RPC外包方钢管混凝土柱轴压受力性能研究

为了研究活性粉末混凝土(Reactive powder concrete,RPC)外包方钢管混凝土柱的轴压受力性能,以RPC厚度和长细比为参数,对6根构件开展轴压试验研究,探讨该类组合柱的破坏模式、受力机理、套箍效应和承载力。试验结果表明:外层RPC可为内部方钢管混凝土柱提供较强的约束力,在受力后期套箍效应凸显。随着RPC厚度的增加,组合柱的承载力逐渐提高;随着组合柱长细比的增大,虽然其弹性刚度和承载力逐渐降低,但延性改善。采用ABAQUS软件建立RPC外包方钢管混凝土柱的有限元模型,分析RPC强度、RPC厚度、钢管强度等级、含钢率、内部混凝土强度和长细比等参数对组合柱承载力的影响规律,可得方钢管混凝土柱发挥系数的变化幅值为0.78~1.01。在试验研究、有限元参数分析和理论探讨的基础上,借鉴钢管混凝土结构技术规范,提出了RPC外包方钢管混凝土轴压短柱和长柱的承载力简化计算方法,公式计算值与已有数据样本吻合良好。

大高宽比矩形钢管混凝土柱压弯性能研究

为了研究大高宽比矩形钢管混凝土柱的压弯性能,对大高宽比钢管混凝土短柱进行偏压试验并结合有限元模拟补充了4组试件进行对比,包括不同偏心率、高宽比、钢管壁厚度、截面尺寸情况下柱性能的对比分析。最后参考常用的4本国内外规范进行柱承载力计算,对比并判断现有规范是否适用。结果表明:试件破坏模式均为长边鼓曲,当荷载小于极限承载力的80%时,横截面高度上的应变分布服从平截面假定;随着偏心率增大,柱延性提升,在偏心率超过0.205后,柱延性开始下降;随着壁厚增加,柱延性提升,在壁厚达到8 mm后,柱延性开始下降;随着高宽比提升,柱延性降低;随着截面尺寸增大,在壁厚不变的情况下,柱延性降低,在壁厚等比例增大时,柱延性变化不大;随着高宽比、截面尺寸、钢管壁厚度的增大,柱承载力提升;随着偏心率升高,柱承载力降低;参考规范JGJ 138—2016对大高宽比钢管混凝土柱偏压承载力的计算更为准确。

中空波纹夹层钢管混凝土柱抗震性能拟静力试验研究

为了研究中空波纹夹层钢管混凝土柱的抗震性能,以轴压比、空心率、长细比和截面形式为试验参数,开展了中空波纹夹层钢管混凝土柱的拟静力试验,分析了试件的破坏模式、承载能力、延性与耗能能力、刚度退化和强度退化等性能指标.结果表明:中空波纹夹层钢管混凝土柱的水平承载力较高,滞回曲线饱满,无明显捏缩现象,延性和耗能能力良好,同级循环荷载作用下性能稳定;试件的破坏模式为延性破坏,具体表现为柱底钢管鼓曲变形、混凝土压溃、局部缺陷处管壁撕裂;空心率较小的试件承载力较高,耗能能力较强;当长细比由20增至30时,试件位移延性系数降低了47.49%,承载力也明显下降;随着轴压比的增大,试件耗能能力逐渐降低.

基于粒子群优化BP神经网络的中空夹层钢管混凝土柱轴压承载力研究

圆中空夹层钢管混凝土(concrete filled double-skin steel tube,CFDST)柱因其独特的结构形式与优异的力学性能,已成为现代工程结构中的主要受力构件。然而外钢管、内钢管与核心混凝土之间的相互约束作用导致其受力比较复杂。为此,采用PSO-BP混合神经网络算法对圆CFDST柱的轴压承载力进行了研究。收集了167组数据建立数据库,并选取8种影响因素作为输入层参数,轴压承载力作为输出层参数,分析了传统BP神经网络模型所存在的缺陷,建立了PSO-BP神经网络模型。此外,将机器学习模型与3种规范的结果进行比较,结果表明机器学习模型的精度比3种规范的精度更高。相较于BP神经网络模型,PSO-BP神经网络模型具有更好的预测能力,更有助于预测CFDST柱的轴压承载力,对工程上研究CFDST柱的力学性能有着重要意义。

