帶約束拉桿方形鋼管混凝土軸壓短柱的承載力計算

采用帶約束拉桿方形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系,利用基于纖維模型法的非線性分析程序?qū)Ъs束拉桿方形鋼管混凝土短柱承載力進(jìn)行數(shù)值計算,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。對帶約束拉桿方形鋼管混凝土偏壓短柱進(jìn)行參數(shù)分析的結(jié)果表明,隨著約束拉桿間距的減少、直徑的增大,偏壓短柱的極限承載力增大;隨著鋼管壁厚的增大,偏壓短柱的n/nu-m/mu曲線往內(nèi)收攏;隨著混凝土強(qiáng)度和鋼材強(qiáng)度的提高,偏壓短柱的n/nu-m/mu曲線向外凸出;雙向偏壓短柱的極限承載力在最大主慣性軸方向達(dá)到最大,在最小主慣性軸方向達(dá)到最小;各參數(shù)對單向偏壓和雙向偏壓短柱的n/nu-m/mu曲線的影響相類似。

采用帶約束拉桿l形鋼管混凝土截面簡化方法,分別以統(tǒng)一理論、極限平衡理論和統(tǒng)一強(qiáng)度理論為基礎(chǔ),并考慮截面長寬比的影響,提出了帶約束拉桿l形鋼管混凝土軸壓短柱承載力計算公式。計算值與試驗值比較表明,以統(tǒng)一理論為基礎(chǔ)的簡化計算方法吻合較好。利用統(tǒng)一理論為基礎(chǔ)的簡化計算方法,對影響帶約束拉桿l形鋼管混凝土軸壓柱受力性能的因素:拉桿縱向間距、拉桿橫向間距、鋼管壁厚和鋼管屈服強(qiáng)度,進(jìn)行正交分析,為工程設(shè)計及應(yīng)用提供參考依據(jù)。

提出帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱軸壓承載力的簡化計算方法。該方法考慮了軸壓下矩形鋼管長邊、短邊豎向強(qiáng)度的不同,同時考慮了約束拉桿和鋼管對核心混凝土的約束作用,且表達(dá)式簡單,方便應(yīng)用。應(yīng)用該方法對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱試件的軸壓承載力進(jìn)行計算,計算結(jié)果與試驗結(jié)果比較表明,兩者吻合良好。

在鋼板中部位置設(shè)置具有約束鋼板外凸變形作用的水平拉桿,是改善異形鋼管混凝土柱力學(xué)性能的有效方法。該文介紹了8個帶約束拉桿l形鋼管混凝土偏壓短柱試件的試驗,結(jié)果表明約束拉桿的設(shè)置延遲鋼管局部屈曲的發(fā)生,有助于l形鋼管混凝土偏壓短柱承載力的提高;偏心受壓下該柱的截面應(yīng)變符合平截面假定。采用帶約束拉桿l形鋼管的管內(nèi)核心混凝土本構(gòu)關(guān)系,利用纖維模型法對試件偏壓極限承載力進(jìn)行數(shù)值計算,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。利用該數(shù)值方法對帶約束拉桿l形鋼管混凝土偏壓短柱進(jìn)行參數(shù)研究,分析了鋼材屈服強(qiáng)度、截面含鋼率、混凝土強(qiáng)度、拉桿約束系數(shù)及荷載角對n/nu-m/mu曲線的影響規(guī)律,在此基礎(chǔ)上提出帶約束拉桿l形鋼管混凝土偏壓短柱雙向壓彎承載力的簡化計算公式。

采用帶約束拉桿方形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系,建立了基于纖維模型法的模擬帶約束拉桿方形鋼管混凝土短柱承載力-變形全過程曲線的非線性分析方法,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。利用經(jīng)試驗驗證的計算程序?qū)Ъs束拉桿方形鋼管混凝土短柱的單向和雙向偏壓延性進(jìn)行較系統(tǒng)的參數(shù)分析,回歸了帶約束拉桿方形鋼管混凝土單向和雙向偏壓延性簡化計算公式,公式的計算精度高,形式簡單。

