能力有较大提升,当布置箍筋间距75 mm时约束效果最优;(4)本研究成果可为隧道支护结构抗变形设计提供参考和借鉴。

关键词：环向箍筋间距型钢混凝土结构轴压性能承载能力

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复合加固方形中长木柱轴压性能研究

建筑结构学报 2025年第2期46卷 59-71页

作者：周长东罗廷惜苏宝强郑玉槟北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 结构风工程与城市风环境北京市重点实验室北京100044

为了研究内嵌钢筋外包碳纤维布复合加固方形中长木柱的轴压性能,完善复合加固木柱理论,通过试验研究、理论分析和数值模拟等方法研究复合加固方形中长木柱的轴向压缩性能。在试验研究中,以嵌筋数量、碳纤维布包裹量以及碳纤维布包裹方... 详细信息

为了研究内嵌钢筋外包碳纤维布复合加固方形中长木柱的轴压性能,完善复合加固木柱理论,通过试验研究、理论分析和数值模拟等方法研究复合加固方形中长木柱的轴向压缩性能。在试验研究中,以嵌筋数量、碳纤维布包裹量以及碳纤维布包裹方式作为参数变量,进行了8根不同加固形式木柱的轴压试验,分析了试件的破坏特征、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线,并与已有复合加固方形短木柱的试验结果进行了对比分析。试验结果表明,相较于未加固木柱,复合加固方形中长木柱的承载力提高了14.12%~67.05%。同时,采用ABAQUS软件建立了有限元数值分析模型,在验证模型可靠性的基础上,研究了试件长细比、截面配筋率、碳纤维布间隔宽度对加固效果的影响。分析发现:随着长细比增加,复合加固木柱的承载力逐渐降低,当长细比大于70时,柱的承载力显著下降;当配筋率约为2.5%、碳纤维条带的自身宽度和间隔宽度均为150 mm时,内嵌钢筋外包碳纤维布复合加固方形中长木柱的综合受力性能最好。

关键词：方形中长柱复合加固内嵌钢筋外包碳纤维布稳定系数静力试验有限元分析轴压性能

FRP圆管增强不锈钢海水海砂混凝土方柱轴压性能试验研究及承载力计算

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建筑结构学报 2025年第1期46卷 160-172页

作者：陈宗平赵杨杰周济梁延梁莹广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 南宁学院土木与建筑工程学院广西南宁530200 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 南京林业大学土木工程学院江苏南京210037

为研究内圆FRP外方不锈钢双管复合约束海水海砂混凝土柱轴压受力性能,以FRP类型(CFRP、GFRP、BFRP、AFRP)和FRP管厚度为变化参数,完成15个内圆FRP管外方不锈钢双管海水海砂混凝土柱和2个普通方不锈钢管海水海砂混凝土柱的轴心受压试验,... 详细信息

为研究内圆FRP外方不锈钢双管复合约束海水海砂混凝土柱轴压受力性能,以FRP类型(CFRP、GFRP、BFRP、AFRP)和FRP管厚度为变化参数,完成15个内圆FRP管外方不锈钢双管海水海砂混凝土柱和2个普通方不锈钢管海水海砂混凝土柱的轴心受压试验,观察其受力破坏全过程及破坏形态,获取荷载-位移曲线和应力-应变数据,并对其破坏形态、轴压承载力、能量耗散、延性、损伤演化等受力性能进行分析。研究结果表明:柱破坏模式大多数呈现鼓曲褶皱破坏,内置FRP管有效改善了方不锈钢管对混凝土约束不均匀的缺点;内圆FRP管与外方不锈钢管之间有良好的协同工作能力;内圆FRP外方不锈钢双管复合柱比普通方不锈钢管柱具有更好的轴压承载能力和变形能力,其中内置CFRP管的提高效果最优,其次是AFRP管,二者轴压承载力较普通方不锈钢管柱分别提高24.2%、15.5%;同时,随着FRP管厚度的增加,柱表现出更优良的轴压性能。基于“复合约束叠加法”推导的内圆FRP外方不锈钢双管海水海砂混凝土柱轴压承载力计算与试验值吻合较好,相对误差在10%以内。

关键词：不锈钢方钢管海水海砂混凝土 FRP圆管静力试验轴压性能承载力计算

双向螺旋箍筋约束高强蜂窝型钢-UHPC短柱轴压性能研究

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建筑结构学报 2025年第1期46卷 147-159页

作者：徐龙康杨勇张明俊张扬西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室陕西西安710055

为研究双向螺旋箍筋约束高强蜂窝型钢-UHPC短柱(简称“CS-UHPC”)的轴压性能,揭示箍筋直径、箍筋间距和型钢扩张比等设计参数对该类柱轴压性能的影响,设计并完成了8根轴心受压短柱试验。通过短柱的破坏形态、承载力、荷载-位移曲线、变... 详细信息

