A New Method for Predicting the UL of Circular CFST Columns

Concrete filled steel tube structures have gained booming development in recent decades, especially in China. Simplified methods have been proposed in design codes, such as the Eurocode 4 (EC4) and the China engineering and construction specification (CECS). In EC4, the confinement effect is reasonably related to slenderness and load eccentricity. The CECS method is much straight forward in that the slenderness ratio and load eccentricity are treated as independent reduction factors. To make use of the advantages of both the CECS and the EC4 methods, the CECS method is modified to consider the confinement effect associated with slenderness and load eccentricity. It is shown that the proposed method can predict well the ultimate load capacity of circular section concrete filled steel tube columns.

钢管预置集料混凝土中长柱受压性能试验

为了探究钢管预置集料混凝土中长柱受压性能,首先,考虑混凝土类型、混凝土强度、径厚比、长径比和偏心率等参数影响,设计了11根钢管预置集料混凝土中长柱和3根普通钢管混凝土中长柱;其次,通过轴压和偏压试验,并结合有限元分析法,研究了试件破坏形态、承载力、变形特征等变化规律;最后,基于极限平衡理论,提出了适用于钢管预置集料混凝土中长柱轴压与偏压承载力计算公式。研究结果表明:钢管预置集料混凝土中长柱破坏形态与普通钢管混凝土中长柱的破坏形态相似,均为弯曲失稳破坏;钢管预置集料混凝土中长柱承载能力与普通钢管混凝土中长柱承载能力相当,但钢管预置集料混凝土试件轴向刚度是普通钢管混凝土试件轴向刚度的1.2倍左右,表现出良好的抗变形能力;钢管预置集料混凝土中长柱径厚比由39.75降低至19.88,承载能力提高33.8%;长径比由6增大至15时,承载能力降低20.5%;偏心率由0.25增大至1.0时,承载力降低49.5%;钢管预置集料混凝土中长柱稳定系数受混凝土强度和径厚比影响较小,但随着长径比和偏心率增大而近乎呈线性降低趋势。本文提出的承载力计算公式可为钢管预置集料混凝土中长柱设计提供参考。

大直径高精度后插法逆作柱施工垂直度控制

对于采用盖挖逆作法施工的结构,其临时竖向支撑体系是逆作施工的关键结构,一般为一桩一柱形式,施工方法有先插法和后插法两种,北京城市副中心站综合交通枢纽工程02标段逆作柱采用后插法施工,该建筑B3层为国铁轨行层,对逆作桩柱的施工精度要求非常高,通过对后插法逆作桩柱施工工序分析,可分为两个施工阶段,分别为逆作桩施工阶段和逆作柱植入施工阶段。分析逆作桩柱施工的两个阶段,研究在深厚砂层地质条件下,对后插法逆作桩柱的关键工序:逆作桩成孔、逆作柱加工精度、逆作柱植入施工等,分别制定相应的控制措施,确保逆作桩柱达到设计精度。

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。

不同去柱工况下多层钢框架结构抗连续倒塌机理研究

为探究不同去柱工况对多层钢框架结构抗连续倒塌性能影响,分别对中柱失效和角柱失效工况的2层2跨钢框架梁-柱子结构进行Pushdown加载试验,研究其在倒塌过程中的抗力曲线和破坏模式。试验结果表明:中柱失效下钢框架主要依靠弯曲机制和悬链线机制抵抗外加荷载,且悬链线机制具有一定的滞后性;而角柱失效下钢框架主要依靠弯曲机制抵抗倒塌,且由于空腹效应的存在,可以有效提高结构的抗倒塌承载力。随后通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA对所研究试件进行数值模拟,并对现实场景中可能出现的6种去柱工况分别进行抗连续倒塌分析。通过对比6种去柱工况钢框架结构的抗力曲线和抗倒塌风险可知:不同去柱工况下的钢框架结构水平约束条件不同,从而空腹效应发展也不尽相同;考虑空腹效应并考虑单位面积结构的承载力时,邻角柱失效与邻边柱失效工况下的钢框架结构具有较高的倒塌风险。