介紹15個帶約束拉桿方形鋼管混凝土短柱和8個帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱的軸壓試驗結(jié)果,分析鋼管壁厚度、拉桿直徑、拉桿水平間距等參數(shù)對其軸壓性能的影響。試驗研究結(jié)果表明,約束拉桿的設(shè)置有助于延遲鋼管的局部屈曲、提高方形鋼管混凝土短柱的軸壓承載力和延性,提高矩形鋼管混凝土短柱的延性。約束拉桿的作用主要表現(xiàn)為對核心混凝土的約束作用及通過改變鋼管側(cè)壁局部屈曲的邊界條件從而提高鋼管的屈曲強(qiáng)度。同時,在合理考慮拉桿作用的基礎(chǔ)上,應(yīng)用等效側(cè)向壓力的概念和基于混凝土真三軸試驗的破壞準(zhǔn)則確定核心混凝土的峰值強(qiáng)度,提出帶約束拉桿方形、矩形鋼管混凝土短柱軸壓承載力的計算方法,承載力計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。

為了獲得帶單向約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱軸壓承載力實用計算公式,進(jìn)行了試驗和分析.根據(jù)帶拉桿構(gòu)件的核心混凝土約束應(yīng)力分布特點,結(jié)合現(xiàn)有的試驗結(jié)果,提出將矩形截面以約束拉桿為界線劃分為幾個子區(qū)域,并將拉桿視為等效鋼板的方法,采用已有的鋼管混凝土統(tǒng)一理論計算公式計算每個子區(qū)域的軸壓承載力,得出帶單向約束拉桿的矩形鋼管混凝土構(gòu)件軸壓承載力計算公式,修正后的公式中考慮了約束拉桿的影響,拓寬了統(tǒng)一理論計算公式的適用性.采用該公式計算的帶約束拉桿的矩形鋼管混凝土構(gòu)件軸壓承載力與已有的試驗結(jié)果吻合良好.

假定方形鋼管混凝土構(gòu)件的鋼管板件在非載荷邊受到彈性約束,應(yīng)用能量法對鋼管局部屈曲強(qiáng)度計算公式進(jìn)行了推導(dǎo);并利用已有試驗結(jié)果對計算公式的正確性進(jìn)行了驗證。在此基礎(chǔ)上利用該公式對約束拉桿方形鋼管混凝土構(gòu)件在軸壓下的屈曲性能進(jìn)行分析,分析表明約束拉桿能有效提高構(gòu)件鋼管屈曲系數(shù),從而提高鋼管壁抵抗局部屈曲的能力。最后,給出了約束拉桿縱向間距的合理設(shè)置值以及帶約束拉桿方形鋼管混凝土軸壓構(gòu)件的鋼管寬厚比限值。

采用帶約束拉桿矩形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系,利用纖維模型法對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱承載力進(jìn)行了數(shù)值分析,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。利用經(jīng)試驗結(jié)果驗證的計算程序?qū)Ъs束拉桿矩形鋼管混凝土短柱軸壓和單、雙向偏壓承載力進(jìn)行了較系統(tǒng)的參數(shù)分析,回歸出帶約束拉桿矩形鋼管混凝土軸壓和單、雙偏壓承載力簡化計算公式,公式的計算精度高,形式簡單,便于應(yīng)用,可供工程設(shè)計參考。

本文依據(jù)方形鋼管砼柱在軸壓下的工作機(jī)理，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，找出方鋼管約束下，以σｒ／ｆｃｋ為參數(shù)省內(nèi)砼的提高系數(shù)ｋ的表達(dá)式，以及以長細(xì)比λ（＝ｌ／α）為參數(shù)的縱向彎曲系數(shù)的表達(dá)式．依此，對國內(nèi)外４１個試件進(jìn)行了核算，結(jié)果與試驗吻合較好．