钢管混凝土柱-钢梁连接节点形式与研究进展

钢管混凝土结构体系中,梁柱节点的受力状态复杂,是结构体系中的关键连接部位,对结构的承载力、刚度以及稳定性能均有重要影响。对国内外钢管混凝土柱-钢梁连接节点的相关研究进行了全面的综述,总结了内加强型连接节点、外加强型连接节点、贯通式连接节点、螺栓连接节点等各类钢管混凝土柱-钢梁连接节点形式的特点和已有研究,从承载力、刚度、破坏模式、抗震性能、设计方法等方面对各类连接节点的优势和存在的问题进行了分析和归纳。旨在为钢管混凝土柱-钢梁连接节点的相关研究提供参考,促进钢管混凝土柱结构体系的研究和工程应用。

不同构造下的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

与普通节点不同,钢管混凝土柱-钢梁节点在地震作用下更容易发生破坏,为了提高钢管混凝土柱与钢梁连接节点的抗震性能,进行了不同构造下的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究。以预埋锚杆构造的两种钢管混凝土柱-钢梁节点和钢梁穿透式构造的钢管混凝土柱-钢梁节点为研究对象,在梁体中部设置了横向支承,采用层间位移角控制周期性荷载,当地震荷载不同时,测试了3种构造钢管混凝土柱-钢梁连接节点的抗震性能。结果表明,钢梁穿透式构造的钢管混凝土柱-钢梁节点对地震具有较高的承载能力,弱化伸缩梁端节点的构造方法符合抗震设计要求,通过端板的屈曲可以消散大部分能量,具有强大的耗能能力。

轴压比对波纹侧板-方钢管混凝土柱抗震性能的影响研究

为研究轴压比对波纹侧板-方钢管混凝土柱抗震性能的影响,使用ABAQUS软件建立了组合结构柱的有限元模型,通过破坏形态和滞回曲线等对模型的准确性进行了验证,运用参数模型讨论了不同轴压比对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、压弯承载力和延性系数的影响。结果表明,随着轴压比增大,方钢管的高应力高度逐渐升高,波纹板的应力由水平分布变化为斜向分布;提高轴压比会使试件的压弯承载力和延性系数呈先升高后降低的趋势,建议轴压比不应超过0.30,满足规范中对延性系数的要求并在一定程度上提高结构的压弯承载力。通过合理控制轴压比,可以提升波纹侧板-方钢管混凝土柱抗震性,确保其在实际应用中的安全性和稳定性。

壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点抗震性能研究及设计建议

以壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点为研究对象,进行两个足尺试件的拟静力试验,分析节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线,并研究节点承载力、延性、耗能能力和刚度退化等指标。试验结果表明:试件破坏模式分别为侧板外梁端形成塑性铰、节点核心区侧板开裂及轻微鼓曲;试件滞回曲线稳定饱满,曲线呈现梭形,试件延性系数为3.11~3.53,等效黏滞阻尼系数大于0.4,具有良好的耗能能力;刚度退化较稳定,具备较好的抗侧能力。在验证有限元模型合理的基础上,通过有限元变参分析此类节点的滞回性能,结果表明:增加侧板厚度或侧板外伸长度可提高嵌入式双侧板节点的承载力及延性。最后结合试验和有限元变参分析结果,针对此类节点提出设计建议。