带有防火保护的圆钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能分析与设计

抗火性能是圆钢管约束钢筋混凝土柱设计时的关键问题之一,尽管目前相关研究已逐渐完善,但带有防火保护条件下该类构件的抗火性能研究与设计仍不充分,已有的行业标准中构件高温稳定承载力公式未与常温公式相连续,且其中的防火保护层设计公式不具有明确的物理意义。基于ABAQUS软件,该文开展了带有防火保护圆钢管约束钢筋混凝土柱在ISO 834标准火灾作用下温度场和耐火极限的有限元分析,研究了荷载比、截面尺寸、长细比、防火保护层厚度等关键参数对构件耐火极限的影响规律,并提出了钢管温度、钢筋温度以及混凝土等效温度的简化计算公式。结果表明:随着防火保护层厚度的增大,构件的耐火极限近似线性增大。基于系统性参数分析,提出了带有防火保护圆钢管约束钢筋混凝土柱高温下截面承载力和稳定承载力设计公式,以用于确定构件达到不同耐火极限所需的防火保护层厚度,该方法保持了与现行标准中常温承载力计算公式的连续性。

矩形钢管混凝土短柱的轴心受压性能分析

采用考虑钢—混界面的接触的非线性有限元方法分析了内加劲肋矩形钢管混凝土短柱轴心受压性能。分析结果表明,矩形钢管混凝土短柱的轴压破坏过程表现出明显的弹塑性特征,短柱破坏时,钢管中部的纵向应力水平普遍较高,横向应力仅在壁板的角点处偏高;钢管内壁设置的开孔钢板加劲肋能够有效约束钢管壁板的鼓曲变形,改善钢管壁板的屈曲形态,提高钢管壁板的屈曲荷载;开孔钢板加劲肋还能起到提高钢管壁板对管内混凝土约束作用的效果。

轴向约束型钢RPC混凝土异形柱耐火性能研究

为考察分析受轴向约束的型钢活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)异形柱的耐火性能,采用有限元软件ABAQUS构建火灾下型钢RPC混凝土异形柱热-力顺序耦合模型,并探究加载角、荷载比、偏心率等参数对其耐火性能的影响规律。研究表明:在一定加载角度范围内,型钢RPC混凝土异形柱的抗火性能随加载角的增大而增大;荷载比和偏心率也是影响型钢RPC混凝土异形柱耐火性能的重要因素,随着荷载比和偏心距的增大,构件的耐火极限相应降低。型钢RPC混凝土异形柱的耐火性能受偏心率、荷载角、荷载比等因素的影响逐渐增加,最终都表现为脆性破坏,其轴向变形呈现出基本恒定、缓慢下降和线性下降三个阶段。研究结果可为该类结构的防火设计提供理论依据。

螺栓法兰连接SRC柱抗震性能与可拆卸性能研究

提出了一种螺栓法兰连接可拆卸型钢混凝土柱,为研究其抗震性能和可拆卸性能,利用ABAQUS建立了螺栓法兰连接柱(DSRC柱)和型钢混凝土柱(SRC柱)数值模型。通过低周往复加载,分析了法兰板厚度、螺栓数量、轴压比、柱高比、含钢率对DSRC柱破坏模式和抗震性能的影响,结果表明:法兰板厚度和柱高比对DSRC柱破坏模式和抗震性能的影响较大。主要有2类破坏模式:当柱高比有≤1/2、或≥2/3且法兰板厚度较大时,构件的破坏模式为下柱及其连接破坏或下柱破坏,该类破坏模式的构件滞回曲线饱满,耗能能力较强,延性系数较大;当柱高比≥2/3且法兰板厚度较小时,构件的破坏模式为上柱及其连接破坏或上柱、下柱及其连接破坏,该类破坏模式的构件滞回曲线有捏缩现象,耗能能力较差。以螺栓损伤系数η和法兰板屈服程度w作为DSRC柱的可拆卸指标,并进行了可拆卸性能分析。结果表明:螺栓数量对可拆卸性能影响较大。当螺栓数量足够多且η和w均≤0.2时,可以实现DSRC柱的可拆卸。最后,基于下柱及其连接破坏、下柱破坏2种破坏模式,结合相关规范,提出了DSRC柱螺栓数量和法兰板厚度的设计建议;并结合有限元模型分析结果,对螺栓数量计算公式做出了修正。

腐蚀与荷载耦合作用下混凝土柱徐变机理研究

为了研究腐蚀与荷载耦合作用下钢筋混凝土柱的徐变行为,分别对轴压、小偏压和大偏压3种受力状态的钢筋混凝土柱进行了腐蚀与荷载共同作用下的长期性能试验,并结合试验提出了不同钢筋锈蚀状况下的理论徐变修正模型.研究结果表明:钢筋混凝土柱在相同受力状态下,当钢筋轻度腐蚀时的混凝土徐变略低于未锈蚀试件;当钢筋为重度腐蚀时,相较于未锈蚀试件,混凝土徐变出现了较大增长;经验证,实测值与模型理论值吻合较好.

