钢管高强混凝土柱轴向受压承载力试验研究_王力尚

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钢管约束型钢混凝土柱火作用下受力性能分析

钢管约束型钢混凝土柱火作用下受力性能分析
王尚;王卫永;刘界鹏
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】2017(032)001
【摘要】为了得到火作用下钢管约束型钢混凝土柱的抗火性能,采用有限元软件ABAQUS建立钢管约束型钢混凝土柱有限元模型、分析ISO-834标准升温条件下构件的温度场分布和耐火极限.研究截面尺寸、荷载比、长细比等因素对构件耐火极限的影响规律.采用试验数据对分析结果进行验证,吻合较好.
【总页数】5页(P100-104)
【作者】王尚;王卫永;刘界鹏
【作者单位】重庆大学土木工程学院,重庆400045;重庆大学土木工程学院,重庆400045;重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室,重庆400045;重庆大学土木工程学院,重庆400045;重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室,重庆400045
【正文语种】中文
【相关文献】
1.高温下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能 [J], 王卫永;宋柯岩;刘界鹏
2.带约束拉杆L形钢管混凝土轴压柱受力性能分析 [J], 谭良斌;刘忠;朱勇杰;杨哲光;朱智俊
3.真实火作用下圆钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能 [J], 刘发起;吉力阿木;杨冬冬;杨华
4.横向撞击荷载作用下中空夹层钢管混凝土构件的受力性能分析 [J], 史艳莉;何佳星;鲜威;王蕊
5.相对两面受火的方钢管约束型钢混凝土柱抗火性能 [J], 张玉琢; 刘雨杰; 吕学涛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

钢管混凝土中长柱轴压力学性能试验研究

钢管混凝土中长柱轴压力学性能试验研究发布时间：2022-07-14T07:19:30.747Z 来源：《城镇建设》2022年5卷第3月第5期作者：纪建军[导读] 本文对一组钢管混凝土(CFST)中长柱的轴压力学性能开展试验研究，得到试件的加载过程、破坏形态纪建军广州大学土木工程学院，广东省广州市 510006摘要：本文对一组钢管混凝土(CFST)中长柱的轴压力学性能开展试验研究，得到试件的加载过程、破坏形态、应变发展过程和轴力-柱中纵向应变曲线。

研究结果表明：钢管混凝土中长柱在轴压荷载作用下发生整体弯曲破坏，试件中部出现明显的受压区和受拉区，且由于钢材和核心混凝土的相互作用，钢材和混凝土的力学性能得到充分发挥。

关键词：钢管混凝土；中长柱；轴压性能；试验研究 Abstract: This paper presented an experimental study of medium-long concrete-filled steel tube (CFST) columns under axial compressive loading. The loading process, failure mode, strain development process and axial force-longitudinal strain curve in the middle height of column were obtained and analyzed. The results show that the CFST column presents global bending failure. A compression zone and a tension zone are observed at the middle of the specimen. Due to the interaction between steel and core concrete, the mechanical properties of steel and concrete are fully utilized. Key words: Concrete-filled steel tube; Medium long column; Axial compressive performance; Experimental study 钢管混凝土(Concrete-Filled Steel Tubular CFST)柱因具有良好的抗震性能、抗火性能和方便施工等特点，已被广泛应用于高层建筑和大跨桥梁结构中。

钢管混凝土柱开孔后抗压性能研究

武汉大学硕士学位论文钢管混凝土柱开孔后抗压性能研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：卢亦焱;王洪滨20040401摘要钢管混凝土柱是一种性能优异的结构构件，与钢筋混凝土柱及钢柱相比，这种构件是具有承载力高、变形性能好以及抗震性能优越、节省材料和施工简便等众多优点。

在钢管混凝土结构的节点是整个结构的重要环节，节点合理与否直接关系到结构的整体性和可靠性，而且节点对钢管混凝土柱抗压性能的影响是不可忽略的。

因此对钢管混凝土柱开孔后抗压性能的研究具有重要的理论意义和社会意义。

本文结合深圳某实际工程，对ＲＣ梁钢筋穿过钢管混凝土柱承载力进行了试验研究和理论分析，并在此基础上应用大型有限元软件对其进行了数值模拟分析，主要内容包括：１．利用大型有限元软件ＡＢＡＱＵＳ对钢管混凝土管壁开孔轴压进行模拟计算分析，观察柱破坏形态、主要位置的应力应变情况。

２．ＲＣ梁钢筋穿过混凝土柱承载力影响试验研究。

通过试验研究穿孔后柱工作性能和破坏形态，测定管柱开孔后钢管混凝土柱的承载力和不开孔时的对比，确定加强环和加强肋的效果。

３．通过模拟分析和试验研究提出适合于工程实际的钢筋穿过钢管混凝土柱的构造计算要求，以供工程参考。

通过对钢管混凝土柱承载力试验研究可知，管壁开孑Ｌ后加强环和加强肋，对管柱的承载力影响不大，破坏都在试件端部和靠加强环处的钢管局部鼓曲。

通过对钢管混凝土管壁开孔轴压进行数值模拟分析可知，在柱端部和靠加强环处有应力集中现象，柱达到破坏荷载时管壁钢材均屈服，而加强肋依然处于弹性，这与试验现象一致。

有限元计算结果与承载力试验值及理论计算结果基本吻合，进一步验证了试验结果与理论分析的正确性。

关键词：钢管混凝土柱节点开孔试验有限元分析ＡｂｓｔｒａｃｔＢｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍｅｍｂｅｒｓｏｆｐｏｓｓｅｓｓｉｎｇｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ，ｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒｃｏｌｕｍｎｓｇｅｔｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｖｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｓａｎｄｓｔｅｅｌｃｏｌｕｍｎｓ．Ｓｕｃｈａｓｈａｖｉｎｇｇｒｅａｔｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ、ｇｏｏｄｄｅｆｏｒｍｉｎｇａｎｄｅａｒｔｈｑｕａｋｅ—ｒｅｓｉｓｔａｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ、ｓａｖｉｎｇｉｎｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｅａｓｙ．Ｔｈｅｊｏｉｎｔｓａｒｅｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒｃｏｌｕｍｎｓ，ｔｈｅｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｅｎｔｉｒｅｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｙａｌｓｏｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｒｅｓｉｓｔｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒｃｏｌｕｍｎｓ，Ｓｏｉｔ’Ｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒｃｏｌｕｍｎｓｂｙｏｐｅｎｉｎｇｐｏｒｅ．ＢａｓｅｄｏｎｃｅｒｔａｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎＳｈｅｎｚｈｅｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｌｕｍｎｓｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｅｓ，ａｎｄａｌｓｏｍａｄｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｅｓｏｆｔｈｅｃｏｌｕｍｎｓｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅＴｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｅｎｔｓａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ：１．Ｔｈｅｐａｐｅｒｍａｄｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｅｓｏｆｔｈｅｃｏｌｕｍｎｓｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｔｔｗａｒｅ－－ＡＢＡＱＵＳｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｌｕｍｎｓ’ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎａｎｄｆａｉｌｕｒｅｉｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．２．Ｔｈｅａｕｔｈｏｒｍａｄｅａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎｔｈｅｃｏｌｕｎｍｓ．Ｆｒｏｍｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｗｅｃｏｕｌｄｓｔｕｄｙｓｅｒｖｉｃｅｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄｆａｉｌｕｒｅｓｔａｔｅｏｆｔｈｅｃｏｌｕｍｎｓ，ａｎｄｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｒｉｎｇｓａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｒｉｂｓｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｊｏｉｎｔｓａｎｄｗｉｔｈｏｕｔｊｏｉｎｔｓ．３．Ｂｙｍａｋｉｎｇｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｅｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｖｉｄｅｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｗｉｔｈａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｍｅａｎｓａｂｏｕｔｄｅｓｉｇｎｉｎｇｔｈｅｃｏｈｍｍｓ．Ｉｔａｌｓｏｐｒｏｖｉｄｅｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｆｒｏｍｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ’ｒｅｓｕｌｔｓ，ｗｅｃａｎｓｅｅｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｒｉｎｇｓａｎｄｔｈｅＯＣＣｕｒＳｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｒｉｂｓｄｏｎｏｔｈｉｎｇｔｏｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｌｕｍｎｓ．Ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅａｌｌａｔｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｅｃｏｌｕｍｎｓａｎｄｓｔｅｅｌｐｉｐｅｂｕｃｋｌｅｓｐａｒｔｉａｌｌｙｎｅａｒｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｒｉｎｇｓ。

