冷弯薄壁型钢T形拼合柱轴压性能研究与承载力计算

冷弯薄壁型钢(CFS)全螺栓垫板连接T形拼合柱是一种新型拼合截面柱,在全螺栓连接框架结构中承受集中荷载。目前关于全螺栓连接T形CFS拼合柱轴心受力性能的研究报道较少。基于已有的试验研究成果,建立准确可靠的T形CFS拼合柱数值分析模型,选取构件长细比、板材厚度、垫板的纵向间距等参数,研究在轴压作用下各重要参数对T形CFS拼合柱极限承载力和屈曲模态的影响。结果表明:随着长细比的增大,T形CFS拼合柱的屈曲模式由局部与畸变相关屈曲逐渐转变为整体屈曲,当长细比<104.7时,长细比变化对构件承载力的影响不明显;板厚对构件的承载力变化具有显著影响,在长细比较大的情况下可以改变构件的屈曲模式;垫板的纵向间距对构件的承载力和屈曲模式影响较小,不同垫板纵向间距的构件极限承载力变化均在4.5%以内。最后,将试验和数值分析结果与北美规范中直接强度法计算的名义承载力对比,评估直接强度法对于此类拼合柱承载力计算的适用性。

PEC柱-型钢梁框架异型内节点的抗剪性能试验研究

由于民用建筑外观及工业建筑生产工艺要求,部分包覆钢-混凝土结构因错位、变梁变柱等会形成异型内节点.为研究该类异型内节点的抗剪性能,以柱两侧梁错位高度、单侧梁截面高度增大等为变量参数,按1∶2缩尺比例设计制作了1个常规内节点和3个异型内节点模型试件,并完成低周往复荷载试验,分析了内节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能等指标.试验研究结果表明:各试件滞回曲线均呈现对称饱满的梭形;等效黏滞阻尼系数在0.598~0.618,位移延性系数在3.28~4.96,表现出良好的耗能性能及变形性能;因错位、变梁形成的异型内节点与常规内节点相比,承载力分别提升约6.1%、14.0%、15.0%;位移延性系数提升了约-26.6%、11.0%、-14.1%,延性性能规律不明显,耗能能力、强度和刚度退化变化不大;对于左右梁截面尺寸相同且完全错开(即错位高度大于梁高)的Ⅰ类异型内节点,可按T形边节点进行设计;基于节点域传力机理,建立了Ⅱ类异型内节点抗剪计算模型,并提出了抗剪承载力计算公式,试验结果与理论计算结果吻合较好.

PEC方法加固既有钢框架中柱抗震性能试验研究

为研究既有钢框架柱在采用PEC(partially encased concrete)方法加固后的抗震性能,完成1个PEC柱-型钢梁中柱节点及1个钢框架中柱节点的低周往复加载试验。分析了试件的破坏形态、承载能力、梁端塑性铰区弯矩-转角曲线、延性性能、耗能能力、节点区域相关构件的应变。结果表明:采用PEC方法加固后,框架中柱节点滞回曲线呈纺锤形,试件初始刚度、承载力分别提升约40%,31.1%,且具有较好的延性性能及耗能能力;试件破坏形态为梁弯曲破坏,梁端塑性铰具有很好的转动能力。节点基本完好,实现了"强柱弱梁、强节点弱构件"的抗震设计目标。

PEC柱与H型钢柱梁柱端板连接节点抗震性能对比

为研究部分包裹混凝土组合柱(PEC)与钢梁节点的抗震性能,进行了6个不同构造的PEC柱钢梁外伸式端板连接节点试件的低周往复荷载试验,与普通H型钢柱外伸端板连接节点试验结果进行了对比,分析了填充混凝土、端板厚度及是否添加背垫板和腹板加劲板对节点滞回性能、延性和耗能能力的影响.试验及对比结果表明:填充了混凝土的部分包裹混凝土组合柱梁柱端板连接较之普通H型钢柱外伸端板连接节点可节省用钢量,具有良好的滞回性能和延性.加设背垫板可改善宽肢薄腹组合体连接的抗震性能.

