往复荷载作用下矩形钢管混凝土构件力学性能的研究

以往 ,国内外学者对矩形钢管混凝土构件滞回性能的研究尚少见报道。本文以矩形钢管混凝土构件截面高宽比和轴压比为主要参数 ,进行了 3 0个构件滞回性能的实验研究。利用数值方法分析了矩形钢管混凝土构件的滞回性能 ,理论计算结果与实验结果吻合较好。利用数值方法 ,系统分析和考察了轴压比、长细比、含钢率、截面高宽比、钢材屈服强度和混凝土强度等参数对滞回曲线骨架线的影响规律 ,在此基础上 ,提出了矩形钢管混凝土构件弯矩 -曲率和P -Δ滞回关系模型 ,以及位移延性系数的简化计算方法。

长期荷载作用对矩形钢管混凝土轴心受压柱力学性能的影响研究

考虑长期荷载作用效应的影响 ,进行了矩形截面钢管混凝土 (以下简称矩形钢管混凝土 )轴心受压构件变形和承载力的试验研究。基于美国混凝土学会 (ACI 1992 )提供的混凝土徐变和收缩模型 ,对长期荷载作用下矩形钢管混凝土构件的变形进行了计算 ,理论结果和试验结果吻合较好。利用数值方法分析了考虑长期荷载作用影响时 ,矩形钢管混凝土轴心受压柱的荷载 -变形关系曲线 ,理论计算曲线和试验曲线基本吻合。在系统分析了长细比、截面含钢率、钢材种类和混凝土强度等因素影响的基础上 。

单面受火的矩形钢管混凝土柱截面温度场分析

运用有限元分析软件ANSYS建立了单面火灾作用下矩形钢管混凝土柱截面温度场计算模型,并将计算结果与以往试验结果进行对比,理论分析结果与试验结果吻合良好.在此基础上,对单面火灾和四面火灾作用下矩形钢管混凝土柱截面温度分布形式进行了对比分析,分析表明,单面火灾作用下,矩形钢管混凝土柱截面温度整体较低,材料损伤程度较轻,因而有利于提高构件的抗火性能.但截面温度分布呈单轴对称,产生初始挠度与附加偏心距,明显区别于四面火灾作用下构件的耐火性能.在工程常用范围内,分析了升温时间、含钢率、截面宽度、高宽比、保护层种类及厚度等参数对矩形钢管混凝土截面温度场的影响规律.结果表明:升温时间、截面宽度、保护层种类及厚度对矩形钢管混凝土温度场影响较大.温度场研究结果为单面火灾作用下矩形钢管混凝土柱耐火性能分析和抗火设计提供了理论基础.

矩形冷弯型钢钢管混凝土柱的力学性能研究

进行了8个冷弯型钢钢管混凝土构件的试验,表明其具有良好的力学性能。在确定组成矩形冷弯型钢钢管混凝土的钢材和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,利用数值解法对其轴压、纯弯和压弯构件的荷载-变形关系进行了全过程分析,分析结果与试验结果吻合良好。最后在参数分析的基础上,提供了轴压、纯弯和压弯构件承载力的实用计算方法。

矩形FRP-钢复合管混凝土短柱的轴压试验研究

本文通过9根矩形FRP-钢复合管混凝土短柱的轴压试验,研究截面倒圆角、FRP类型、FRP层数对其轴压性能的影响。研究结果表明,对于矩形FRP-钢复合管混凝土短柱,倒圆角可改善其截面角部的应力集中效应,改善FRP在截面角部的受力,提升FRP的增强效果;FRP约束能够延缓和抑制钢管的局部屈曲,相对于钢管混凝土对比柱,FRP-钢复合管混凝土柱的承载力和延性均有显著提高;对比不同FRP类型,CFRP对承载力及屈服后刚度的提高优于BFRP。