装配式核心钢管混凝土柱轴压性能及受力机理

第50卷第12期2019年12月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.50No.12Dec.2019装配式核心钢管混凝土柱轴压性能及受力机理刘阳1,2，王超1，郭子雄1,2，王品治1，许一鹏1(1.华侨大学土木工程学院，福建厦门，361021；2.华侨大学福建省结构工程与防灾重点实验室，福建厦门，361021)摘要：提出一种装配式核心钢管混凝土(PCSTRC)柱建造技术，实现混合框架结构的柱-柱快速拼装，并完成4个足尺框架柱试件的单向轴压试验，包含1个整浇RC 柱、1个整浇核心钢管混凝土(CSTRC)柱和2个PCSTRC 柱试件。

最后，在受力分析的基础上，提出PCSTRC 柱的轴向荷载-变形曲线理论模型。

研究结果表明：整浇CSTRC 柱轴压承载力和极限变形相对整浇RC 柱分别提高27.6%和25.6%。

PCSTRC 柱承载力高于整浇RC 柱且随核心钢管配钢率增加而增加，最大提高21.7%；PCSTRC 柱的极限变形比整浇RC 柱最大提高了29.2%，但轴压刚度略低于整浇试件；在相同核心钢管配钢率下，PCSTRC 柱轴压承载力比整浇CSTRC 柱降低15.7%，极限轴向变形基本相同；PCSTRC 柱整个轴压受力过程分为弹性、塑性发展和承载力衰减3个阶段；弹性和塑性发展阶段可忽略套管约束作用，按照普通CSTRC 柱进行设计；承载力衰减阶段应考虑套管对核心钢管混凝土部分的附加约束作用进行残余承载力计算。

关键词：装配式结构；核心钢管混凝土柱；轴压性能；试验研究；受力机理中图分类号：TU398文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2019）12-3127-10Axial compression performance and load bearing mechanism ofprefabricated core steel tube reinforced concrete columnsLIU Yang 1,2,WANG Chao 1,GUO Zixiong 1,2,WANG Pinzhi 1,XU Yipeng 1(1.College of Civil Engineering Huaqiao University,Xiamen 361021,China;2.Key Laboratory for Structural Engineering and Disaster Prevention of Fujian Province,Huaqiao University,Xiamen 361021,China)Abstract:A prefabricated core steel tube reinforced concrete (PCSTRC)column was proposed to achieve rapid assembly for columns of hybrid frame structures.Four full-scaled specimens,including one monolithic RC column,one monolithic core steel tube reinforced concrete (CSTRC)column and two PCSTRC columns,were tested under monotonic axial compression.A theoretical model between the axial compression load and deformation response of PCSTRC columns was finally proposed based on the analysis of the axial load bearingDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2019.12.022收稿日期：2019−03−01；修回日期：2019−05−20基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51878304；51578254)；福建省科技重大专项基金资助项目(2019HZ07011)；福建省自然科学基金资助项目(2018J01074)(Projects(51878304；51578254)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(2019HZ07011)supported by the Science and Technology Major Program of Fujian Province;Project(2018J01074)supported by the Natural Science Foundation of Fujian Province)通信作者：刘阳，博士，教授，从事钢-混凝土组合结构研究；E-mail ：*****************.cn第50卷中南大学学报(自然科学版)mechanism.The research results show that the axial compression capacity and the ultimate axial deformation capacity of the monolithic CSTRC column increase by27.6%and25.6%,respectively,compared with those of the monolithic RC column.The axial compression capacity of the prefabricated columns is higher than that of the monolithic RC column and increases with the increase of steel ratio of the core steel pared with the RC column,the maximum increase ratio of the axial compression capacity of the PCSTRC columns is21.7%.The maximum ultimate axial deformation capacity of the PCSTRC columns is29.2%higher than that of the RC column,while the axial stiffness of PCSTRC columns is slightly lower.The axial compression capacity of the PCSTRC column decreases by15.7%compared with the monolithic CSTRC column with the same steel ratio of core steel tube,while the ultimate axial deformation capacity of both columns is almost the same.There are three phases during the whole monotonic axial loading process,which are the elastic phase,plastic deformation developing phase and degradation phase.The confinement of the splicing steel tube to the core steel tube could be neglected during the first two phases and the PCSTRC columns can be designed following the ordinary CSTRC columns.However,this confinement has to be considered into calculation the residual load carrying capacity at the third phase.Key words:prefabricated structures;core steel tube reinforced concrete;axial compression performance; experimental study;loading bearing mechanism在RC柱截面核心处设置小截面圆钢管并根据工程需要填充不同强度的混凝土，形成的核心钢管混凝土(core steel tube reinforced concrete column，CSTRC)柱是一种性能优良、相对经济合理的组合构件形式[1]。

钢管混凝土轴压柱受力力学性能研究

规律。并在此基础上，出了该类构件在工程实践中的建议，提以供工程设计人员参考。
试验测量数据主要有：管纵向应变、钢荷载值等。
由试验得到的钢管和混凝土材料材性试验结果见表２表３，。
表２钢管力学性能
材料名称
钢管
１试验概况
本试验的试验因子数为１：个混凝士强度等级，钢管等级只能通过理论分析得出。混凝土采用００和Ｃ０混凝土，３５级钢管采
类构件在实际工程中的应用提出了合理的建议。
关键词：钢管混凝土，压短柱，验研究，响规律圆轴试影
中图分类号：３３１ＴＵ２．
文献标识码：Ａ
０引言
钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，即钢管对混凝土的约束作用使？凝土处于复杂的应力状昆态之下，混凝土的强度得以提高。同时，使由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，以保证其材料性能的充分发可挥。所以钢管混凝土的极限承载力会大于单个的钢管和混凝土极限承载力之和，本文主要对圆钢管混凝土柱做受力分析和试验研究… 。主要研究对象为钢管ｔ昆凝土并对比素？土和钢管受昆凝
用Ｑ３２５钢材，外径为１０ｎｎ，６１１长径比分别为４５和３９。根据．９．６
以往的试验，件的长径比在４附近的试验效果比较好，构长径比
太小则端部效应明显，长径比太大则构件容易失稳破坏［ｌ２。

钢管高强混凝土柱轴向受压承载力试验研究_王力尚

ST CC-20 217.34 ×2.96 ×876 4 1 993 373 35 088 80 67.36 0.31 0.27 3 453
ST CC-21 219×3.8 ×876 4 2 568 325 35 082 66 53.86 0.44 0.45 3 073
ST CC-22 219×3.8 ×876 4 2 568 325 35 082 80 67.36 0.35 0.34 3 602
图 1 试验装置简图
试件的基本数据及轴向受压承载力试验值表 1
试件编号
D ×t × L (mm)
L As
f
t y
Ac
f cu
f
t c
D (mm2)(M Pa) (mm2) (MPa) (M Pa)
θt
θk
N
t 0
(kN )
STCC-1 114.3 ×2.56 ×456 4 898 329 9 357 66 53.86 0.59 0.59 926
confinement index
钢管高强混凝土柱有许多优点 , 已用于我国三十
多幢高层建筑。钢管高强混凝土柱的轴向受压承载力
是其基本受力性能 , 国内外对此已有一定的研究[ 1-4] , 国内有关规程[ 5, 6] 也有计算公式。下面给出了 22 根钢
管高强混凝土柱和 3 根空钢管柱的轴向受压全过程试验研究情况 , 结合已有的研究成果 , 提出了钢管高强混
STCC-8 164.5 ×2.34 ×660 4 1 191 315 20 051 80 STCC-9 164.5 ×2.34 ×990 6 1 191 315 20 051 66
67.36 0.28 0.28 1 984 53.86 0.35 0.36 1 681

