拉杆L形钢管混凝土轴压短柱承载力分析

cfrp-钢管混凝土轴压短柱承载力分析 笫23卷第1期vo1.23no.1 2006年1月jan.2006 工程 eng眦ering 力学 mechanics149 文章编号:1000.4750(2006)01.0149.05 cfrp一钢管混凝土轴压短柱承载力分析 顾威,赵颖华,尚东伟2 (1.大连海事大学交通工程与物流学院,大连116026:2.沈阳市建筑研究院,沈阳 110016) 摘要:对cfrp.钢管混凝土轴压短柱这种新型构件的受力性能进行了理论分析,提 出了此类构件承载力计算的 基本假定;采用极限平衡法,推导出钢管屈服时构件承载力和碳纤维片拉断时构件 极限承载力的解析计算式;对 8根cfrp-钢管混凝土轴压短柱和4根钢管混凝土柱的极限承载力进行试验研究, 并将解析分析结果与实验数据 比较,证明了提出的解析计算式的正确性

在试验的基础上,分析了带约束拉杆l形钢管混凝土短柱的受力机理,将带约束拉杆l形钢管混凝土短柱划分成一个方形和两个带约束拉杆的矩形钢管混凝土短柱,提出了轴压下带约束拉杆l形钢管混凝土短柱的承载力计算公式,并结合试验数据确定了计算公式中的参数。用建议计算公式对有关试件进行计算,计算结果与试验结果吻合良好。

由于异形钢管混凝土特殊的优点(经济美观,施工方便,承载力强、延性与韧性好)和应用的广泛(高层建筑和桥梁等一些承重结构),但是目前主要是对异形钢管混凝土柱工作机理和力学性能方面的研究,以及约束拉杆、隔板、劲肋等对异形钢管混凝土柱承载力及稳定性的影响,对t形钢管混凝土的轴压承载力计算方法还是研究的比较少的.本文主要是对t形钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法的归纳总结,通过试验数据来分析文献中提出的异形钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式的准确性.

异形钢管混凝土短柱轴压承载力的计算分析

提出带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱轴压承载力的简化计算方法。该方法考虑了轴压下矩形钢管长边、短边竖向强度的不同,同时考虑了约束拉杆和钢管对核心混凝土的约束作用,且表达式简单,方便应用。应用该方法对带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱试件的轴压承载力进行计算,计算结果与试验结果比较表明,两者吻合良好。

在现有一般方形钢管混凝土轴压短柱承载力的主要计算方法的基础上,利用前期对在带约束拉杆方形钢管混凝土的本构关系的研究基础上推导出的带约束拉杆方形钢管混凝土轴压短柱的承载力计算公式,结合实际工程应用的需要进行简化。分别应用该公式、ec4(1996)规范及我国军用标准gjb(2000)的相关公式对带约束拉杆和不带约束拉杆的方形钢管混凝土轴压短柱试件极限承载力进行计算。计算值与试验值对比表明:对一般方形钢管混凝土轴压短柱试件,三者计算结果比较接近,均能较好反映试件的真实承载力;对设置了约束拉杆的试件,该公式由于考虑了拉杆的约束作用,给出的计算结果更为合理,ec4(1996)及gjb(2000)给出结果的均值与试验值接近,但离散性偏大。

带约束拉杆方形钢管混凝土轴压短柱的承载力计算(精)

介绍15个带约束拉杆方形钢管混凝土短柱和8个带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱的轴压试验结果,分析钢管壁厚度、拉杆直径、拉杆水平间距等参数对其轴压性能的影响。试验研究结果表明,约束拉杆的设置有助于延迟钢管的局部屈曲、提高方形钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性,提高矩形钢管混凝土短柱的延性。约束拉杆的作用主要表现为对核心混凝土的约束作用及通过改变钢管侧壁局部屈曲的边界条件从而提高钢管的屈曲强度。同时,在合理考虑拉杆作用的基础上,应用等效侧向压力的概念和基于混凝土真三轴试验的破坏准则确定核心混凝土的峰值强度,提出带约束拉杆方形、矩形钢管混凝土短柱轴压承载力的计算方法,承载力计算结果与试验结果吻合良好。