钢管混凝土柱抗爆性能试验研究综述

当今世界恐怖爆炸袭击事件频发,很多爆炸袭击是针对建筑物和桥梁的,柱作为建筑物和桥梁的重要构件常成为袭击的目标。钢管混凝土柱在常规荷载作用下具有很多优良的结构工作性能,在工程实践中得到了越来越广泛的应用,为了探究其抗爆性能,很多学者开展了大量的试验研究工作。对这些试验研究工作进行了归纳总结,发现炸药距离柱表面的比例距离和炸药质量是决定钢管混凝土柱破坏形态的主要因素,根据比例距离和炸药质量的不同,钢管混凝土柱将会出现三种不同的破坏形态:局部凹陷破坏、局部凹陷和整体弯曲破坏、整体弯曲破坏。钢管截面形式、钢管外径与壁厚之比、混凝土强度、轴压比等因素对特定破坏形式下的破坏程度均有一定的影响。此外,受到近距离爆炸荷载作用后,钢管混凝土柱的轴向和抗震残余承载力均有所下降,下降幅度与爆炸损伤程度成正比。在归纳总结已有文献的基础上,给出了钢管混凝土柱抗爆性能试验进一步的研究方向。

复式钢管混凝土柱-钢梁半穿心节点拉拔性能试验研究

对3种复式钢管混凝土柱-钢梁半穿心节点试件(腹板半穿心节点试件AJ1、腹板-翼缘半穿心试件AJ2和腹板-横隔板半穿心节点试件AJ3)进行了拉拔试验,探讨了节点的破坏形态和拉拔性能。结果表明试件AJ2、AJ3的承载力比试件AJ1分别提高了14.2%和13%,表明内外钢管间设置横向水平半穿心构件有利于改善节点抗拉传力机制并可明显提高其抗拉承载力。为进一步研究半穿心构件对节点拉拔性能的影响,进行了纯钢梁翼缘节点试件AJ1-R、AJ2-R、AJ3-R的拉拔试验。结果表明,3种半穿心节点试件AJ1、AJ2、AJ3的极限荷载较纯翼缘节点试件AJ1-R、AJ2-R、AJ3-R分别提高了60.1%、22.7%、73.8%,初始刚度提高约2倍;半穿心腹板为主要传力构件,保证了节点具有较强的承载能力和抗拉刚度;半穿心翼缘能直接传递梁柱之间拉力,而半穿心横隔板有利于发挥斜向腋板传递拉力的作用,达到与半穿心翼缘相当的承载能力,且能较好地保证核心区混凝土的密实性和节点变形性能。

足尺拼接式方形高强钢管混凝土柱轴压承载力数值分析

对两种不同的新型拼接式方形高强钢管混凝土足尺柱的轴压承载性能进行了数值模拟,分析了混凝土强度、钢材强度、缀材间距和宽厚比对该类组合柱轴压承载力及荷载–位移曲线的影响规律,研究表明:同种参数影响下两种形式的组合柱荷载–位移曲线及承载力变化规律相似;材料强度和宽厚比对承载力影较为显著,如钢材屈服强度从345 MPa提升至460 MPa时,两种组合柱承载力分别提高了9.13%和9.42%,宽厚比从83.3增大至100时,两类柱子承载力分别降低了5.08%和5.00%;可初步采用GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》计算该类新型柱的轴压承载力。

钢管混凝土柱-软钢板组合高墩受压性能试验

为改善传统钢筋混凝土高墩桥梁的抗震性能,基于能力设计原理和结构抗震韧性设计理念,本文提出一种可更换部件的四肢钢管混凝土柱-软钢板组合箱形截面高墩。本文设计制作了1/10比例的缩尺试件,通过轴心和偏心受压试验,研究荷载偏心率、软钢板厚度等对新型组合高墩受压性能的影响。试验结果表明:新型组合高墩试件在轴压作用下,四肢钢管混凝土柱基本整体协调变形;当加载至试件破坏时,四肢钢管及软钢板均早已受压屈服,钢管套箍作用充分发挥;破坏形态呈整体弯曲失稳。在受偏心压力作用且偏心率不超过0.405时,四肢钢管混凝土柱全截面受压,组合截面纵向应变分布在弹性阶段基本满足“平截面假定”,在弹塑性阶段近似满足“拟平截面假定”;当加载至试件破坏时,破坏形态亦呈整体弯曲失稳。此外,钢系梁受力较小,仅起构造作用;而增大软钢板厚度,可有效提高新型组合高墩的截面抗弯刚度和正截面受压承载力,降低其侧向挠度;故在计算新型组合高墩的受压承载力时,应充分考虑软钢板的“结构元件”作用。