钢管超高强混凝土力学性能的研究

约为极限荷载的 1Π10 ,持荷时间 1 min. 实验数据是由计算机通过 7V 13 数据采集器以 4 次Πs
的频率自动采集. 试件是在重庆建筑大学结构实验室的 500 t 压力机上进行实验的.
表 1 钢管超高强混凝土试件一览表
试件
D ×t ×L
f sΠMPa f cΠMPa 含钢率 ρΠ% f sρ
还可以看出密封养护圆柱体混凝土试块在与钢管混凝土相同的加载制度下测得的强度为8417mpa与标养的立方体试块强度比值为84171160173高于蔡绍怀提出的0167可见超高强混凝土经钢管约束后强度大为提高其提高的幅度与含钢率的乘积基本上成线性关系见图mm的试件a1核心混的强度也提高了15左右含钢率最高的试件a5核心混凝土的强度提高了160尽管超高强混凝土在其极限荷载的90左右横向变形才急剧增大钢管仍能对其产生良好的约束增强作用
由表 1 可见 ,超高强混凝土经钢管约束后 ,强度大为提高 ,其提高的幅度与含钢率 ρ和钢材强度f s 的乘积基本上成线性关系 (见图 6) ,即使是钢管壁厚只有 1 mm 的试件 (A1) ,核心混凝
图 5 钢管超高强混凝土的 N - ε曲线图 6 核心混凝土的强度增长Δf c 与 f sρ间的关系
第 29 卷第 4 期 1999 年 7 月
东南大学学报 JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY
Vol129 No14 J uly 1999
钢管超高强混凝土力学性能的研究
谭克锋蒲心诚
(西南工学院材料系 , 四川绵阳 621002) (重庆建筑大学材料系 , 重庆 400045)
2 188
1. 030
4715
A5 - 1 127 ×7 ×445

钢管（高强）混凝土轴压稳定承载力研究

钢管（高强）混凝土轴压稳定承载力研究
韩林海
【期刊名称】《哈尔滨建筑大学学报》
【年(卷),期】1998(031)003
【摘要】采用考虑构件具有千分之一杆长的初挠度，利用对偏压构件承载力的计算方法分析钢管（高强）混凝土轴心受压构件的稳定承载力，推导了稳定系数的计算公式，理论分析结果与试验结果吻合良好。

【总页数】6页(P23-28)
【作者】韩林海
【作者单位】哈尔滨建筑大学金属结构研究室
【正文语种】中文
【中图分类】TU370.2
【相关文献】
1.单肢钢管混凝土轴压中长柱的稳定承载力分析 [J], 黄加平;全国兴;黄雪开
2.内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱极限承载力研究 [J], 葛清蕴;厉彩梅;杨富莲
3.徐变对空心钢管混凝土轴压稳定承载力的影响 [J], 王洪欣;查晓雄
4.预制钢管超高强石渣混凝土叠合柱的轴压特性研究 [J], 陈国灿;赖庆先;田跃平;杨智硕
5.钢骨-方钢管混凝土轴压柱稳定承载力分析 [J], 朱美春;潘进芬;王清湘
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钢管高强混凝土剪力墙轴心受压试验分析

钢管高强混凝土剪力墙轴心受压试验分析发表时间：2016-10-25T10:03:04.837Z 来源：《低碳地产》2016年12期作者：袁历渊[导读] 【摘要】钢管高强混凝土在建筑工程中的作用越来越大了，它是工业发展的产物。

在对钢管高强混凝土剪力墙轴心受压的试验分析中不难发现它能够与其他混凝土一起使用，其轴心受压承载力比一般的混凝土剪力墙轴心受压承载力强。

影响钢管高强混凝土剪力墙轴心受承载力的因素有钢管混凝土的强度、钢管混凝土的净含量、钢筋的配筋率和混凝土的高厚比。

广东省第四建筑工程有限公司广东广州 510000【摘要】钢管高强混凝土在建筑工程中的作用越来越大了，它是工业发展的产物。

影响钢管高强混凝土剪力墙轴心受承载力的因素有钢管混凝土的强度、钢管混凝土的净含量、钢筋的配筋率和混凝土的高厚比。

【关键词】钢管高强混凝土；剪力墙轴心；受压试验钢管高强混凝土剪力墙轴心受压试验分析的内容主要是分析其破坏形态、混凝土强度和钢管高强混凝土剪力墙轴心的受压性能，并研究了钢管高强混凝土相对于其他混凝土所拥有的优势。

试验结果表明钢管高强混凝土剪力墙的受压承受力比一般的混凝土的大，它的承受力是钢管钢筋混凝土承受力与钢管高强混凝土承受力之和。

一、钢管高强混凝土剪力墙轴心受压试验分析的目的第一，是为了检测钢管高强混凝土剪力墙轴心的受压承载力。

第二，是为了研究管高强混凝土剪力墙轴心受承载力的影响因素。

高强混凝土剪力墙轴心受承载力的影响因素主要有钢管混凝土的强度、钢管混凝土的净含量、钢筋的配筋率、混凝土的高厚比等因素。

第三，是为找出钢管高强混凝土剪力墙的优势。

二、钢管高强混凝土剪力墙轴心受压的试验分析所有的测试都采用单调加载的方法进行测试，本文的压力控制器采用的是长柱压力试验机的微机操作系统，利用控制压力和改变压力位置的形式来测试钢管高强混凝土剪力墙轴心受压的承受力，文章是以最低荷载为1000kN的钢管高强混凝土剪力墙轴心为试体。

高强钢筋约束混凝土柱轴压试验研究

Research on axial compression test of high strength reinforced confined concrete column
WANG Keqin『 ,ZUO Gong 1 ,LIU Juncan2 ,WANG Zhenbo2 (1. School of Architecture and Engineering, Suqian College, Suqian 223800,China；2. School of Civil Engineering,Nanjing
1试验概况
1.1试件设计
试验选用总共8根改变混凝土强度、箍筋强度、箍筋形
式和配箍率的轴压柱。所有试件均为矩形截面、配筋均采用
对称配筋、纵筋均采用直径为14 mm的HRB600钢筋、尺寸
均为200 mm X 200 mm X750 mmo普通箍筋采用双肢箍筋,
螺旋箍筋采用方形螺旋箍筋的形式，复合箍筋采用菱形箍
Key words: high strength steel bars； hoops； axial compression
test ； mechanical properties
o前言
影响钢筋混凝柱承载力和延性的因素主要有混凝土强度、箍筋强度、箍筋配筋率等因素，国内外学者开展了采用不同类型钢筋作为箍筋的混凝土柱轴心抗压力学性能,上述研究结果表明:①合理地配置高强箍筋能够有效提高高强混凝
土的延性,密配高强箍筋是提高高强混凝土柱轴压比限值的有效方法;②同配制普通约束箍筋的混凝土柱相比,配置高强约束箍筋的混凝土柱骨架曲线的上升段变化不大，但下降段有较大变化;③提高箍筋强度不如提高配箍率对构件的延性影响大，箍筋等强代换时不能无限制地提高强度，应保证足够的配箍率。基于上述原因，本文主要研究了采用600 MPa级超高强钢筋替代HRB400普通箍筋的混凝土柱轴心受压性能,为配制600 MPa级高强钢筋推广应用提供科学依据。

耐候钢管混凝土柱局部轴向受压性能试验研究

2021年1月第1期（总268)铁道工程学报J O U R N A L O F R A IL W A Y E N G IN E E R IN G S O C IE T YJan2021N O.l(S e r.268)文章编号：l〇〇6 -2106(2021)01 -0076 -08耐候钢管混凝土柱局部轴向受压性能试验研究#曾在平^王秀丽1冯竹君1杨宏2申亮2李杰2胡志明3(1.兰州理工大学，兰州730050; 2.中铁二十局集团市政工程有限公司，兰州730030; 3.甘肃建筑职业技术学院，兰州730050)摘要:研究目的:免涂耐候钢在桥梁中的应用越来越广泛，耐候钢管混凝土桥墩通常出现局部受压荷载工况。

为研究矩形耐候钢管混凝土柱轴向局部受压特性，本文结合3根耐候钢管混凝土柱局部轴压试验，采用ABAQUS有限元软件进行模拟计算，结合试验和有限元方法分析局压面积比、含钢率、混凝土强度、钢管强度等参数对局压耐候钢管混凝土柱力学性能的影响。