底部加强型矩形截面钢管混凝土叠合柱抗震性能研究

提出了一种底部加强型矩形截面钢管混凝土叠合柱,采取在柱底部区域钢管周边贴焊钢板的构造措施,以提高其抗震耗能能力。进行了3个不同构造尺寸的矩形截面钢管混凝土叠合柱模型的水平低周反复荷载试验。模型的原型为北京平西府地铁超大平台结构的一种组合柱,模型按1/5缩尺。试件1为普通矩形截面钢管混凝土叠合柱试件,试件2为在试件1的底部钢管受弯应力较大的管壁外侧贴焊钢板的试件,试件3为在试件1的底部钢管四周外侧贴焊钢板的试件。分析了各试件的承载力、刚度及其退化过程、延性、滞回耗能特性和破坏特征。提出了底部加强型矩形截面钢管混凝土叠合柱正截面及斜截面承载力计算公式,计算结果与实测符合较好。研究表明:所提出的底部加强型矩形截面钢管混凝土叠合柱与普通矩形截面钢管混凝土叠合柱相比,承载力、延性和抗震耗能能力显著提高。

三面火灾作用下方钢管混凝土柱温度场研究

为研究三面火灾作用下方钢管混凝土柱抗火性能,分析了三面受火的方钢管混凝土柱截面温度分布,并与以往试验结果进行对比,理论分析结果与试验结果吻合良好.在此基础上,对三面火灾和四面火灾作用下方钢管混凝土柱截面温度分布形式进行对比,分析了升温时间、截面边长、含钢率、保护层类型及厚度的影响规律.分析结果表明,升温时间、截面边长、保护层类型及厚度是三面火灾作用下方钢管混凝土柱截面温度场的主要影响参数.

矩形钢管混凝土柱的防火保护

简要介绍了关于火灾下矩形钢管混凝土柱力学性能的研究成果。对构件耐火性能的实验情况、影响耐火极限的重要因素和确定厚涂型方钢管混凝土保护层厚度的实用计算方法作了详细说明 ,并结合工程中矩形钢管混凝土柱的抗火设计实例 ,说明规程课题组提出的抗火设计方法的有效性。

底部加强矩形钢管混凝土柱抗震性能优化分析

为优化分析矩形截面钢管混凝土柱抗震性能影响参数,提出在底部外侧贴焊钢板的加强矩形钢管混凝土柱。在试验基础上用ABAQUS软件对轴压比、混凝土强度等级、底部加强钢板高度及厚度对试件影响进行数值分析,并与试验对比。结果表明,随轴压比增大试件承载力、延性逐步下降;随混凝土强度等级提高试件承载力提高,但下降段变陡,延性降低;随加强钢板高度增加试件承载力稳步增大,耗能能力提高,延性近似相等;随加强钢板厚度增加承载力提高幅度有限。在满足构造要求下,底部加强矩形截面钢管混凝土柱结构综合抗震耗能良好,可用于高层建筑结构抗震设计。

主管内填混凝土对矩形钢管节点受力性能的影响

为研究主管内填混凝土对矩形钢管节点受力性能的影响,探讨主管内填混凝土矩形钢管节点的受力机理,对比分析了主管内填混凝土矩形钢管节点和空钢管节点的受压、受拉和受弯性能,结果表明主管内填混凝土能够改善节点的受力性能,显著提高矩形钢管受压节点的承载力,受压节点的破坏模式转变为横向局部承压破坏;对矩形钢管受拉节点承载力提高不明显,但提高了节点的刚度,改变节点的破坏模式;能够提高受弯节点的刚度和承载力,其破坏模式可采用支管受拉翼缘有效宽度模型.主管内填混凝土后矩形钢管节点的承载力可根据对应的破坏模式来计算.

矩形钢管-钢骨高强混凝土梁抗弯承载力计算

为了进一步研究钢管-钢骨高强混凝土构件抗弯承载力极限状态的力学性能,根据中和轴的位置不同,将破坏模式分为多种情况,采用改进的叠加方法计算了矩形钢管-钢骨混凝土受弯构件的正截面承载力,给出了工程中典型的破坏模式,即钢管受压、受拉区均屈服、钢骨受拉区屈服的承载力计算公式.该方法克服了简单叠加法和一般叠加法在计算上的明显缺陷,计算精度较高,得出的承载力计算公式可为工程应用提供理论参考.

