严寒地区矩形钢管混凝土截面温度分布试验

为研究严寒地区钢-混凝土组合结构的温度荷载,以西宁市作为严寒地区的代表,在现场进行了水平放置带加劲肋的矩形钢管混凝土构件截面温度场测试试验,对日照作用下钢管混凝土构件截面温度分布进行了研究。同时还将矩形钢管混凝土构件的三维温度场简化为二维温度场,建立了ABAQUS有限元热力学分析模型,在考虑太阳辐射、风速以及环境温度等参数的作用下提出了构件截面温度场有限元计算方法。结果表明:钢管混凝土构件钢管测点及管内混凝土测点温度的实测值均与有限元计算值吻合良好;考虑日照作用的矩形钢管混凝土截面温度场为非均匀温度场,构件截面存在着明显的温度梯度;钢管温度受到环境温度的直接影响,其温度变化略微滞后于环境温度变化,温度极值明显大于环境温度极值;管内混凝土的温度则受到环境温度的间接影响,其温度变化明显滞后于环境温度变化,温度极值则小于钢管温度极值;矩形钢管混凝土截面温度分布还会受到管内纵向加劲肋的影响,该加劲肋增大了其与混凝土的接触面积,减少了管内混凝土温度变化的滞后程度,降低了构件截面的梯度温差。

基于性能的三层全钢管混凝土框架试验研究

为了研究全钢管混凝土框架结构的抗震性能,对一榀单跨3层方钢管混凝土柱-矩形钢管混凝土梁框架结构进行拟静力试验,研究了该结构的滞回性能、延性、承载力与刚度退化、耗能能力等性能指标,并通过有限元模拟,分析了矩形钢管混凝土梁的受力机理.研究结果表明:此类全钢管混凝土框架结构滞回曲线饱满,延性系数大于3,层间位移转角在1/43~1/27之间,层间塑性变形能力随着框架柱长细比及梁柱线刚度比的增加逐渐减小,等效粘滞阻尼系数在0.115~0.441之间,强度退化不明显,但刚度退化较为明显;在加载过程中,梁端、柱根部屈服后,随着荷载的增加,中和轴向受压区逐渐移动,极限荷载时混凝土受拉区达到最大.

矩形钢管混凝土构件剪切性能研究

为研究矩形钢管混凝土构件的剪切性能,建立矩形钢管混凝土构件受剪的有限元模型,并采用现有的试验数据对该模型进行验证。利用该模型进行机理分析和参数分析,分析剪应力的分布规律,并分析截面高宽比、截面尺寸和约束效应系数对核心混凝土抗剪强度的影响规律。研究结果表明:钢管的剪力主要由钢腹板承担;随着钢管约束效应系数的增大,核心混凝土的抗剪强度明显提高;截面高宽比和截面尺寸不影响核心混凝土的抗剪强度。在参数分析和机理分析的基础上建议了矩形钢管混凝土构件抗剪承载力的简化计算公式。

内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱生命周期内的力学性能

为了研究内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱在生命周期内的受力机理,利用有限元软件ABAQUS建立该类短柱的计算模型,并与已有的相关试验结果进行对比。模型中将钢管初应力和长期荷载作为生命周期内的主要因素进行考虑,分析了内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱生命周期内的荷载-变形全过程曲线、跨中截面各部件纵向应力分布和钢材与混凝土之间的相互作用力;考察了初应力系数、长期荷载比和含钢率对构件承载力和变形的影响规律。结果表明:考虑钢管初应力和长期荷载作用的内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱极限承载力与一次加载情况下相比变化不明显,但极限承载力对应的纵向应变增长84.2%;在长期持荷阶段,核心混凝土发生卸载现象,其承担的荷载下降了30%左右,再加载阶段又继续承载;钢管与混凝土之间的接触应力在中截面处最大,沿构件长度方向逐渐向两端减小;随着钢管含钢率增大,构件极限承载力增大,变形减小,而型钢含钢率对构件变形影响较小;随着初应力系数和长期荷载比的增大,构件纵向变形增大。