扭弯作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱拟静力试验研究

为研究扭弯作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的力学性能,以截面形式和扭弯比为参数对6个内嵌H型钢-钢管混凝土柱进行拟静力往复加载试验,得到扭弯作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的破坏形态、滞回曲线、弯矩-位移骨架曲线及关键力学特征和刚度退化曲线。研究表明:1)随扭弯比增加,内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的破坏特征由“弯”型向“扭”型转变;2)扭矩增加到弯矩的34%和67%时,内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱的峰值弯矩分别减少5.0%和17.7%,而内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的峰值弯矩分别减少5.5%和22.7%,反映内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱均有较好的扭弯复合承载力;3)扭矩对内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的早期受弯刚度影响较小,但会降低内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的峰值割线受弯刚度;4)提出了内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的扭弯承载力计算方法,该方法得到的扭弯承载力理论值与试验值吻合良好,有较好的精度。研究结果可完善内嵌H型钢-钢管混凝土组合结构构件的基本理论,为内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的扭弯承载力设计计算提供参考。

花瓣形钢管混凝土柱轴压受力机理和承载力研究

花瓣形钢管混凝土柱具有造型美观的优点,为具体研究其受力机理和承载力,定义了其截面组成,提出了截面偏移比和截面对称系数以反映花瓣形截面性质,提出在花瓣柱中设置十字形加劲肋以增强其组合效应。基于某工程中墩柱和有限元模型,研究了花瓣形钢管混凝土短柱在轴压荷载作用下的受力机理,分析了加劲肋厚度、混凝土强度、钢材强度、加劲肋开孔直径和间距等参数对轴压性能的影响,研究了加劲肋厚度与钢管壁厚的匹配关系。根据理论分析和大量有限元参数分析结果,建议了加劲肋厚度与钢管壁厚之比和钢管名义径厚比的取值范围,提出了花瓣形钢管混凝土短柱的轴压承载力计算式。

圆形钢管混凝土柱轴压承载力及承载力组成研究

为了研究相互作用下圆形钢管混凝土(circular concrete-filled steel tube,CCFST)柱中钢管和混凝土各自的承载力贡献,通过ABAQUS软件中的VUMAT子程序导入一种新的混凝土材料本构,建立了能够反映CCFST柱中钢管和混凝土相互作用的三维有限元模型,并通过试验数据验证了模型的荷载-位移曲线、钢管和混凝土的荷载-变形曲线以及侧向变形曲线。在此基础上分析了混凝土强度、钢管屈服强度、径厚比以及套箍系数对CCFST柱承载力及其组成的影响。然后结合有限元模型推导了CCFST柱在轴压荷载下峰值承载力的数学模型,模型中提出的钢管环向应力比例系数和混凝土承载力贡献系数可以评估钢管和混凝土的受力状态。将计算模型与现行规范及现有研究进行对比,发现提出的计算公式具有良好的计算精度,且可以评估钢管和混凝土各自的承载力贡献。

新型开洞圆钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点受力性能研究

传统的钢-混凝土混合结构的圆钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点存在钢筋交错、纵横向需与钢构件避让或开孔等情况,节点构造复杂,施工难度较大,连接节点成为钢-混凝土混合结构的设计及施工难点。对此提出了新型开洞圆钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点,并结合近年来采用钢-混凝土混合结构的项目经验,对该类节点进行有限元分析,研究了柱顶轴压力和柱端水平力对节点各部分构件受力性能的影响,结果表明,柱顶轴压力的变化显著影响了圆钢管混凝土柱钢管开洞位置各构件的应力,且偏心力对圆钢管混凝土柱承载力有一定的折减。最后考虑到钢管壁开洞对圆钢管混凝土柱存在一定程度的削弱,采用了四种加强措施,分析了四种加强措施下钢管荷载-应力曲线,结果表明,开洞位置钢管壁加厚效果最为显著,设置内环板对缓解应力集中效应也有一定的效果,设置竖向断开加劲肋与设置竖向连续加劲肋荷载-应力曲线基本一致,考虑到设置竖向断开加劲肋所需钢材更少,认为设置竖向断开加劲肋具有较为显著的优越性。