研究结论：（1)当含钢率小于〇. 14时,随着钢管厚度的增加，套箍效应对局压承载能力、刚度有很大的提高,当含钢率大于0.14时，继续增加钢管厚度对提高局压承载能力效果不明显，随着钢管厚度的增加,钢管混凝土界面的纵向剪力传递长度变长;（2)对参数进行回归分析发现:局压面积比V、核心混凝土强度、含钢率是影响局压承载力的重要参数，钢材强度对局压承载能力影响较小；（3)提出了耐候钢管混凝土柱局压承载力简化计算公式;(4)本研究成果可为高架桥梁耐候钢管混凝土桥墩设计与应用提供技术支撑。

关键词:耐候钢;局压面积比;局部受压承载力中图分类号:TU398 文献标识码:AExperimental Research on the Local Axial Compression Performance of Concrete Filled Weathering Steel Tubular Stub ColumnsZENG Zaiping', WANG Xiuli1,FENG Zhujun1, YANG Hong2 ,SHENG Liang2 ,LI Jie2 ,HU Zhiming1(1. Lanzhou University of Technology, Lanzhou, Gansu 730050, China；2. China Railway Construction 20th Group Municipal Engineering Co. Ltd, Lanzhou, Gansu 730030, China；3. Gansu Vocational College of Architecture, Lanzhou, Gansu 730050, China)Abstract：Research purposes：The application of weathering steel without coating in bridge is more and more widely. The weather concrete - filled steel tube pier usually appears local compression load. In order to study the mechanical behavior of concrete - filled rectangular weathering steel tubular stub columns under the local axial compression, this paper carried out 3 concrete - filled weathering steel tubular stub columns experiments. The finite element (ABAQUS) method is used to analyze the concrete -filled weathering steel tubular stub columns. The influence of local compressive area ratio, steel ratio, concrete strength and weathering steel tube strength on axial local compressive performance of concrete - filled rectangular weathering steel tubular stub columns is evaluated by combining the experiment and finite element method.Research conclusions： (1 ) When the steel rate is less than 0. 14, with the increase of the weathering steel tube **收稿日期:2020-07 -01基金项目：国家自然科学基金项目（51778273);甘肃省住房与城乡建设厅建设科技项目（JK2018-17);甘肃省教育厅2020年度高等学校创新基金项目（2020A-235)##作者简介：曾在平，1983年出生，男，副教授。