矩形钢管混凝土截面温度场的试验研究

分别在日照和阴凉条件下对一个矩形钢管混凝土试件进行截面温度场连续的试验观测,并结合有限元方法,在实测温度数据基础上分析矩形钢管混凝土截面温度场的分布规律。结果表明:截面温度场在时间和空间上的非线性分布明显;测点越靠近截面中心点,温度越低且变化越缓和;截面温度场在日照作用下比阴凉条件下整体偏高;日照作用下截面靠近管壁点与中间点最大温差为5.2℃,阴凉处最大温差为3.2℃;靠近管壁点的最高温、最低温和最大温差均比中间点和气温高,其变化趋势与中间点和气温相近;有限元计算结果与实测结果相符。

矩形钢管混凝土构件扭转性能及设计方法研究

基于ABAQUS软件,建立了圆形、方形及矩形钢管混凝土构件在纯扭矩作用时的数值模拟模型,并采用已有研究者完成的圆形及方形构件扭转试验结果对理论模型进行了验证,理论计算结果和试验结果总体上吻合良好。基于此理论模型,对影响矩形钢管混凝土构件扭转力学性能的主要因素进行了分析,考虑了钢材强度、混凝土强度、含钢率和截面高宽比等的影响。结果表明,钢材强度及混凝土强度只影响矩形钢管混凝土纯扭构件的Tθ关系曲线数值,对其形状影响不明显,含钢率和截面高宽比对Tθ关系曲线的数值和初始刚度都有影响。在参数分析的基础上建议了矩形钢管混凝土构件抗扭强度承载力计算公式。

底部加强型矩形钢管混凝土柱抗震性能试验与分析

提出了一种底部加强型矩形钢管混凝土柱,采取在柱底部区域钢板外侧贴焊钢板的构造措施,以提高其抗震耗能能力。进行了3个不同构造的矩形钢管混凝土柱模型的低周反复加载试验,模型1为普通矩形钢管混凝土柱,模型2为矩形截面底部垂直加载方向钢板外侧贴焊钢板的钢管混凝土柱,模型3为矩形截面底部双向外侧钢板均贴焊钢板的钢管混凝土柱。模型按1/5缩尺。分析了各模型的承载力、刚度及退化过程、延性、滞回耗能特性和破坏特征。给出了底部加强型矩形钢管混凝土柱正截面及斜截面承载力的计算公式,计算与实测结果符合较好。研究表明:所提出的底部加强型矩形钢管混凝土柱与普通矩形钢管混凝土柱相比,其承载力明显提高,延性和抗震耗能能力显著提高。

矩形钢管混凝土柱-H形钢梁下栓上焊隔板贯通节点抗震性能试验研究

为研究新型矩形钢管混凝土柱-H形钢梁下栓上焊隔板贯通节点的抗震性能,设计了槽孔型、圆孔型和焊接型下栓上焊隔板贯通节点足尺试件,通过进行低周往复加载试验,考察不同的腹板连接构造形式对下栓上焊隔板贯通节点抗震性能的影响,并针对各试件的破坏特征和承载力、刚度、延性及耗能能力等抗震性能指标进行了试验数据的分析。最后运用力学分析的方法对节点的抗弯能力进行了理论研究,并与试验结果进行了比较。结果表明,不同的腹板连接构造对节点的抗震承载力影响不大,但对节点的延性、刚度和耗能能力有较大影响;适当降低节点域的刚度有利于改善节点的耗能性能;螺栓滑移能提高节点的耗能能力,对刚度退化的影响不大;圆孔型和焊接型节点具有较好的延性和较高的刚度;理论推导得出的节点抗弯承载力与试验结果相差在10%左右,且计算结果偏于安全。

矩形钢管混凝土短柱轴压承载力神经网络评估

人工神经网络在信息处理和计算方面优于传统方法 ,它不但具有一般的计算能力 ,还可以通过学习和记忆而获得知识进行推理 ,找出输入、输出、变量之间的关系从而得出结果。由于对矩形钢管混凝土的研究不够深入 ,故各种因素对矩形钢管混凝土短柱承载力的影响难以确定。探讨了用人工神经网络理论预测矩形钢管混凝土轴心受压构件强度承载力的可行性 ,在矩形钢管混凝土轴心受压短柱强度承载力试验的基础上 ,训练了一个三层 BP网络模型 ,并对矩形钢管混凝土轴心受压短柱强度承载力进行了预测 ,从而为承载力的评估提供了一种不同于传统思路的新方法。