提出一种矩形钢管混凝土短柱轴压承载力计算的新方法。与已有的计算方法不同之处在于,所提出的方法考虑了矩形钢管截面长边、短边对核心混凝土约束作用大小不同的特点,应用基于混凝土真三轴受力试验的破坏准则确定管内核心混凝土的峰值强度;同时,考虑矩形钢管截面长边、短边的竖向强度的差异,分别计算矩形钢管长、短边的竖向强度。应用新方法对56根矩形钢管混凝土柱试件的轴压承载力进行计算,计算结果与试验结果比较表明,两者吻合良好。

采用带约束拉杆方形钢管混凝土的本构关系,利用基于纤维模型法的非线性分析程序对带约束拉杆方形钢管混凝土短柱承载力进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。对带约束拉杆方形钢管混凝土偏压短柱进行参数分析的结果表明,随着约束拉杆间距的减少、直径的增大,偏压短柱的极限承载力增大;随着钢管壁厚的增大,偏压短柱的n/nu-m/mu曲线往内收拢;随着混凝土强度和钢材强度的提高,偏压短柱的n/nu-m/mu曲线向外凸出;双向偏压短柱的极限承载力在最大主惯性轴方向达到最大,在最小主惯性轴方向达到最小;各参数对单向偏压和双向偏压短柱的n/nu-m/mu曲线的影响相类似。

为研究l形钢管混凝土柱在轴心受压荷载作用下的力学性能和承载力计算方法,建立l形钢管混凝土柱轴压下的有限元模型,并将有限元分析结果与文献中的试验结果进行了对比,二者吻合较好。通过对其短柱进行有限元模拟,分析了短柱的工作机理以及材料强度、含钢率、柱肢长宽比等参数对其轴压承载力的影响。研究表明:当柱肢的长宽比为2.5左右时,钢管对混凝土的约束作用最好。基于统一理论,以约束效应系数为参数,提出了l形钢管混凝土柱轴压强度承载力计算方法。在有限元模拟的基础上,分析了长柱的失稳方向问题及影响稳定系数的主要因素,提出l形钢管混凝土柱轴压稳定承载力计算方法,建议的承载力计算方法与有限元分析结果符合较好。

在4种无初应力的哑铃型钢管混凝土柱极限承载力计算方法的基础上,引入考虑初应力影响的折减系数,得到了考虑初应力影响的哑铃型钢管混凝土短柱轴压极限承载力的计算公式;通过合理地考虑中间主应力和材料拉压比对哑铃型钢管混凝土短柱轴压极限承载力的影响,提出了一种新的基于双剪统一强度理论的计算方法。将各种计算方法的计算值与试验值进行比较,验证了本文计算公式的合理性,并分析了各种方法的基本特点,可供工程应用参考。

为检验型钢-钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式的可靠性,根据gb50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》,采用monte-carlo模拟法对组合柱轴压承载力计算公式进行可靠度分析,研究了可变荷载类型、荷载效应比、混凝土强度等级、套箍系数及配骨指标对组合柱轴压承载力可靠度指标的影响。分析结果表明:在所研究的参数范围内,型钢-钢管混凝土短柱轴压承载力可靠度指标随可变荷载组合类型的变化而变化,随混凝土强度等级的提高和钢管壁厚的减小而增大,配骨指标对组合柱轴压承载力可靠度指标的影响不明显,随荷载效应比的增大可靠度指标呈先增加后降低的趋势;除个别公式外,各计算公式基本满足统一标准对延性构件可靠度指标的要求。

钢管约束混凝土轴压短柱承载力的研究——传统钢管混凝土是将混凝土直接灌入钢管，然后全截面承压，使得混凝土处于三向受力状态；但这种结构形式及加栽方式就决定其并没有最大发挥钢管的高抗拉性能及混凝土的高抗压特性。对此，笔者提出一种钢管约束混凝土受力体...