PEC组合柱-型钢梁框架半刚性节点抗震性能试验及优化分析

为了获得H型钢部分包裹混凝土组合柱(PEC组合柱)-型钢梁框架半刚性节点各组成部件合理的耗能组合,以端板厚度、柱翼缘宽厚比及是否设置背垫板为变量参数,设计制作了6个PEC组合柱-型钢梁框架半刚性节点试件,并完成了低周往复荷载试验和试件相关参数有限元拓展分析。除未设置背垫板试件外,其他试件滞回曲线均呈现饱满的梭形,试件最终破坏特征表现为梁端翼缘严重屈曲而形成明显的塑性铰区,表现出良好的抗震性能。设置背垫板后,试件滞回曲线趋于饱满,表明合理的设置背垫板可明显提升节点转动刚度,约束效应突出。建议该类框架半刚性节点在未设置背垫板,柱翼缘宽厚比为8时,端板厚度宜取10~24mm;设置背垫板时,柱翼缘宽厚比为16时,当背垫板、端板厚度分别取12、24mm,此时既能实现“强柱弱梁”的抗震设计目标,同时组合件半刚性节点性能可得到充分发挥,耗能能力良好。

PEC柱-异形钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究 PEC 柱(partially encased concrete composite column)-型钢梁框架中节点破坏特征及抗震性能,完成了 3 个 PEC 柱-型钢梁中节点及 1 个钢框架梁柱中节点对比试件的低周往复加载试验。分析了试件中节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能、强度退化、刚度退化、节点域力学机理,研究了轴压比及梁截面变化对该类中节点抗震性能的影响。研究结果表明:PEC 柱-型钢梁中节点滞回曲线呈纺锤形,具有钢框架节点的力学特性;型钢柱内部填充混凝土后试件初始刚度、承载力分别提升约 40%、31.1%,且试件仍具有较好的延性性能及耗能能力;当轴压比试验值为 0.25~0.35 时,随着轴压比增加,试件承载力显著增加,延性性能有所下降,耗能能力则有所提升;试件均为梁弯曲破坏,损伤程度无明显变化。改变柱一侧梁的截面尺寸后,试件的承载能力、延性性能有一定提升,耗能能力、强度及刚度退化规律无明显影响,但 PEC 柱-变截面型钢梁中节点发生节点核心区剪切破坏,主要原因为改变柱一侧梁截面高度后,造成节点域输入剪力增大所致。按常规节点设计的变截面梁中节点不能满足“强节点弱构件”的抗震设计要求,在进行工程设计时应予以重视。

不同加载方式下的PEC柱(强轴)抗震性能试验研究

基于现阶段关于PEC柱抗震性能方面研究的不足。以轴压比、钢材等级及加载方式为参数,设计制作了8个PEC柱1∶3缩尺模型并完成了低周往复加载试验。分析了试件的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能、强度退化、刚度退化等力学性能,研究结果表明:试件破坏形态为压弯破坏,滞回曲线基本呈对称的饱满梭形,具有良好的塑性变形及耗能能力。试件承载力随轴压比增加而增加,但同时也会造成延性性能变差。试件在等幅阶段多次循环及加大级差加载后的强度、刚度退化均相对稳定,承载力、耗能变化不大。单纯提高钢构件的强度并不能有效提高PEC柱的承载力,应注重钢材与混凝土的强度等级之间的匹配性,Q345钢不宜与强度等级低于C35的混凝土组合使用,为PEC柱构件在工程上的应用提供了参考。

半刚性节点框架PEC柱在重复地震作用下的抗震性能试验研究

实际震害中孤立型地震发生概率较低,主震发生后大部分伴随多次余震。考虑框架屈服顺序依次为梁翼缘、柱、节点角钢,设计制作3榀半刚性节点PEC柱-型钢梁框架,完成首次低周往复荷载试验,研究其抗震性能。对满足“强节点、弱构件”的KJ-3框架拆除钢梁后的两根PEC柱进行第2次低周往复荷载试验,展开PEC柱在重复地震作用下的抗震性能对比分析。试验结果表明:梁柱节点增设腹板连接角钢时,梁截面充分参与传力,可改善结构整体工作性能。PEC柱在经历重复地震作用时,承载能力有一定程度降低,但强度退化稳定,耗能性能良好,破坏层间位移角均大于“大震不倒”弹塑性层间位移角限值1/50的要求。研究成果可为梁柱半刚性节点性能优化及PEC组合柱的应用提供试验依据。