為了改善方形鋼管混凝土柱的受力性能,提出了帶約束拉桿方形鋼管混凝土柱這一新穎結(jié)構(gòu)構(gòu)件形式,經(jīng)試驗研究及對其力學(xué)性能進(jìn)行分析研究,設(shè)置水平約束拉桿可以改善方形鋼管混凝土柱的受力性能。這種新型結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的承載能力和抗變形能力,具有廣闊的發(fā)展前景。

帶約束拉桿方形鋼管混凝土柱偏壓性能

介紹了14個帶約束拉桿方形鋼管混凝土單向偏壓柱試件的試驗研究結(jié)果,研究試件在不同的含鋼率、約束拉桿設(shè)置參數(shù)以及偏心率下的力學(xué)性能。研究結(jié)果表明約束拉桿有助提高方形鋼管混凝土偏壓短柱的承載力和延性。同時,利用國內(nèi)現(xiàn)有規(guī)程gjb4142—2000、dbj13—51—2003以及cecs159:2004對試件承載力進(jìn)行計算,規(guī)程計算結(jié)果總體上低估了帶約束拉桿方形鋼管混凝土偏壓試件承載力試驗結(jié)果。采用帶約束拉桿方形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系,利用條帶法對試件承載力進(jìn)行數(shù)值計算,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。利用該數(shù)值方法對帶約束拉桿方形鋼管混凝土偏壓柱進(jìn)行參數(shù)研究,分析約束拉桿約束系數(shù)、鋼材屈服強(qiáng)度、混凝土強(qiáng)度、截面含鋼率以及長細(xì)比等主要參數(shù)對n/nu-m/mu曲線的影響,在此基礎(chǔ)上提出適合帶約束拉桿方形鋼管混凝土偏壓柱承載力簡化計算公式。該簡化公式計算結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果基本吻合,且總體上偏于安全。

帶約束拉桿方形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系——對帶約束拉桿方形鋼管混凝土軸壓構(gòu)件的力學(xué)機(jī)理進(jìn)行分析，借鑒約束混凝土本構(gòu)模型，基于等效側(cè)向壓應(yīng)力的概念，提出適合帶約束拉桿方形鋼管混凝土柱數(shù)值計算的核心混凝土本構(gòu)關(guān)系，并結(jié)合有關(guān)試驗結(jié)果對本構(gòu)關(guān)系中的參數(shù)...

對帶約束拉桿方形鋼管混凝土軸壓構(gòu)件的力學(xué)機(jī)理進(jìn)行分析,借鑒約束混凝土本構(gòu)模型,基于等效側(cè)向壓應(yīng)力的概念,提出適合帶約束拉桿方形鋼管混凝土柱數(shù)值計算的核心混凝土本構(gòu)關(guān)系,并結(jié)合有關(guān)試驗結(jié)果對本構(gòu)關(guān)系中的參數(shù)進(jìn)行確定。應(yīng)用該本構(gòu)關(guān)系對有關(guān)試件進(jìn)行荷載-應(yīng)變關(guān)系全過程計算,計算結(jié)果與試驗結(jié)果比較,兩者吻合良好。

基于帶約束拉桿矩形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系,利用纖維模型法對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱承載力進(jìn)行數(shù)值計算,通過計算結(jié)果與試驗結(jié)果的比較驗證纖維模型法的合理性,同時討論各種因素對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱的單向偏壓和雙向偏壓承載力的影響。帶約束拉桿矩形鋼管混凝土偏壓短柱的參數(shù)分析結(jié)果表明,隨著約束拉桿間距的減少和直徑的增大,偏壓短柱的極限承載力增大;隨著鋼管壁厚的增大,偏壓短柱的軸力/軸壓承載力-抗彎承載力/純彎承載力(n/nu-m/mu)曲線往內(nèi)收攏;隨著混凝土強(qiáng)度和截面高寬比的提高,偏壓短柱的n/nu-m/mu曲線向外凸出;鋼材強(qiáng)度對n/nu-m/mu曲線的影響不明顯;雙向偏壓矩形短柱的極限承載力在最大主慣性軸方向達(dá)到最大,隨著截面高寬比的增大,最小極限承載力的位置從α=45°(方形截面)變化到α=90°(截面最小主慣性軸方向);各參數(shù)對單向偏壓和雙向偏壓短柱的n/nu-m/mu曲線的影響相類似。