火灾后高强钢管混凝土柱轴压的参数化分析

收稿日期:20221230基金项目:国家自然科学基金资助项目(52078306);辽宁省教育厅基本科研项目(青年项目)(L J K Q Z 2021165);沈阳市科学技术计划(21-108-9-21)㊂作者简介:王晓初(1967),男,辽宁沈阳人,教授,博士;刘晓(1974),女,辽宁沈阳人,教授,博士㊂第36卷第1期2024年 2月沈阳大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f S h e n y a n g U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e )V o l .36,N o .1F e b.2024文章编号:2095-5456(2024)01-0061-08火灾后高强钢管混凝土柱轴压的参数化分析王晓初,杨玉琪,刘晓,回彦川,崔洧瑄,袁立灏,朱俊,侯东序(沈阳大学建筑工程学院,辽宁沈阳 110044)摘要:为研究不同参数对火灾后高强钢管混凝土柱受轴压时的性能影响,利用A B A Q U S 有限元软件模拟火灾后高强钢管混凝土柱轴压模型,对该构件以钢管屈服强度㊁受火时间㊁混凝土强度为主要参数进行承载力位移曲线分析,并剖析火灾后高强钢管混凝土柱典型曲线㊂结果表明:随着钢管屈服强度和混凝土强度增大,构件极限承载力增大;随着受火时间增加构件极限承载力出现下降趋势;从整体上看,受火时间分别为60㊁90㊁120m i n 时,构件中的混凝土承担主要载荷㊂关键词:高强钢管混凝土;火灾后;参数化分析;轴压;极限承载力中图分类号:T U 398 文献标志码:AP a r a m e t r i c A n a l y s i s o f H i g h -S t r e n gt h C o n c r e t e F i l l e d S t e e l T u b u l a rC o l u m n sU n d e rA x i a l C o m pr e s s i o nA f t e rF i r e WA N G X i a o c h u ,Y A N G Y u q i ,L I U X i a o ,HU IY a n c h u a n ,C U I W e i x u a n ,Y U A N L i h a o ,Z HUJ u n ,H O UD o n gx u (S c h o o l o fA r c h i t e c t u r a l a n dC i v i l E n g i n e e r i n g ,S h e n y a n g U n i v e r s i t y ,S h e n y a n g 110044,C h i n a )A b s t r a c t :T o s t u d y t h ee f f e c t so fd i f f e r e n t p a r a m e t e r so nt h e p e r f o r m a n c eo fh i g h -s t r e n g t h s t e e l t u b ec o n c r e t ec o l u m n su n d e ra x i a l c o m p r e s s i o na f t e raf i r e ,A B A Q U Sf i n i t ee l e m e n t s o f t w a r ew a su s e dt os i m u l a t et h ea x i a lc o m p r e s s i o n m o d e lo fh i g h -s t r e n g t h s t e e lt u b e c o n c r e t e c o l u m n s a f t e r f i r e .T h eb e a r i n g c a p a c i t y -d i s p l a c e m e n t c u r v eo f t h e c o m p o n e n tw a s a n a l y z e d w i t ht h e m a i n p a r a m e t e r so fs t e e l p i p e y i e l ds t r e n g t h ,f i r et i m ea n dc o n c r e t e s t r e n g t h ,a n dt h e t y p i c a l c u r v eo fh i g h -s t r e n g t hc o n c r e t e -f i l l e ds t e e l t u b ec o l u m na f t e r f i r e w a s a n a l y z e d .T h er e s u l t ss h o w e dt h a tw i t ht h e i n c r e a s eo f t h e y i e l ds t r e n gt ho f t h es t e e l p i p ea n dt h es t r e n g t h o ft h ec o n c r e t e ,t h e u l t i m a t e b e a r i n g c a p a c i t y o ft h ec o m po n e n t i n c r e a s e d ,a n d t h e u l t i m a t e b e a r i n g c a p a c i t y o f t h e c o m po n e n t d e c r e a s e dw i t h t h e i n c r e a s e o f t h e f i r e t i m e ,a n do n t h ew h o l e ,t h e c o n c r e t e i n t h e c o m p o n e n t b o r e t h em a i n l o a dw h e n t h e f i r e t i m ew a s 60,90a n d 120m i n ,r e s p e c t i v e l y .K e y w o r d s :h i g hs t r e n g t hc o n c r e t ef i l l e ds t e e lt u b e ;a f t e rf i r e ;p a r a m e t r i ca n a l y s i s ;a x i a l c o m p r e s s i o n ;u l t i m a t e l o a d -b e a r i n gc a p a c i t y 高强钢管混凝土柱是在高强钢管(钢材屈服强度大于460M P a)中填入高强混凝土(混凝土强度等级为C 60及以上)形成的组合构件㊂对组合柱施加轴向压力时,钢管对混凝土起约束作用,延缓混凝土的纵向开裂,从而提高混凝土的抗压强度,同时由于混凝土的作用可延缓钢管出现局部屈曲㊂高强钢管混凝土柱在高层及超高层建筑中使用可以减轻结构自重,增强耐火性能,经历火灾后的高强钢管混凝土柱依然具有比较好的承载力㊂目前,已有学者对高强钢管混凝土进行了研究:韩林海[1]通过研究矩形钢管混凝土柱在火灾后的力学性能和剩余承载力,确定了构件在高温作用后的应力应变模型,同时简化了火灾后圆钢管和方钢管混凝土构件承载力的计算方法;刘晓等[2]利用有限元建立高强C F D S T 柱的计算模型,剖析了不同受火时间㊁外钢管屈服强度和混凝土抗压强度等因素对火灾后高强C F D S T 柱受轴压时的影响规律,结果表明外钢管屈服强度对火灾后高强C F D S T 柱的极限承载力影响较大;林晓康[3]利用A B A Q U S 建立火灾后普通钢管混凝土构件的数值模型,并对其载荷变形关系曲线分析,深入了解构件在火灾后的受力特性;X i o n g 等[4]为了扩大设计规范应用范围,研究使用了高强和超高强材料的钢管混凝土在环境温度下的性能,对56组钢管混凝土短柱轴向性能进行试验,将试验结果与各国规范预测结果相对比,提出设计建议;T a o 等[5]为评估火灾后结构的损伤,通过广泛收集文献测试数据,建立可用于加热和冷却后钢结构和钢筋的应力应变模型;王彦博等[6]对13组高强圆钢管混凝土短柱进行轴压试验,分析了钢管强度㊁混凝土强度及径厚比对构件轴压性能的影响,并将高强圆钢管混凝土短柱试验结果与现有试验数据对比,修正了其受压截面承载力计算公式;刘晓等[7]利用A B A Q U S 建立火灾后圆套圆C F D S T 柱模型,剖析了火灾后C F D S T 柱轴压工作机理并对其典型的承载力位移曲线进行分析;刘晓等[8]考虑火灾受火时间㊁偏心距和空心率等因素,建立火灾后方截面C F D S T 柱数值模型,分析构件载荷跨中挠度关系曲线,揭示方截面C F D S T 偏压工作机理;幸坤涛等[9]采用数值分析方法对高强钢管混凝土核心短柱受轴压时的载荷变形关系曲线进行分析,简化了高强钢管混凝土核心柱轴压短柱承载力计算公式;王晓初等[10]使用A B A Q U S 有限元软件对高强方钢管混凝土短柱在高温后的轴压机制进行研究,发现构件在经历高温后各部件材料性能损失严重,构件极限承载力随所经历温度的升高而降低,构件承载力主要由高强钢材承担;王灿灿等[11]对6个圆形高强中空夹层钢管混凝土构件进行试验研究,利用A B A Q U S 分析了空心率㊁混凝土强度及内外钢管径厚比对该构件轴压性能的影响规律,并提出圆形高强中空夹层钢管混凝土构件轴压承载力和刚度的计算公式㊂目前研究多集中在普通钢材㊁高强钢材在常温或高温条件下的力学性能,对在火灾后高强钢管混凝土的力学性能研究较少,本文利用A B A Q U S 有限元软件,创建火灾后高强钢管混凝土轴压模型,将有限元模型数据与文献试验数据对比验证,并对火灾后高强钢管混凝土进行参数化分析㊂1 有限元模型1.1 混凝土和钢材的本构模型采用文献[3]提出的火灾后混凝土本构模型㊂火灾后高强钢材采用文献[1]提出的双折线模型,数学表达式为f y (θ)=f y,θɤ400ħ;f y [1+2.33ˑ10-4(θ-20)-5.88ˑ10-7(θ-20)2],θ>400ħ{㊂式中:θ为钢材最高温度;f y 为钢材屈服强度;f y (θ)为火灾后钢材屈服强度㊂1.2 热工参数本文选用文献[12]提出的热工参数:综合辐射系数即发射率取0.56;膜层散热系数取25W ㊃(m 2㊃K )-1;混凝土容重ρc 取2400k g ㊃m -3;钢材容重ρs 取7850k g ㊃m -3㊂1.3 建立模型组合构件由钢管㊁核心混凝土和上下盖板3部分组成,组合构件边界条件如图1所示㊂1)建立温度场模型㊂钢管选用四结点传热四边形壳单元(D S 4),核心混凝土和上下盖板采用八结点线性传热六面体单元(D C 3D 8);钢管与混凝土采用绑定(T i e )接触方式,可防止钢管与混凝土之间出现相对滑动或分离现象,也保障两者之间的热接触能力㊂2)建立力场模型㊂核心混凝土与盖板采用八结点线性六面体单元(C 3D 8R ),钢管采用四结点曲面薄壳或厚壳单元(S R 4);钢管内表面与核心混凝土之间㊁上下盖板与核心混凝土之间的接触类型均为表面与表面接触;钢管内表面与核心混凝土之间在切向上摩擦系数为0.6,法向上为硬摩擦;上下盖板与核心混凝土之间的切向行为和法向行为分别为无摩擦和硬摩擦㊂26沈阳大学学报(自然科学版) 第36卷各部件装配后,构件采用全局种子布种方式划分网格,网格划分精度为0.02,构件划分网格结果如图2所示㊂由于位移加载相较于力加载更加精确,本文选用位移加载,构件负载方式如图3所示,将柱底端盖板完全锚固,在柱底端X ㊁Y ㊁Z 方向上限制柱底端的位移和转角,柱顶端施加位移载荷㊂图1 组合结构边界条件F i g .1 B o u n d a r y c o n d i t i o n s o f c o m b i n e d s t r u c t u r e 图2 构件网格划分F i g .2 C o m p o n e n tm e s h i n g 图3 构件负载方式F i g .3 L o a dm o d eo f c o m po n e nt 图4 本文与文献[13]的承载力位移曲线对比F i g .4 C o m p a r i s o no f b e a r i n g c a p a c i t y d i s pl a c e m e n t c u r v e sb e t w e e n t h i s a r t i c l ea n d r e f e r e n c e [13]1.4 