往复荷载作用下矩形钢管混凝土压弯构件承载力计算

本文基于往复荷载作用下矩形钢管混凝土压弯构件的实验结果,比较了国内外比较典型的设计规范(程),包括英国BS5400(1979)、美国ACI318-99(1999)和AISC LRFD(1999)、日本AIJ(1997)、欧洲EC4(1994)、中国GJB4142 2000(2001)和福建省地方标准(送审稿),及本文数值方法在计算往复荷载作用下矩形钢管混凝土压弯构件承载力的差异。结果表明,在进行往复荷载作用下矩形钢管混凝土压弯构件承载力计算时,各种计算方法获得的承载力都偏于安全,其中,数值计算结果与实验结果最接近,GJB4142 2000(2001)的计算结果与实验结果吻合程度稍差,ACI318-99(1999),EC4(1994)和福建省地方标准(送审稿)的计算结果比实验结果约低20%,而BS5400(1979)、AISC LRFD(1999)和AIJ(1997)的计算结果比实验结果总体上低30%以上。本文结果可供进行矩形钢管混凝土结构设计时参考。

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。

厚壁方矩形管冷弯效应对比分析

为了对厚壁型钢管的冷弯工艺改进、性能分析、结构强度设计和数值模拟结果的验证提供重要依据,进行了冷弯厚壁钢管上截取的平板件、弯角件、母材和相应方、矩形截面短柱的力学性能试验研究,获得了短柱全截面屈服强度相对于母材强度的提高值。分别运用北美等国厚壁冷弯型钢规范、国内薄壁冷弯型钢规范以及相关文献中的修正规范,对我国厚壁冷弯方矩形型钢管全截面强度进行设计和对比分析。结果表明:因冷弯工艺不同,国外公式计算的结果高于国内短柱实测值,国内厚壁冷弯型钢的强度设计不能照搬现有的国外厚壁冷弯型钢设计规范;国内薄壁公式能否适用要视型钢的冷作硬化效应程度决定;原料的强屈比和冷弯应变程度越大,则冷作硬化效应越大;焊接热使板件受到低温"退火"的作用不可忽略,其常常导致竖直配辊冷弯厚壁矩形型钢时,两竖直侧平板件强度低于母材。

主管内填混凝土对矩形钢管桁架受力性能影响

为了解主管内填混凝土对矩形钢管桁架受力性能的影响,在试验研究的基础上,进行了主管内填混凝土对矩形钢管桁架结构节点、杆件承载力和刚度的影响分析,并探讨了其失效机理。结果显示:主管内填混凝土改变了节点的失效模式,但节点仍然是桁架结构的薄弱部位;主管内填混凝土能够明显提高受压节点的承载力和刚度,但受拉节点的承载力和刚度提高程度不明显;主管内填混凝土能够很好地协助受压主管受力,并提高受压主管刚度,而受拉主管的承载力和刚度提高程度不明显;对受压支管承载力有一定影响,而对受拉支管影响很小。探讨了目前规程关于受压节点的破坏模式和承载力计算,以及主管内填混凝土后的矩形钢管桁架结构变形的计算,提出了考虑节点变形影响的实用计算方法,为主管内填混凝土矩形钢管桁架结构的应用提供参考。

高强钢焊接薄腹矩形管截面压弯构件平面内的极限承载力

本文采用ANSYS有限元软件建立模型分析了高强钢(名义屈服强度为460 MPa)腹板高厚比超限的焊接矩形管截面偏压构件的极限承载力,以及构件长细比、腹板高厚比、翼缘宽厚比和相对偏心率对极限承载力的影响,提出腹板高厚比超限高强钢压弯构件平面内极限承载力计算公式.研究表明:考虑初弯曲和残余应力影响的双重非线性有限元模型能够很好地模拟高强钢焊接箱形截面偏心受压构件的局部-整体相关屈曲;高强钢薄腹矩形管截面压弯构件平面内无量纲化极限承载力Pu/(Afy)与构件长细比、腹板高厚比和翼缘宽厚比近似为线性关系;高强钢薄腹矩形管截面偏压构件的轴力和弯矩相关曲线近似为直线;按边缘纤维屈服准则推导的公式经过修正之后可用于计算高强钢压弯构件局部-整体相关屈曲的极限承载力.