基于性能的高层钢-混凝土混合结构住宅设计

结合建设部2004年科技示范工程-南宁湖滨大厦的设计,介绍钢-混凝土混合结构技术在高层住宅的应用。对高层住宅钢-混凝土混合结构体系进行受力特点和弹塑性性能分析,基本构件和节点的计算与设计,矩形钢管混凝土柱的耐火设计以及对减少该体系钢柱与混凝土墙体这两类竖向构件差异缩短提出相应措施,供同类工程参考。

非等壁厚矩形钢管混凝土构件抗弯性能研究

探讨非等壁厚矩形钢管混凝土构件的抗弯性能,进行了5根梁的试验研究,主要考虑不同的拉压区钢管壁厚对构件抗弯性能的影响。试验结果表明,非等壁厚矩形钢管混凝土受弯构件具有良好的抗弯承载力和延性,直至试验结束,荷载未出现下降阶段。同时,采用纤维模型数值方法得到了非等壁厚矩形钢管混凝土的受力全过程曲线,计算结果与试验结果相吻合。与等壁厚矩形钢管混凝土相比,相同用钢量下,非等壁厚矩形钢管混凝土构件具有更大的抗弯承载力,并且通过提升混凝土强度与上下壁钢管的屈服强度,能够更加有效地提升构件的抗弯承载力。

矩形钢管混凝土横向局压力学性能分析

首先简要介绍了国内外已报道的矩形钢管混凝土试件横向局压力学性能的试验结果;然后,在确定了钢材和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,利用有限元软件ABAQUS建立了矩形钢管混凝土横向局压力学性能有限元分析的理论模型;最后,进行了模拟结果与试验结果的比较。结果表明,有限元模型可以很好地模拟横向局压情况下矩形钢管混凝土的钢管屈曲模式、核心混凝土破坏形态及承载力,该理论模型可用于分析横向局压情况下矩形钢管混凝土的工作机理。

火灾后内配H型钢的矩形钢管混凝土柱剩余承载力有限元分析

该文采用ABAQUS有限元软件建立了火灾后内配H型钢的矩形钢管混凝土柱模型,计算了常温下与火灾后该构件的轴向荷载-位移关系曲线,对火灾后的受力性能进行了分析;此外与相同含钢率的钢管混凝土柱构件火灾后剩余承载力进行了对比,发现内配型钢钢管混凝土柱剩余承载力较钢管混凝土柱得以增强,且构件延性优于钢管混凝土;同时对比了强、弱轴两种加载方式下该类构件火灾后剩余承载力,最后对影响火灾后该类构件剩余承载力的主要因素进行了参数分析,发现升温时间、截面周长和长细比对其影响较为显著。

基于MIDAS/Gen型钢混凝土结构静力弹塑性分析

提出按照等代刚度的原则,介绍一种运用"等效柱"代替原结构中的矩形钢管混凝土柱,进行静力弹塑性分析的方法,并能在实际工程中得到应用,结果显示,该方法解决了对带有复杂截面的构件进行弹塑性分析的问题。

某混合结构高层建筑结构设计

某超高层混合结构高度193m,高宽比8.8,采用矩形钢管混凝土框架-核心筒结构体系。结构存在高度、扭转不规则、楼板局部不连续、侧向刚度不规则超限内容。分别采用结构设计软件ETABS和SATWE对结构进行了弹性整体计算、弹性时程分析和楼板应力分析,采用SAP2000软件进行了罕遇地震下弹塑性静力弹塑性分析,通过对计算结果的分析,表明结构设计是安全可靠的。

某超高层建筑斜交网格平面典型节点试验

某超高层建筑采用斜交网格外筒和钢筋混凝土核心内筒构成的新型筒中筒结构体系,斜交网格外筒由不同角度的矩形钢管混凝土柱斜向相贯而成。为了了解斜交网格外筒平面典型节点实际的受力状况,验证其构造的合理性,对两个相似比为1∶3的平面典型节点模型进行了静力试验,并使用有限元软件ABAQUS对节点模型试验过程进行了数值模拟。结果表明两种加载模式下节点均满足该建筑结构设计承载力的要求,且具有较高的安全性。