模型验证为验证本文采用本构模型及建模方法是否合理准确,将文献[13]㊁文献[4]及文献[6]中试件承载力试验数据与本文有限元承载力模拟数据进行对比验证,试件模型参数见表1㊂表1 各文献中试件具体参数T a b l e1 S p e c i f i c p a r a m e t e r s o f t e s t pi e c e s i n l i t e r a t u r e s 数据来源试件编号D 0(B 0)/mm L /mm t i /mm f y /M P a F N u e /k N F N 1/k N F N 1/F N u e 文献[13]文献[4]文献[6]c c 2a2006002.74358.51986.41968.30.9909c c 3a 2006002.74358.51491.21542.61.0345s c 2a 1006002.74358.52309.52143.50.9281s c 3a 1006002.74358.51662.11592.60.9582s 31504508.0077966166568.930.9929s 1015045012.0075689128384.960.9409s 1315045012.5044660395580.980.9242c 1114.53425.50658.23006.93615.711.2024c 2219.56578.22906.010851.710665.200.9828注:D 0(B 0)为钢管边长(直径);t i 钢管壁厚;L 为构件长度;f y 为钢管屈服强度;F Nu e 为文献的试件承载力试验值;F N 1为本文的试件承载力模拟值㊂利用表1中数据计算可得承载力的有限元模拟值与承载力的试验值之比的平均值和标准差分别为0.9950和0.0806㊂承载力(F N )位移(Δ)曲线如图4㊁图5和图6所示,由图可见有限元模拟值曲线与文献试验值曲线趋势大致相同,说明本文所采用的本构模型和建模方法是合理的㊂因此可利用A B A Q U S 有限元软件对火灾后高强钢管混凝土柱受轴压时进行参数化分析㊂36第1期王晓初等:火灾后高强钢管混凝土柱轴压的参数化分析图5本文与文献[4]的承载力位移曲线对比F i g.5C o m p a r i s o no f b e a r i n g c a p a c i t y d i s p l a c e m e n tc u r v e sb e t w e e n t h i s a r t i c l ea nd ref e r e n c e[4]图6本文与文献[6]的承载力位移曲线对比F i g.6C o m p a r i s o no f b e a r i n g c a p a c i t y d i s p l a c e m e n tc u r v e sb e t w e e n t h i s a r t i c l ea nd ref e r e n c e[6]2有限元分析有限元模拟中,选用圆截面高强钢管混凝土柱模型,模型上下端均采用300mmˑ300mm的方形盖板,构件中钢管长度均为600mm,钢管直径均为200mm,钢管壁厚均为3mm㊂以受火时间t,钢材屈服强度f y,混凝土强度等级f c u为主要参数,建立10组高强钢管混凝土柱轴压模型构件,构件具体参数见表2㊂分析主要参数变化得出承载力位移曲线以及对构件极限承载力产生的影响,同时与普通钢材进行对比㊂表2模拟构件参数T a b l e2P a r a m e t e r s o f f i n i t ee l e m e n tm o d e l构件编号t/m i n f y/M P a f c u/M P a C C-13046070 C C-26046070 C C-39046070 C C-412046070 C C-59059070构件编号t/m i n f y/M P a f c u/M P a C C-69069070 C C-79046080 C C-89046060 C C-99034570 C C-1090235702.1温度场分析图7为构件在不同受火时间的核心混凝土温度场分布状况,取核心混凝土中截面1/4处作为研究对象㊂分析图7可知,核心混凝土在不同受火时间的内外温度差变化情况:随着受火时间增加,核心混凝土中截面1/4处的温度场以圆形波纹状从中间向外扩散,构件外边缘温度也逐渐增大;在受火时间60m i n时混凝土的内部和表面存在较大温差,超过60m i n后温差逐渐降低㊂(a)30m i n(b)60m i n(c)90m i n(d)120m i n图7不同受火时间构件中截面1/4处温度场分布F i g.7T h e t e m p e r a t u r e f i e l dd i s t r i b u t i o na t1/4o f t h ec r o s s-s e c t i o no f t h ec o m p o n e n tw i t hd i f f e r e n t f i r e t i m e s2.2主要参数分析2.2.1钢管屈服强度表2中的构件C C-10㊁C C-9㊁C C-6㊁C C-5㊁C C-4,受火时间均为90m i n,对应钢材屈服强度分别为Q235㊁Q345㊁Q460㊁Q590㊁Q690,根据有限元模拟得到的数据绘制构件在轴向负载下不同钢管屈服强度的承载力位移曲线如图8所示㊂分析图8可知构件的极限承载力逐渐提高:钢材屈服强度为Q690构46沈阳大学学报(自然科学版)第36卷图8 不同钢材强度承载力位移曲线F i g .8 S t r e n g t h -b e a r i n g c a p a c i t y -d i s pl a c e m e n t c u r v e s o f d i f f e r e n t s t e e l s件的极限承载力比钢材屈服强度为Q 590构件的极限承载力提升了10.27%;钢材屈服强度为Q 590构件的极限承载力比钢材屈服强度为Q 460构件的极限承载力提升了16.75%;钢材屈服强度为Q 460构件的极限承载力比钢材屈服强度为Q 345构件的极限承载力提升了14.57%;钢材屈服强度为Q 345构件的极限承载力比钢材屈服强度为Q 235构件的极限承载力提升了19.45%㊂5组构件在达到极限承载力后均呈现下降趋势,从曲线下降幅度来看,钢材屈服强度为Q 460㊁Q 590㊁Q 690构件的极限承载力的下降趋势比钢材屈服强度为Q 235㊁Q 345的更平缓㊂以C C -4构件的承载力位移曲线为例,位移每增加2mm 选取一个点,取A ㊁B ㊁C ㊁D ㊁E 五个点,B 点承载力比A 点增加253.11k N ,提升了15%;C 点承载力比B 点增加37.22k N ,提升了2%;D 点承载力比C 点减少22.56k N ,降低了1.1%;E 点承载力比D 点减少38.48k N ,降低了2%;构件承载力自C 点以后下降3.7%,但降幅不大㊂因此,提升构件钢材屈服强度,极限承载力均增大,承载力在达到顶峰后,曲线下降平缓,说明使用高强钢材构件的极限承载力优于使用普通钢材,且构件在火灾后的延性较好㊂2.2.2 受火时间表2中的C C -1㊁C C -2㊁C C -3㊁C C -4构件的钢管强度和混凝土强度均相同,对应受火时间分别为30㊁60㊁90㊁120m i n,根据有限元模拟得到的数据绘制构件经历不同受火时间后的承载力位移曲线如图9所示㊂分析图9可知构件极限承载力逐步降低:受火时间从30m i n 到60m i n 时,构件极限承载力从2716.62k N 下降到2246.26k N ,下降了17.31%;受火时间从60m i n 到90m i n 时,构件极限承载力从图9 不同受火时间的承载力位移曲线F i g .9 C a p a c i t y -d i s pl a c e m e n t c u r v e s f o r d i f f e r e n t f i r e t i m e s 2246.26k N 下降到2001.24k N ,下降了10.91%;受火时间从90m i n 到120m i n 时,构件极限承载力从2001.24k N 下降到1833.28k N ,下降了8.39%㊂以C C -3构件的承载力位移曲线为例,位移每增加2mm 选取一点,取A ㊁B ㊁C ㊁D ㊁E 五点,B 点承载力比A 点增加293.28k N ,提升了17.6%;C 点承载力比B 点增加45.49k N ,提升了2.3%;D 点承载力比C 点减少44.67k N ,降低了2.2%;E 点承载力比D 点减少21.83k N ,降低了1.1%;构件承载力上升至C 点以后,承载力下降4.5%,自C 点后曲线逐渐平缓㊂在构件均达到极限承载力后,受火时间30m i n 时,从B ᵡ至E ᵡ承载力下降了11.6%,受火时间60m i n 时,从B ᶄ至E ᶄ承载力下降了6.8%,曲线均出现明显下降;受火时间90m i n 时,构件承载力到达顶峰后曲线下降趋势变缓;受火时间120m i n 时,在达到构件极限承载力后,曲线无下降趋势㊂总的来说,随着受火时间增加,构件极限承载力呈明显下降到逐渐变缓趋势㊂这表明经历火灾后混凝土体积膨胀,产生很大的内应力,导致混凝土结构的破坏,水泥石产生较大收缩而骨料却膨胀,这种差异造成混凝土的破坏[14],此种破坏无法恢复,从而导致构件承载能力下降;而承载力无明显下降趋势则由于高强钢材在经历火灾,温度下降冷却后,钢材的材料性能可以大部分恢复,在火灾后构件展现出较好的延性㊂2.2.3 混凝土强度表2中的C C -8,C C -3,C C -7构件的受火时间和钢管强度均相同,对应混凝土强度分别为C 60㊁C 70㊁56第1期王晓初等:火灾后高强钢管混凝土柱轴压的参数化分析图10 不同混凝土强度的承载力位移曲线F i g .10 C a p a c i t y -d i s pl a c e m e n t c u r v e s f o r d i f f e r e n t c o n c r e t es t r e n gt h s C 80,根据有限元模拟得到的数据绘制构件在轴向负载下不同混凝土强度时的承载力位移曲线(图10)㊂比较图10中的曲线可知:构件极限承载力提升较小,混凝土强度等级从C 60提升至C 70,构件极限承载力提升5.42%;混凝土强度等级从C 70提升至C 80,构件极限承载力提升6.75%㊂随混凝土强度等级的提升,构件极限承载力均略有提升,但在到达极限承载力后曲线渐渐下降㊂以C C -8构件的承载力位移曲线为例,取A ㊁B ㊁C ㊁D ㊁E 五点进行比较,B 点承载力比A 点增加249.92k N ,提升了14.9%;C 点承载力比B 点增加76.25k N ,提升了4%;D 点承载力比C 点减少67.92k N ,降低了3.4%;E 点承载力比D 点减少16.65k N ,降低了0.9%;随位移的增加构件承载力缓慢增加,在C 点后构件承载力下降3.2%㊂由于混凝土是一种热惰性材料,传热较慢,根据温度场分析可知混凝土表层与内部存在较大温差,与传热快的材料相比,经历火灾后混凝土材料性能损伤程度较小,混凝土强度等级提升对构件承载力的提升较小㊂3 典型曲线分析图11为构件在受火时间为60㊁90㊁120m i n 的载荷纵向应变曲线㊂分析图11可知:受火时间60m i n 时,钢管和核心混凝土分别占总承载力的29.61%和70.39%,受火时间90m i n 时,钢管和核心(a )t =60m i n (b )t =90m i n(c )t =120m i n图11 典型载荷纵向应变曲线F i g .11 T y p i c a l l o a d -l o n gi t u d i n a l s t r a i n c u r v e 66沈阳大学学报(自然科学版) 第36卷混凝土分别占总承载力的35.01%和64.99%,受火时间120m i n 时,钢管和核心混凝土分别占总承载力的37.46%和62.54%㊂随着受火时间增加,钢管所占总承载力的比例逐渐提升,混凝土所占总承载力的比例出现小幅度下降,但主要承担载荷的仍为混凝土㊂对火灾后高强钢管混凝土柱的轴压受力性能进行轴压工作机理分析,选取C C -8构件作为算例,其载荷纵向应变曲线为图11(b )所示,O ㊁A ㊁B ㊁C 四点绘制对应的应力分布情况如图12所示㊂分析图11(b )与图12:O 点对应构件施加轴力的起点㊁A 点为弹性阶段结束点㊁B 点为构件极限承载力点㊁C 点对应构件纵向应变为0.02;O A 段为弹性工作阶段,此时的O A 段呈线性关系,由于混凝土的泊松比小于钢管,钢管与混凝土单独受力,混凝土未被压碎,钢管处于未变形状态但钢管两端出现些许应力集中现象;A B 段为弹塑性阶段,随着轴力的增加混凝土加速膨胀,混凝土两端出现裂缝,钢管为混凝土提供约束作用;在B 点以后,构件承载力开始下降,构件两端混凝土被压碎后逐渐退出工作,钢管对混凝土的约束降低,同时钢管中部开始出现应力集中㊂(a )O 点(b )A 点(c )B 点(d )C 点图12 O ㊁A ㊁B ㊁C 点应力分布F i g .12 S t r e s s d i s t r i b u t i o nd i a g r a mo f po i n t s O ,A ,B ,C 4 结论1)随着钢材屈服强度的提高,构件极限承载力增大,高强钢材极限承载力明显大于普通钢材;随着受火时间的增加,构件承载力减小,构件在达到极限承载力后曲线变得逐渐平缓,说明使用高强钢材的构件在受火后展现出较好延性;增加混凝土强度等级对构件极限承载力提升较小㊂2)受火时间为60㊁90㊁120m i n 时,构件中的混凝土承担主要载荷㊂参考文献:[1]韩林海.