为研究双向螺旋箍筋约束高强蜂窝型钢-UHPC短柱(简称“CS-UHPC”)的轴压性能,揭示箍筋直径、箍筋间距和型钢扩张比等设计参数对该类柱轴压性能的影响,设计并完成了8根轴心受压短柱试验。通过短柱的破坏形态、承载力、荷载-位移曲线、变形能力、刚度、荷载-应变曲线等分析双向高强螺旋箍筋和蜂窝型钢对该类柱的约束增强机理和失效性态。同时,将短柱截面划分为不同的UHPC约束区,计算双向高强螺旋箍筋的有效约束,并将蜂窝型钢等效为两个T形钢分肢的缀板式格构柱,提出CS-UHPC短柱的轴压承载力计算方法。研究结果表明:所有CS-UHPC短柱均发生典型的轴压破坏,由于双向高强螺旋箍筋的约束作用,裂缝发展缓慢,荷载-位移曲线下降段趋于平缓,并维持较高的残余承载力水平,与传统矩形箍筋短柱相比,双向高强螺旋箍筋短柱的轴压承载力增加13.4%、变形系数提高209%、刚度提高11.1%;与实腹短柱相比,扩张比为1.3和1.5的蜂窝腹板短柱的轴压承载力分别增加14.0%和3.8%,变形系数分别提高46.6%和34.4%,刚度分别提高32.3%和23.3%;当双向高强螺旋箍筋直径从4 mm增加至6 mm和8 mm,短柱轴压承载力分别增加17.5%和30.7%,变形系数分别提高15.7%和21.6%,刚度分别提高11.3%和18.6%;当双向高强螺旋箍筋间距从50 mm增加至80 mm和110 mm,短柱轴压承载力分别减少16.0%和14.0%,变形系数分别降低1.8%和17.2%,刚度分别降低14.8%和6.1%。

关键词：高强蜂窝型钢-UHPC短柱双向螺旋箍筋轴压试验轴压性能约束机理

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方钢管自燃煤矸石混凝土柱轴压性能研究

沈阳建筑大学学报(自然科学版) 2025年第1期41卷 85-94页

作者：张玉琢张永伟刘进隆黄怡萌路林翰沈阳建筑大学管理学院辽宁沈阳110168 东南大学土木工程学院江苏南京211189

探究方钢管自燃煤矸石混凝土短柱的轴压性能,推广大宗固废自燃煤矸石在建筑工程中的应用。选取辽宁阜新地区自燃煤矸石,制作18根不同粗骨料取代率的方钢管自燃煤矸石混凝土柱并开展轴压试验,再进行取代率、含钢率设计参数变化对刚度、... 详细信息

探究方钢管自燃煤矸石混凝土短柱的轴压性能,推广大宗固废自燃煤矸石在建筑工程中的应用。选取辽宁阜新地区自燃煤矸石,制作18根不同粗骨料取代率的方钢管自燃煤矸石混凝土柱并开展轴压试验,再进行取代率、含钢率设计参数变化对刚度、强度和延性3方面共6个轴压性能指标的参数分析、Spearman相关性分析和指标的回归分析。取代率100%较取代率0%的试件的弹性段刚度和极限应变分别提高了-23.36%和8.11%;含钢率为0.165的试件与含钢率为0.078的试件相比,其极限荷载、轴压刚度、强度系数和延性系数分别提高了23.17%、25.15%、-10.96%和16.95%;取代率从0%到100%,自燃煤矸石粗骨料与弹性段刚度、轴压刚度、延性系数和极限荷载的负相关系数分别为-0.84、-0.58、-0.53、-0.32,与试件的强度系数和极限应变的正相关系数分别为0.69和0.37;在《钢管混凝土结构技术规范》(GB50936—2014)基础上,对试件轴压承载力、极限应变和轴压刚度等6个轴压性能指标进行回归分析,计算误差均小于10%,本研究可为钢管自燃煤矸石混凝土柱的实际应用提供理论参考。

关键词：自燃煤矸石骨料钢管混凝土轴压性能 Spearman相关性分析回归分析

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复合材料裙的优化设计及轴压性能研究

复合材料科学与工程 2025年第1期 42-50,96页

作者：张桂明祖磊宁武军张骞郑轩轩王华毕李德宝卢国军蔡天琪合肥工业大学机械工程学院合肥230009 航空结构件成形制造与装备安徽省重点实验室合肥230009 中电科芜湖钻石飞机制造有限公司芜湖241100 安徽佳力奇先进复合材料科技股份公司宿州234000

针对热压罐工艺成型的ϕ150 mm固体火箭发动机壳体复合材料裙,进行了轴压试验,并通过建立引入黏性行为及三维Hashin失效准则的渐进损伤模型开展有限元分析,对复合材料裙及含裙复合材料壳体的失效模式、失效位置及轴压载荷进行了准确预测... 详细信息

针对热压罐工艺成型的ϕ150 mm固体火箭发动机壳体复合材料裙,进行了轴压试验,并通过建立引入黏性行为及三维Hashin失效准则的渐进损伤模型开展有限元分析,对复合材料裙及含裙复合材料壳体的失效模式、失效位置及轴压载荷进行了准确预测,以验证有限元模型的可靠性。以此为基础,根据复合材料裙铺层原则,建立了基于随机正态算法的铺层优化模型,对复合材料裙的铺层顺序和铺层角度进行优化,得到了满足要求的最优铺层。基于最优铺层,分析了不同搭接角度与搭接长度对载荷规律的影响,确定了最优的搭接角度和长度,并通过轴压试验对结果进行验证。结果表明:当铺层为[90/0/45/0/90/90/-45/-45/45/0]时,复合材料裙在达到材料强度极限前发生屈曲失稳,满足设计需求;随着搭接角度增大,屈曲载荷逐渐增大,而载荷增量先增大后减小;随着搭接长度的增大,屈曲载荷逐渐增大,但增量呈下降趋势,最终确定最优搭接角度为3°,最优搭接长度为20 mm。含裙复合材料壳体轴压试验最终屈曲载荷为29.77 kN,与仿真结果相差6%,失效位置在复合材料裙裙尖处,与仿真结果一致。

关键词：固体火箭发动机壳体复合材料裙结构设计铺层优化轴压性能