螺栓垫板连接式双肢冷弯C形钢门式刚架抗震性能研究

双肢冷弯C形钢门式刚架是一种新型组合截面门式刚架结构体系,该结构的构件通过垫板和高强螺栓将冷弯型钢拼合成双轴对称截面,便于梁柱节点的连接,有效提升了构件的承载能力。对5个刚架进行拟静力试验,对11个刚架进行有限元分析,以分析梁腹板高度、C形钢厚度、柱翼缘宽度、柱腹板高度、节点板厚度、屋面坡度和刚架跨度7个参数对双肢冷弯C形钢门式刚架破坏形态和抗震性能的影响。分析结果表明,C形钢厚度、柱腹板高度、柱翼缘宽度、刚架跨度对双肢冷弯C形钢门式刚架抗震性能影响显著,并根据正交试验分析结果发现了影响该类结构极限承载力和柱顶破坏位移的参数顺序,得到了两项结果最大时的参数组合,推导出了在适用范围内刚架抗震性能特征极限承载力和柱顶破坏位移的计算公式。

焊接H形钢PEC短柱弱轴偏心受压性能研究

为了研究PEC(partially encased concrete)组合短柱(弱轴)偏心受压的破坏模式、破坏特点和极限承载性能,将翼缘宽厚比、混凝土强度和荷载作用点作为参数,对PEC结构的焊接H型钢短柱做有关弱轴的研究,包括偏心试验和模拟分析。试验和模拟表明,PEC结构的焊接H型钢短柱(弱轴)失效特征为柱内混凝土受压区局部粉碎,受拉区开裂,横向系杆间柱翼缘局部向外凸曲,核心混凝土受横向系杆、翼缘及腹板的共同约束,达到最大承载力后试件仍具有牢靠的承载力,且变形良好。当翼缘宽度不变时。翼缘宽厚比降低致使PEC柱的最大承载力增加。相反,负载偏心距的增加导致结构最大承载力降低。Q235钢搭配C30或C40混凝土时,随混凝土强度增加,翼缘宽厚比较大的试件承载力明显提升;Q235钢与C50混凝土相配度不高,建议采用C30或C40混凝土。

焊接H形钢PEC短柱弱轴偏心受压性能试验简介

部分包裹混凝土组合柱(Partially Encased Concrete Composite Column,简称PEC柱)作为一种新型组合构件,整体制作较为简单。在H形钢两侧翼缘之间焊接横向系杆,并在内部浇筑混凝土,填充混凝土可提高开口截面钢的局部稳定性,而钢的外包约束可抑制混凝土早期开裂,构件承载力高,抗震性能好,且具有可预制性和可装配性,在预制化方面的优势符合我国大力发展装配式建筑的政策导向。

双肢冷弯C形钢门式刚架抗震性能

冷弯C形钢在轻钢结构中应用广泛,采用垫板加高强螺栓的连接方式,拼合形成双轴对称截面,构建了一种组合截面门式刚架结构。对5榀平面刚架试件进行拟静力试验,分析其破坏特征、耗能能力、抗侧承载力等力学性能,探究柱腹板高度及刚架跨度对此类刚架结构抗震性能的影响。研究发现:该类门式刚架结构抗震性能良好,具有较好的耗能能力,抗侧力能力满足规范要求;节点传力可靠,可实现"强节点弱构件"和"强柱弱梁"的抗震设计要求;设计时可根据荷载情况增加柱腹板高度,但对刚架跨度一定要综合考虑梁柱线刚度比的大小,避免出现斜梁约束不足无法有效传力的情况。

钢管混凝土框架支撑结构二阶效应直接分析

为研究二阶效应对钢管混凝土框架中心支撑结构内力和变形的影响,以某高层钢管混凝土框架中心支撑住宅为例,通过设置假想水平力,引入结构和构件的初始几何缺陷以及残余应力,同时考虑P-Δ和P-δ效应,使用直接分析法对结构二阶效应进行分结果表明:整体缺陷加剧结构的二阶效应,产生的位移增量明显大于构件缺陷所产生的位移增量;考虑P-Δ-δ效应的柱弯矩远大于只考虑P-Δ效应的柱弯矩,但对剪力和轴力影响不明显.