采用帶約束拉桿矩形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系,建立了基于纖維模型法的模擬帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱承載力-變形全過程曲線的非線性分析方法。計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。對帶約束拉桿矩形鋼管混凝土偏壓短柱進(jìn)行參數(shù)分析,回歸了帶約束拉桿矩形鋼管混凝土短柱單向和雙向偏壓曲率延性系數(shù)的簡化計算公式。公式的計算精度高,形式簡單。

鋼管混凝土核心短柱承載力目前仍無統(tǒng)一計算方法,針對此問題,文章基于鋼管混凝土核心柱軸壓承載力計算方法與外圍普通鋼筋混凝土體積配箍率有著密切關(guān)系的認(rèn)識,分體積配箍率小于和等于大于臨界配筋率兩種情況建立了該柱軸壓承載力計算公式;當(dāng)外圍混凝土的配箍率小于臨界配箍率時,組合柱的破壞是由外圍混凝土控制,根據(jù)協(xié)同工作原理,通過對鋼管混凝土核心柱各組成部分荷載-變形曲線分析,建立了該柱軸壓承載力計算公式;當(dāng)外圍混凝土的配箍率等于或大于臨界配箍率時,核心柱破壞時鋼管內(nèi)外混凝土都能達(dá)到極限狀態(tài),采用極限平衡法推導(dǎo)該柱軸壓承載力計算公式。理論分析與實驗結(jié)果相吻合,表明了本文方法的正確性。

為研究l形鋼管混凝土柱在軸心受壓荷載作用下的力學(xué)性能和承載力計算方法,建立l形鋼管混凝土柱軸壓下的有限元模型,并將有限元分析結(jié)果與文獻(xiàn)中的試驗結(jié)果進(jìn)行了對比,二者吻合較好。通過對其短柱進(jìn)行有限元模擬,分析了短柱的工作機(jī)理以及材料強(qiáng)度、含鋼率、柱肢長寬比等參數(shù)對其軸壓承載力的影響。研究表明:當(dāng)柱肢的長寬比為2.5左右時,鋼管對混凝土的約束作用最好。基于統(tǒng)一理論,以約束效應(yīng)系數(shù)為參數(shù),提出了l形鋼管混凝土柱軸壓強(qiáng)度承載力計算方法。在有限元模擬的基礎(chǔ)上,分析了長柱的失穩(wěn)方向問題及影響穩(wěn)定系數(shù)的主要因素,提出l形鋼管混凝土柱軸壓穩(wěn)定承載力計算方法,建議的承載力計算方法與有限元分析結(jié)果符合較好。

傳統(tǒng)鋼管混凝土是將混凝土直接灌入鋼管,然后全截面承壓,使得混凝土處于三向受力狀態(tài);但這種結(jié)構(gòu)形式及加載方式就決定其并沒有最大發(fā)揮鋼管的高抗拉性能及混凝土的高抗壓特性。對此,筆者提出一種鋼管約束混凝土受力體系,理論分析證明該體系較傳統(tǒng)構(gòu)件有著更大的承載力。

基于對帶約束拉桿方形鋼管混凝土柱的試驗和理論研究成果,提出帶約束拉桿方形鋼管混凝土柱的設(shè)計方法以及施工要求,供工程設(shè)計和施工人員參考。

鋼管混凝土柱的應(yīng)用及軸壓承載力計算——簡單介紹了鋼管混凝土柱的分類、特點、基本原理及其在工程中的應(yīng)用，歸納了鋼管混凝土柱軸壓承栽力計算的各種方法，并把理論與試驗結(jié)果進(jìn)行比較。