钢管混凝土结构:理论与实践[M ].2版.北京:科学出版社,2007.H A NL H.C o n c r e t e -f i l l e d s t e e l t u b u l a r s t r u c t u r e :t h e o r y a n d p r a c t i c e [M ].2n de d .B e i j i ng :S c i e n c eP r e s s ,2007.[2]刘晓,王伊,王兵.火灾后中空夹层高强钢管混凝土柱轴压机理分析[J ].工业建筑,2019,49(5):146153.L I U X ,WA N G Y ,WA N GB .A n a l y s i s o na x i a l c o m p r e s s i o nm e c h a n i s mo f c o n c r e t e f i l l e dd o u b l e -s k i nh i g h -s t r e n g t hs t e e l t u b u l a r c o l u m na f t e r f i r e [J ].I n d u s t r i a l C o n s t r u c t i o n ,2019,49(5):146153.[3]林晓康.火灾后钢管混凝土压弯构件的滞回性能研究[D ].福州:福州大学,2006.L I N XK.S t u d y o nh y s t e r e t i c b e h a v i o r o f c o n c r e t e -f i l l e d s t e e l t u b u l a rm e m b e r s a f t e r f i r e [D ].F u z h o u :F u z h o uU n i v e r s i t y ,2006.[4]X I O N G M X ,X I O N G DX ,L I E WJY R.A x i a l p e r f o r m a n c e o f s h o r t c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b e sw i t hh igh -a n du l t r a -hi g h -s t r e n g t h m a t e r i a l s [J ].E n g i n e e r i n g St r u c t u r e s ,2017,136:494510.(下转第76页)76第1期王晓初等:火灾后高强钢管混凝土柱轴压的参数化分析[18]涂园,王奎华,周建,等.有效应力法和有效固结压力法在预压地基强度计算中的应用[J ].岩土力学,2020,41(2):645654.T U Y ,WA N G K H ,Z H O UJ ,e t a l .A p p l i c a t i o no f e f f e c t i v e s t r e s sm e t h o d a n de f f e c t i v e c o n s o l i d a t i o ns t r e s sm e t h o d f o r s t r e n gt h c a l c u l a t i o n i n p r e l o a d i n ggr o u n d [J ].R o c ka n dS o i lM e c h a n i c s ,2020,41(2):645654.[19]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基处理技术规范:J G J 79 2012[S ].北京:中国建筑工业出版社,2013.M i n i s t r y o fH o u s i n g a n d U r b a n -R u r a lD e v e l o p m e n to f t h eP e o p l e sR e p u b l i co fC h i n a .T e c h n i c a l c o d e f o r t r e a t m e n to fb u i l d i n g f o u n d a t i o n :J G J /T79 2012[S ].B e i j i n g :C h i n aC o n s t r u c t i o n I n d u s t r y Pr e s s ,2013.[20]祝峻.地基固结过程中软土抗剪强度增长评价[D ].杭州:浙江大学,2010.Z HUJ .E v a l u a t i o no f s h e a r s t r e n g t h g r o w t ho f s o f t s o i l d u r i n g f o u n d a t i o nc o n s o l i d a t i o n [D ].H a n g z h o u :Z h e j i a n g U n i v e r s i t y,2010.[21]徐书平,凡红,刘祖德.分期预压中抗剪强度增长对地基稳定性的影响[J ].武汉大学学报(工学版),2007,40(3):5356.X USP ,F A N H ,L I UZD .I n f l u e n c e o f s h e a r s t r e n g t h g r o w t h o n f o u n d a t i o n s t a b i l i t y i n s t a g e d p r e l o a d i n g [J ].E n g i n e e r i n gJ o u r n a l o fW u h a nU n i v e r s i t y,2007,40(3):5356.ʌ责任编辑:赵炬췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍ɔ(上接第67页)[5]T A OZ ,WA N G X Q ,U YB .S t r e s s -s t r a i nc u r v e s o f s t r u c t u r a l a n d r e i n f o r c i n g s t e e l s a f t e r e x p o s u r e t o e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s [J ].J o u r n a l o fM a t e r i a l s i nC i v i l E n g i n e e r i n g,2013,25:13061316.[6]王彦博,宋辞,赵星源,等.高强圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究[J ].建筑结构学报,2022,43(11):221234.WA N G Y B ,S O N G C ,Z HA O X Y ,e t a l .E x p e r i m e n t a l s t u d y o nb e h a v i o ro f c i r c u l a r c o n c r e t e -f i l l e dh i g h -s t r e n g t hs t e e l t u b u l a r s t u b c o l u m n s u n d e r c o m p r e s s i o n [J ].J o u r n a l o f B u i l d i n g S t r u c t u r e s ,2022,43(11):221234.[7]刘晓,王杰,王兵,等.火灾后圆套圆C F D S T 柱轴压力学性能[J ].沈阳大学学报(自然科学版),2022,34(5):383388.L I U X ,WA N GJ ,WA N G B ,e t a l .A x i a l c o m p r e s s i v e p r o p e r t i e so f c i r c u l a rC F D S Tc o l u m n sa f t e r f i r e [J ].J o u r n 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t u b u l a r s h o r t c o l u m n s a f t e r h i g h t e m p e r a t u r e [J ].J o u r n a l o f S h e n y a n g U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e ),2022,34(1):5056.[11]王灿灿,梁旭东,朱培红,等.圆形高强中空夹层钢管混凝土构件轴压性能试验研究[J ].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2021,53(3):366378.WA N GCC ,L I A N GXD ,Z HUPH ,e t a l .S t u d y o n t h e a x i a l c o m p r e s s i o n b e h a v i o r o f c i r c u l a r h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e -f i l l e d d o u b l e s k i n s t e e l t u b u l a rm e m b e r s [J ].J o u r n a l o fX i a nU n i v e r s i t y o fA r c h i t e c t u r e&T e c h n o l og y,2021,53(3):366378.[12]L I ET T.F i r e r e s i s t a n c e o f c i r c u l a r s t e e l c o l u m n s f i l l e dw i t hb a r -r e i n f o r c e d c o n c r e t e [J ].J o u r n a l o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g ,1994,120(5):14891509.[13]鲍俊涛.火灾后中空夹层钢管混凝土构件受压力学性能研究[D ].沈阳:沈阳大学,2016.B A OJT.S t u d y o n c o m p r e s s i v em e c h a n i c a l p r o pe r t i e so fh o l l o ws a n d w i c hc o n c r e t ef i l l e ds t e e l t u b u l a rm e m b e r sa f t e r f i r e [D ].S h e n y a ng :Sh e n y a n g U ni v e r s i t y ,2016.[14]李敏.高强混凝土受火损伤及其综合评价研究[D ].南京:东南大学,2005.L IM.S t u d y o nf i r ed a m a g eo fh i g hs t r e n g t hc o n c r e t ea n di t sc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n [D ].N a n j i n g :S o u t h e a s tU n i v e r s i t y,2005.ʌ责任编辑:赵炬ɔ67沈阳大学学报(自然科学版) 第36卷。