矩形钢管混凝土组合桁梁连续刚构桥实桥试验

为了研究矩形钢管混凝土组合桁梁桥这种主梁由矩形钢管混凝土桁架和混凝土桥面板组成的新桥型的力学性能,以中国首座矩形钢管混凝土组合桁梁桥为对象开展了实桥试验。试验桥孔跨布置为24m+40m+24m,结构体系为连续刚构。试验采用400kN加载卡车3辆,共进行了3个荷载工况12个加载步的加载,对试验桥的整体力学性能、矩形钢管混凝土杆件力学性能以及桥面板有效宽度进行了研究。试验结果表明:在荷载效率为1.90~3.05的超载工况下各控制杆件的轴力-应变及荷载-位移实测数据线性关系显著,试验桥在加载过程中始终处于良好的弹性工作状态;实测受压钢管混凝土下弦杆钢管与管内混凝土荷载的分配符合二者的轴向抗压刚度比例关系;由于矩形钢管混凝土管壁内设置了纵向PBL加劲肋(开孔钢板加劲肋),其在开孔区域形成混凝土榫,大幅提高了矩形钢管混凝土杆件的抗拉刚度,使其可达受压杆件刚度的80%;两主桁之间桥面板实测有效宽度与既有文献研究结果符合良好,且剪力滞效应在节点处比节间处表现得更为明显。

圆端形钢管混凝土短柱轴压性能仿真分析

基于ABAQUS内核脚本接口,运用Python语言编写圆端形钢管混凝土的参数化建模程序,采用Von Mises、Concrete Smeared Cracking、Concrete Damaged Plasticity 3种混凝土材料模型,开展了圆端型钢管混凝土短柱轴压性能非线性有限元分析,并与已有实验结果进行比较,以校验模型的适用性。最后,分析了不同截面高宽比对构件约束效应和承载性能的影响。结果表明:基于脚本语言的参数化建模方法很大程度上提高了构件建模和分析效率;Concrete Damaged Plasticity模型相对其他两种模型更具合理性;截面半圆和直边附近区域分别为核心混凝土的强/弱约束区,整体约束效应随着高宽比增大而减弱;约束效应的减弱对极限承载力的影响不明显,但会导致构件塑性和延性的明显减小。

《钢管混凝土结构技术规范》中承载力公式的一致性研究

国家规范《钢管混凝土结构技术规范》(讨论稿)是基于CECS 254:2012、CECS 28:2012和CECS 159:2004等行业技术规程进行制定,相关承载力的计算公式来自不同的规程,公式表达形式差别较大,因此存在一定的兼容问题。为此,对规范中圆形和矩形钢管混凝土承载力计算方法进行系统的研究,分析不同规程的承载力在公式形式和计算精度上的差异性和一致性。结果表明:不同规程的承载力公式虽然在形式上存在一定的差异,但是其内在本质规律相同;通过和大量试验数据的对比,证明了承载力公式的精度都在工程容许的范围内,且总体偏于安全,初步证明国家规范中相关承载力计算方法的一致性和合理性。

钢筋贯通式混凝土梁-开洞方钢管混凝土柱节点受力性能试验研究

设计提出了一种钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁纵筋贯通、方钢管开矩形洞并补强的新型RC梁-钢管混凝土(concrete filled steel tube,CFST)柱节点。为研究该新型节点的受力性能,设计并制作了6个足尺寸试件,包括2个开洞并补强的CFST柱试件和4个RC梁-CFST柱节点试件。通过开展静力和拟静力试验研究,得出了试件的破坏特征、承载能力和抗震性能。结果表明:在节点区增加钢管壁厚进行开洞的等面积补强可以使开洞尺寸对柱试件轴压承载力的影响较小;梁柱节点试件呈现出RC梁端塑性铰延性破坏,且节点试件的滞回曲线有明显捏缩现象,均出现较明显的强度与刚度退化;当柱轴压比由0.3增大到0.6时,中柱节点的承载力和等效黏滞阻尼系数分别降低了2.7%和6.0%;梁柱节点试件的平均位移延性系数为3.2,展现出良好的变形能力。试验研究表明,该新型RC梁-CFST柱节点具有较好的抗震性能,能够实现“强节点弱构件”的设计目标。