加劲U型钢板桩失稳临界荷载动态配位系数法

针对U型钢板桩插打容易发生屈曲的问题,提出U型钢板桩局部加劲效应理论计算的“动态配位系数法”,建立了局部加劲U型钢板桩失稳临界荷载计算式,并分析了加劲面积、加劲位置、加劲板数量对加劲效应(即失稳临界荷载)的影响规律.研究结果表明:加劲总面积(即加劲板累计宽度)一定时,对于长度确定的U型钢板桩,存在使构件临界荷载值最大化的加劲板布置方案,并揭示了块数太多时由于单块加劲板宽度太小而引起的局部失稳规律;以10 m长U型钢板桩为例,构件临界荷载值随单块加劲板布置位置的变化可提高13.55%,并求得20 m长的U型钢板桩不同加劲总面积对应的加劲板布置优化理论方案,为实际工程中U型板桩局部加劲方案设计提供了理论依据和参考.

带可更换梁段钢框架端板式梁柱节点初始转动刚度计算模型

带可更换梁段的钢框架端板式梁柱节点(RSFEBJ)是一种地震失效后可更换和修复的新型节点,该RSFEBJ与柱和梁端均采用端板式连接。通过组件法来研究RSFEBJ的初始转动刚度,综合考虑了柱腹板拉、压、剪变形及翼缘弯曲变形、梁柱端板受弯变形、连接端板(1、2)拉压及弯曲变形、梁腹板受剪及螺栓受拉变形对其的影响,建立了简化的弹簧模型,并在此基础上提出各组件的刚度计算公式。通过与课题组已开展的不同削弱形式下的RSFEBJ抗震性能有限元分析结果对比,理论值与有限元值之比均值为0.98,标准差为0.07,二者最大误差小于15%,表明公式具有较好的计算精度。最后开展了节点初始转动刚度的影响因素分析,结论表明:增大梁柱和连接端板厚度是提高节点初始转动刚度的有效手段。

某加层改造项目混凝土框架柱加固设计案例

以某加层改造项目为例,介绍了项目加固改造的设计流程及结构方案。重点对混凝土框架柱的加固流程及方法进行了探讨。计算结果表明,所采用的加固措施切实可行。在加固方案的选择中,在确保设计计算过程无误的前提下,综合建筑特点、施工质量、施工难度、经济性、业主诉求等因素,最终选择符合加固项目特点的加固方案。实际工作中,加固设计往往由专业分包完成,主体设计单位需要有扎实的公式推导与计算基本功,对于专业加固公司提供的计算书应进行严格把控,因为最终盖章签字还是主体单位完成,责任主体还是主体设计单位。目前加固行业施工水平尚有一定地域、队伍差异,望设计人员能引起重视,在设计环节做到质量闭环。本文将为同类项目提供参考依据。

基于逆作法的钢管柱高精度调垂固定施工技术

钢管柱作为基坑逆作施工过程中主要的竖向受力构件,其高质量的施工是逆作施工顺利实施的关键,其中钢管柱的垂直度则是直接影响竖向受力体系的受力以及稳定性,因此钢管柱的垂直精度是柱身品质更是整个逆作实施过程的重点及难点。本技术以某地下广场项目逆作法中的钢管柱施工为例,采用一种新型调垂装置完成钢管柱的调垂及固定工作,操作简单且快捷,施工精度高。从前期的生产安装到过程的使用上,简化了生产、运输、装拆及使用过程、减少复杂工序的工期投入、提高施工精度。

Q235钢墙板-Q460高强钢立柱结构体系残余应力分布试验研究

在箱式钢结构中起主要承载作用的侧面墙板-立柱结构体系中,受墙板蒙皮支撑作用的高强钢立柱,其残余应力分布受与墙板焊接连接过程影响,与独立工作焊接H形截面构件有较大差异。为研究Q235钢墙板—Q460高强钢立柱结构体系的残余应力分布规律,采用盲孔法对6个结构体系试件和2个独立Q460高强钢焊接H形截面试件进行了试验研究。基于测量数据,得到了所有试件的全截面残余应力分布,分析了墙板与立柱焊接连接、截面尺寸等因素对残余应力分布的影响,并研究了截面各板件间残余应力的相互影响及自平衡性。结果表明:立柱与墙板的焊接在一定程度上降低了立柱后翼缘中部的最大残余拉应力,减小了后翼缘残余压应力的分布范围,对前翼缘和腹板无明显影响;残余拉应力幅值与截面尺寸无直接关系,残余压应力随着板件宽厚比的增大而减小;各板件间残余应力存在相互影响作用,前翼缘、腹板以及后翼缘与墙板组合板件这3部分分别满足自平衡。提出了适用于Q235钢墙板—Q460高强钢立柱结构体系的较为准确和安全的残余应力分布数学模型,为后续研究受墙板蒙皮支撑的高强钢立柱稳定性奠定基础。