钢管混凝土组合柱轴压承载力研究

１试件ＡＢｃＤＥＦ）、、、、、为组合柱，试件ＧＨ为钢管混凝土柱。、２Ｎｕ为试验测得的组合柱受压承载力。）
①
・
基金项目：辽宁省自然科学基金项目（０６１７２０２４）
６・Ｒｅｅｒｈ＆ＡｐｌａｉｎｏｉｉｇＭａｅｉｌｓａｃｐｉｔｏｆＢｕｌｎｔｒａｓｃｄ
件尺寸见表ｌ。
１２试验方法．
引言
钢一混凝土组合柱由于具有强度高、刚度大、延
性好和良好的抗震耗能能力等特点而得到了广泛应
试件的强度试验在大连理工大学结构试验室
３００ｋ压力试验机上进行，用分级加载。开始０Ｎ采
表２混凝土配合比
混凝土材料
用量／ｋ／３（ｇｍ）
水泥
４７７
水
１７６
砂
６９２
石子高效减水剂
１１８６３８．２
混凝土的约束作用不断增长，箍筋的约束作用充分发挥。随着荷载的继续增加，受箍部分混凝土达到
混凝土的应力仍处于上升状态。当核心混凝土接近三轴抗压强度时，其应力增长缓慢，核心混凝土承载力的增长部分不足以补偿外包混凝土的下降部分，而受箍部分外包混凝土的应力急剧下降，试件达到
关键词：组合柱；钢管混凝土；轴压中图分类号：Ｕ５８５Ｔ２．９文献标识码：Ａ
轴压承载力的简化计算公式，该计算公式与试验结果符合较好。
１试验情况
１１试件制作．

高强钢筋混凝土柱轴心受压承载力可靠度研究

Ｓｔｕｄｙｏｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｓ
ＲＯＮＧＸｉａｎ１，ＳＨＥＮＣｈｅｎｇｃｈｅｎｇ２，ＺＨＡＮＧＪｉａｎｘｉｎ１
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００４０１，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＬｉｍｉｔｅｄＣｏｍｐａｎｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２４０１，Ｃｈｉｎａ）
２２
世界地震工程
第３５卷
显得尤为重要，国内外专家学者对不同结构形式和不同受力状态下的试验构件进行了可靠度研究［１－５］，同时国内许多科研院所对配置高强钢筋的混凝土柱也进行了试验研究［６－１７］，然而对于其可靠度的研究却很少，为弥补这一空白，以大量试验数据为基础，研究不同钢筋强度、混凝土强度和配筋率对混凝土柱轴压承载力可靠指标的影响，同时设置不同荷载组合、荷载效应比和计算模式不定性系数，分析其对可靠指标的影响。
计规范》（ＧＢ５００１０－２０１０）公式计算的轴压柱承载力。
摘要：课题组搜集１８６根高强钢筋混凝土轴压柱的试验数据，得到相关统计参数，选用ＪＣ法并利用ＭＡＴＬＡＢ软件编制计算程序迭代求解高强钢筋混凝土柱轴压承载力可靠指标。分析不同荷载组合、钢筋强度、混凝土强度以及配筋率等参数对混凝土柱轴压承载力可靠指标的影响。研究结果表明：高强钢筋混凝土柱轴压承载力可靠指标随计算模式不确定性系数的增大而增大；随着荷载效应比的增大，可靠指标呈现出先增大后减小的趋势；可靠指标随钢筋强度的提高而减小，随混凝土强度提高而增大；随着配筋率的增大，可靠指标逐渐减小，高配筋率对轴压构件不利。关键词：高强钢筋；轴压柱；承载力；可靠度中图分类号：ＴＵ３７５．３文献标志码：Ａ

钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱受力性能与设计方法研究的开题报告

钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱受力性能与设计方法研究的开题报告一、选题背景随着建筑行业的不断发展和人们对建筑质量的不断追求，新型建筑结构材料的应用越来越广泛。

钢管-混凝土组合结构因具有高强度、高延性、耐腐蚀、耐久性好等特点，被广泛应用于桥梁、高层建筑、工业厂房等建筑领域。

在这种结构中，混凝土和钢管具有不同的优势和角色，能够充分利用两种材料的优点，达到更好的受力性能。

钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱是一组特殊的混凝土结构，钢管与混凝土之间采用粘结剂黏结，进而形成一种完美的结合方式。

钢管与粘结剂之间的黏结能力明显优于一般钢筋混凝土结构，具有更加优异的受力性能。

随着钢管-混凝土组合结构的不断发展，关于钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的受力性能和设计方法的研究也日益受到关注。

二、研究目的本研究旨在研究钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的受力性能和设计方法，具体包括以下几个方面：1.分析钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的受力特点，确定受力机制和应力分布规律。

2.探究钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的受力性能，分析其受力性能的优劣，并与传统钢筋混凝土结构进行比较。

3.建立钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的设计方法，提出相应的设计规范和计算方法，以保证工程质量和安全性。

三、研究内容1.混凝土材料和钢管的试验研究，对材料的力学性能进行测试。

2.对钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的受力特点进行理论分析和模拟计算，确定其受力机制和应力分布规律。

3.进行试验验证，进行样品的制作，进行负载试验，验证分析结果的正确性。

4.根据试验结果，建立钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的设计方法和设计规范，提出相应的计算方法和验算标准。

四、研究意义1.通过对钢骨-钢管高性能混凝土轴压组合柱的研究，可以加深人们对该结构的认识和理解。

2.可以为该结构的应用提供科学的设计方法和验算标准，保证该结构的可靠性和安全性。

3.为推动新型建筑结构材料的发展和推广应用提供一定的理论和实践依据。

混凝土柱受压承载力试验方法

混凝土柱受压承载力试验方法1. 前言混凝土柱作为结构体系中的重要构件之一，其受压承载力是评价其强度和稳定性的重要指标之一。

因此，对混凝土柱受压承载力的试验方法进行研究和探索，对于确保混凝土柱结构的安全可靠具有重要意义。

本文将详细介绍混凝土柱受压承载力试验的方法和步骤。

2. 试验设备和材料2.1 试验设备(1) 试验机：能够实现等速率加载，同时还要能够测量荷载和变形的试验机。

(2) 混凝土柱模具：应具有足够的刚度和平面度，模具内部应平整光滑，无任何缺陷和毛刺。

(3) 混凝土搅拌机：用于制备混凝土试块和混凝土柱。

(4) 数字式电子测量仪器：用以测量荷载和变形。

(5) 其他辅助设备：如润滑油、水泥、砂子、骨料等。

2.2 试验材料(1) 混凝土：按照设计强度等级和配合比制备混凝土，混凝土的强度等级应不低于试验要求。

(2) 钢筋：按照设计要求选用规格和数量的钢筋。

3. 试验步骤3.1 混凝土柱的制备(1) 准备模具：将混凝土模具清洗干净，涂抹润滑油，确保混凝土柱能够平稳地从模具中脱模。

(2) 制备混凝土：按照设计配合比制备混凝土，保证混凝土的强度等级符合试验要求。

(3) 混凝土的浇筑：将制备好的混凝土倒入模具中，用钢棒轻轻敲击模具，将混凝土压实，确保混凝土柱的密实度。

(4) 养护混凝土：混凝土浇筑完成后应在模具中进行养护，养护时间应符合设计要求。

3.2 试验方案的制定(1) 确定试验荷载：试验荷载应按照混凝土柱的设计荷载进行确定，同时还应考虑混凝土柱的强度等级和试验机的最大荷载。

(2) 确定试验步骤：试验步骤应按照规定进行，包括试验前的预处理、试验过程中的加载、卸载和重新加载等步骤。

同时还应注意试验过程中的安全问题。

3.3 试验过程的操作(1) 安装混凝土柱：将混凝土柱放置在试验机上，并用夹具将其固定住。

(2) 预处理：在试验前应进行一定的预处理，包括调整试验机的零点和灵敏度，校正测量仪器的误差等。

(3) 加载：按照试验方案进行等速率加载，同时记录荷载和变形的数据。