裂缝控制技术在大体积混凝土工程中的应用

文章以包头市某大型筏板混凝土基础工程为例,根据其结构特点,精心选取原材料,优化混凝土的配合比,并通过不同的气候变化制定科学的施工方案,最后对该基础大体积混凝土的温度变化进行实时的温度监控,利用温度变化的特点及时调整控制措施,满足混凝土的内外温差的工程要求,保证该工程顺利施工。

双肢冷弯C型钢蒙古包刚架的平面内稳定性

为了解决新型双肢冷弯C型钢蒙古包结构在冰雪等竖向荷载工况下可能出现的失稳问题,对带陶脑的双肢冷弯C型钢门式刚架平面内的稳定性展开研究,通过改变斜梁坡度、刚架高跨比、陶脑直径3种参数下的刚架试验与数值模拟,对该类门式刚架的破坏形态和承载力等方面进行了分析和探讨.研究结果表明:斜梁坡度和陶脑直径的增加会使刚架承载力增加,刚架高跨比的增加会使刚架承载力降低;综合考虑斜梁坡度对刚架稳定承载力和柱顶侧移的影响,建议刚架的斜梁坡度设计为20°以内,此时《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》对柱计算长度系数的计算偏于安全,满足工程设计要求.

部分包覆钢-混凝土十字形和T形截面组合柱抗震性能及轴压比限值分析

为解决传统矩形截面柱柱楞突出墙面及柱梁在弱轴方向连接的复杂问题,以试验轴压比为参数,完成了3个十字形和3个T形截面的部分包覆钢-混凝土组合柱拟静力试验,分析其破坏形态和抗震性能指标。建立ABAQUS数值分析模型,并以加载角度、轴压比为参数开展轴压比限值分析。研究结果表明:两类异形截面柱最终均呈现压弯破坏,滞回曲线饱满,承载力稳定,延性和耗能性能良好;十字形和T形截面柱最不利加载角度均为45°。提出了部分包覆钢-混凝土组合柱的试验轴压比与设计轴压比换算关系,以位移延性系数为衡量标准,在抗震等级为一、二、三级时,建议十字形截面柱的设计轴压比限值分别取0.6、0.7、0.8,T形截面柱分别取0.35、0.45、0.55。

部分包覆钢-混凝土组合暗柱RC短肢剪力墙抗震及其修复试验研究

一字形RC短肢剪力墙因延性及平面外稳定性差而在高层建筑应用中受到限制,为此,设计并制作了2片剪跨比为2的部分包覆钢-混凝土组合暗柱RC短肢剪力墙,进行了拟静力试验,研究了轴压比对剪力墙抗震性能的影响。结果表明:剪力墙表现为剪切黏结破坏,滞回曲线呈反S形,具备较好的延性及耗能性能。基于试验结果,对震后2片剪力墙采用增设栓钉的方式进行了修复处理并完成了拟静力试验。结果表明:修复剪力墙呈剪切斜压破坏,滞回曲线呈较为饱满的梭形,整体工作性能得到明显改善,承载力基本能恢复至震损前水平,但延性及耗能能力略有下降;随轴压比增大,对原剪力墙与修复剪力墙的承载力影响不大,延性下降,耗能能力略有提升。根据试验结果,提出一字形部分包覆钢-混凝土组合暗柱RC短肢剪力墙受剪承载力计算式,计算值与试验值之比为0.973,两者吻合较好。

双肢冷弯C型钢蒙古包刚架稳定性试验

基于草原地区冷弯型钢蒙古包研究的基础,以其一榀平面刚架为研究对象。对5榀刚架进行稳定性试验及有限元模拟研究,分析其破坏模态、承载力、柱顶侧移、屈服机制等,探究斜梁坡度及高跨比对刚架稳定性的影响。结果表明:刚架破坏主要是以梁上、下端C型钢局部屈曲导致整体平面内失稳;增大斜梁坡度和减小高跨比均能提高刚架承载力,提高刚架整体稳定性;刚架柱顶侧移随着斜梁坡度增加而增大,高跨比对柱顶侧移影响较小;刚架斜梁坡度和高跨比的增大均会使刚架柱顶部屈曲破坏提前,改变刚架整体破坏模态;设计时应综合考虑斜梁坡度对柱顶侧移和承载力的影响,合理增加刚架柱刚度,可防止柱顶侧移过大导致刚架失稳。最后采用有限元与试验进行对比并相互验证,为此类结构深入研究提供参考。