柱端带肋方钢管混凝土柱抗震耗能分析

方钢管混凝土柱在高层及超高层中得到了广泛应用,但存在钢管对混凝土约束较弱与柱端部局部屈曲等问题,有必要采取构造措施以提高柱的抗震性能。通过建立端部带肋方钢管混凝土柱的三维实体精细有限元模型并与拟静力试验结果验证,有限元结果与试验结果吻合良好,之后建立多个足尺模型进行参数分析,分析了柱端设肋对钢管水平鼓曲与竖向位移、钢管与混凝土的应力-应变、塑性耗能的影响,探讨了不同肋高下柱的塑性耗能分配机制。结果表明:柱端设置加劲肋可显著减少柱的水平鼓曲和竖向位移,提高柱的峰值承载力和延性,减小钢管与混凝土的压应变并提高压应力,增大柱的总塑性耗能值,延缓柱的破坏;轴压比为0.5、0.8时,当肋高分别达到1000mm、1500mm,再增大肋高对柱的塑性耗能影响较小。研究结论可为实际工程中柱端带肋方钢管混凝土柱的设计与加固构造措施提供参考与依据。

L形多腔方钢管混凝土柱的抗火性能研究

为研究L形多腔方钢管混凝土柱的抗火性能,建立了42个不同荷载比、钢材屈服强度、柱肢宽度和混凝土抗压强度的有限元模型,并进行火灾模拟分析。结果表明:模型的测点温度和轴向位移的模拟值与试验值误差较小,模型具有可靠性,可用于异形多腔钢管混凝土柱的抗火性能模拟;荷载比的减小、钢材强度的减小、混凝土强度的增大和柱肢宽度的增大有利于构件耐火极限的提高;提出了L形多腔方钢管混凝土柱的耐火极限计算式并验证了其准确性,为此类构件在装配式住宅的工程应用中提供了抗火设计依据。

局部腐蚀圆钢管混凝土柱抗震性能研究

随着钢管混凝土结构广泛使用,钢管混凝土结构腐蚀问题引起更多人关注,其中局部腐蚀现象在日常生活中更为常见,但目前为止对局部腐蚀钢管混凝土结构抗震性能研究较少。通过有限元分析腐蚀深度、环向腐蚀长度、纵向腐蚀长度和腐蚀位置等参数对圆钢管混凝土柱抗震性能的影响。研究结果表明,随着局部腐蚀的出现,钢管混凝土柱抗震性能均有不同程度的降低,其中腐蚀深度对其影响最为显著,纵向腐蚀长度增加和腐蚀位置的降低都使得抗震性能削弱。

基于钢管混凝土柱的梁柱混合节点研究进展分析

钢管混凝土柱具有强度高、塑性好、抗震性能优越和施工便捷等优势,广泛应用于高层建筑、大跨度空间结构、桥梁结构和工业建筑等领域。型钢混凝土梁、钢筋混凝土梁及其预应力梁因建造成本较低等原因常与钢管混凝土柱连接,形成了新型混合连接节点,然而其节点的设计和施工依然存在挑战。文章综述了此类梁柱混合节点的连接类型、试验研究、数值模拟、理论分析及其工程应用,并依托广汕铁路新塘站项目候车层的钢管混凝土柱-预应力钢筋混凝土梁混合节点,设计加工了缩尺混合节点试件,进一步研究其抗震性能并提出相应设计方法,为此类新型混合节点的工程应用提供技术支撑。