悬挑钢梁柱内预设型钢连接节点的承载性能分析

以钢雨篷悬挑钢梁为研究对象,通过多尺度有限元建立悬挑钢梁柱内预设型钢的连接节点分析模型,分析其承载性能和变形特性,并比较了柱内型钢两端高度对节点承载特性的影响。先通过单根悬臂梁的壳单元模型、梁单元模型和多尺度模型,验证了MPC多点约束连接模拟界面两侧不同尺度模型结点耦合关系的有效性。悬挑端竖向变形和根部等效应力的计算结果表明,柱内预设型钢的节点连接方式对悬挑钢梁的约束作用接近刚接。最大等效应力出现在型钢梁与混凝土柱相接范围内的下翼缘,柱内竖向型钢的最大应力则出现在与型钢梁下翼缘相邻的局部范围,横向加劲板外侧两端型钢的应力水平较低;竖向型钢翼缘与混凝土之间的最大挤压应力随着型钢高度的增大而逐渐向节点区靠近,并非都出现在翼缘端部,且数值随之减小,增加两端型钢长度,并不能显著提高节点对悬挑梁的约束作用。

直接强度法在货架立柱设计中的应用

介绍了直接强度法的基本概念、计算步骤和在钢结构货架立柱承载校核中的实际应用过程。通过货架立柱不同屈曲破坏状态的计算实例可以看到直接强度法的简便和高效,尤其是针对局部屈曲和畸变屈曲承载力的计算。该方法可供冷弯型钢货架结构件的设计研究参考。

逆作桩柱一体安装加设回转钻机平台混凝土底座施工技术研究

逆作桩柱一体安装施工技术在不同结构工程中应用广泛,为控制好钢管柱垂直度,解决逆作桩柱一体安装施工过程中钢管柱环板与回转钻机平台夹持作用位置点冲突问题,以克服钢管柱插入桩内混凝土时产生的浮力阻碍。该文结合北京城市副中心站综合交通枢纽工程,重点介绍桩柱一体安装施工工艺、回转钻机平台混凝土底座的原理及作用。应用该技术解决桩柱一体安装施工的难题,为同类工程施工提供参考。

基于压电陶瓷的内嵌工字型钢GFRP管混凝土柱的抗震损伤监测研究

中交汇通横琴广场工程抗震要求较高,为降低成本,提出内嵌工字型钢的GFRP管混凝土柱,以替代钢管混凝土柱。但高层建筑对抗震性能要求严格,当GFRP混凝土柱进行抗震或轴压试验时,均损伤内部混凝土甚至导致结构失效,因不能直接观察到内部,故开展构件内部混凝土损伤监测的试验。制作3个不同壁厚和不同纤维缠绕角度的玻璃纤维增强塑料(GFRP)管混凝土柱,内嵌工字型钢,进行低周反复加载试验,同时通过预先埋入混凝土压电陶瓷智能骨料进行损伤监测。通过分析试验所得的压电应力波信号,提出小波包损伤指数DI,可直观、清晰地反映GFRP管混凝土柱内部核心混凝土的损伤过程,证明利用压电陶瓷智能骨料实时监测GFRP管混凝土柱内部核心混凝土健康状态的可行性。

基于增量动力分析法的内柱失效钢框架连续倒塌研究

建立钢框架数值模型,采用非线性动力拆除构件法和增量动力分析法研究内柱失效对结构抗连续倒塌机制、传力机制和失效机理的影响及动力增大系数对结构抗连续倒塌能力影响,同时还分析了拆柱时间和楼板对结构抗连续倒塌的影响。结果表明,随着拆柱时间减小,拆柱位置结构最大动力响应呈增大趋势;楼板能够提高结构抗连续倒塌能力;内柱失效后发生结构内力重分布,原本由拆柱位置框架柱承担的竖向荷载均匀分配到其他框架柱,导致拆柱后拆柱位置框架柱轴力减小,隔跨柱的轴力变化明显小于相邻柱,距离拆柱位置越远,柱轴力变化越不明显。最后,总结了内柱失效后,梁、柱结构在梁机制、过渡和悬链线三阶段的受力情况,得出了考虑弯曲、悬链线和空腹效应情况下多层框架的抗力公式。