型钢_钢管混凝土短柱轴压承载力可靠度分析

传统钢管混凝土是将混凝土直接灌入钢管,然后全截面承压,使得混凝土处于三向受力状态;但这种结构形式及加载方式就决定其并没有最大发挥钢管的高抗拉性能及混凝土的高抗压特性。对此,笔者提出一种钢管约束混凝土受力体系,理论分析证明该体系较传统构件有着更大的承载力。

基于假定的合理的钢管混凝土核心短柱各部分材料本构模型,依据力的平衡和变形协调两个条件,建立了组合柱轴压承载力分析力学模型;据此分析了位置系数、钢管含钢率、配箍特征值及混凝土强度等参数对其柱轴压承载力提高百分率的影响,并建议了较为经济的组合柱参数范围,其结论可为工程应用提供依据。

方钢管混凝土轴压短柱承载力影响因素分析——在确定钢材的本构关系和核心混凝土的本构关系的基础上，采用大型通用有限元分析程序abaqus建立了轴压荷载下方钢管混凝土柱的三维非线性有限元分析模型，分析了构件的荷载一变形关系；通过算例分析了钢材强度、混凝土...

圆钢管混凝土是圆钢管内填充混凝土后形成的一种组合截面构件,在工程结构中已经得到了广泛的应用。本文借助有限元分析软件ansys,考虑两种材料本构关系的非线性建立了组合截面短柱在轴压作用下的非线性有限元模型。并通过数值算例采用剥离分析的方法,得到了轴压作用下处于复杂应力场的极限承载力,以及钢材和核心混凝土轴力分配与纵向应变的关系曲线,与试验结果对比相吻合。

在确定钢材的本构关系和核心混凝土的本构关系的基础上,采用大型通用有限元分析程序abaqus建立了轴压荷载下方钢管混凝土柱的三维非线性有限元分析模型,分析了构件的荷载-变形关系;通过算例分析了钢材强度、混凝土强度、宽厚比和套箍系数对方钢管混凝土轴压短柱荷载-变形关系曲线的影响。分析结果表明:混凝土强度等级对构件的荷载-变形曲线的形状影响不大,但随着混凝土强度的提高,构件的承载力有所提高;随着钢材强度的提高,构件承载力也提高。但承载力提高的百分率随着钢材强度的提高而降低。随着宽厚比的减小,构件的承载力提高;套箍系数对构件的承载力有着较大的影响,改变套箍系数会影响构件的荷载-变形关系曲线的形状。

单肢钢管混凝土轴压短柱的稳定承载力研究——通过建立有限元ansys模型，与大量实验数据相对比，研究不同影响因素对其极限承载力影响的变化规律，并最终推导单肢钢管混凝土轴压短柱稳定承载力计算公式，以期为钢管混凝土结构工程设计提供指导。　　

钢管混凝土核心短柱承载力目前仍无统一计算方法,针对此问题,文章基于钢管混凝土核心柱轴压承载力计算方法与外围普通钢筋混凝土体积配箍率有着密切关系的认识,分体积配箍率小于和等于大于临界配筋率两种情况建立了该柱轴压承载力计算公式;当外围混凝土的配箍率小于临界配箍率时,组合柱的破坏是由外围混凝土控制,根据协同工作原理,通过对钢管混凝土核心柱各组成部分荷载-变形曲线分析,建立了该柱轴压承载力计算公式;当外围混凝土的配箍率等于或大于临界配箍率时,核心柱破坏时钢管内外混凝土都能达到极限状态,采用极限平衡法推导该柱轴压承载力计算公式。理论分析与实验结果相吻合,表明了本文方法的正确性。