冷弯薄壁矩形管板组相关屈曲压弯承载力研究

冷弯薄壁矩形钢管柱易发生局部屈曲破坏.为了研究冷弯薄壁矩形钢管柱的压弯承载性能,建立并验证了冷弯薄壁矩形钢管柱非线性有限元模型.采用上述模型对不同轴压比、翼缘宽厚比及腹板宽厚比的884个受常轴压力、变水平力作用的矩形钢管柱进行参数分析,研究了构件承载极限状态的截面破坏形式和抗弯承载力.结果表明:冷弯薄壁矩形钢管柱绕强轴压弯过程主要出现两种破坏模式,比如:全截面屈服和受压翼缘与腹板屈曲.结合极限状态的应力分布特征,基于有效塑性宽度法提出了考虑板组相关屈曲的冷弯薄壁矩形钢管柱的极限抗弯承载力计算公式,其预测值与有限元模拟结果吻合良好.

反复荷载下矩形钢管混凝土柱的抗震性能Ⅰ:试验研究

本文介绍了16根1/2比例的矩形钢管混凝土柱在常轴力和侧向低周反复荷载作用下的抗震性能试验研究,描述了构件的非线性发展过程及破坏形态,研究了不同试验参数(包括柱的轴压比、截面长宽比、含钢率、加载方向等)对矩形钢管混凝土柱抗震性能的影响。本文的工作可为矩形钢管混凝土结构的工程实践及相关标准的编制修订提供参考。

矩形钢管混凝土翼缘的H型蜂窝组合中长柱偏压性能

为研究矩形钢管混凝土翼缘的H型蜂窝组合柱(STHCC)的偏压力学性能,以偏心距、长细比、翼缘钢管厚度及核心混凝土立方体抗压强度为主要控制参数,设计17根STHCC中长柱试件。基于考虑套箍效应的混凝土本构模型和简化的钢材模型,利用有限元软件ABAQUS建立8根STHCC和2根方钢管混凝土柱的有限元模型并开展轴压和偏压分析,获得试件的荷载-位移曲线,与已有试验数据对比,二者吻合较好,验证有限元建模的合理性。同时,对17根STHCC中长柱试件进行扩展参数分析,考察不同参数对中长柱偏压极限承载力的影响规律,获得跨中截面沿高度应变分布曲线和荷载-挠度曲线。结果表明:偏压作用下,STHCC中长柱截面应变变化基本符合平截面假定;随偏心距和长细比的增大,STHCC中长柱偏压的极限承载力逐渐降低,而随核心混凝土强度和翼缘钢管厚度的增大,STHCC中长柱偏压的极限承载力逐渐增大,提高核心混凝土强度和钢管厚度可有效提高组合柱的偏压极限承载能力。统计回归该类组合中长柱偏压极限承载力计算表达式,为进一步开展该类组合柱抗震性能研究奠定基础。

矩形钢管混凝土柱力学性能非线性有限元分析

为了更好地研究矩形钢管混凝土柱的力学性能,在以往试验和理论研究的基础上,提出一种适用于任意截面形状的三节点八自由度单元模型.结合混凝土和钢材的本构关系建立了非线性有限元模型,用于对单调和反复加载受力方案进行计算分析.对包括纯弯、轴压、偏压和低周反复荷载等多种受力模式下的矩形钢管混凝土试件进行计算,并与试验结果进行比较,两者较为吻合,证明所提出的非线性有限元分析方法可以较好地模拟矩形钢管混凝土的受力和变形性能.