钢管混凝土键连接框架梁和剪力墙的受剪性能

目的 研究钢管混凝土键连接框架梁和剪力墙的受剪性能,为工程应用提供设计依据。方法 应用有限元分析软件ABAQUS对比钢管混凝土键连接与现浇连接梁墙的结构受剪性能,分析前者受剪机理及不同因素对受剪性能的影响。结果 钢管混凝土键连接梁墙的结构承载力和延性系数较现浇结构分别提高约10%和34%;钢材强度从Q235到Q390,初始刚度增加8.44%;截面高度从100 mm到120 mm,延性系数提高17.73%;截面厚度每增加2 mm,承载力提高约15%;截面长度和混凝土强度等级对承载力、初始刚度和延性系数的影响均小于15%,纵向距离对其受剪性能几乎无影响。结论 采用钢管混凝土键连接梁墙的结构总体受剪性能优于现浇结构;钢材强度和截面厚度分别是影响初始刚度和承载力的主要因素。

山东港口大厦结构设计

山东港口大厦采用钢管混凝土柱-钢梁-钢筋混凝土核心筒混合结构体系,角部6根斜钢管混凝土柱由下至上逐层缩进,与向上收紧的风帆形态相呼应。结构存在各层楼板局部不连续、跃层柱和高度超限等不规则项,按C级抗震性能目标进行性能化设计,采用SAUSAGE进行罕遇地震作用下的弹塑性分析,找出结构薄弱部位和构件,并采取针对性的抗震加强措施。空中大堂采用“刚柔结合”的钢-索网幕墙体系,介绍了支撑幕墙的主体结构。采用ANSYS对钢管混凝土柱斜柱变直柱节点进行了有限元分析。分析结果表明结构抗震性能良好,满足设定的抗震性能目标。

钢框架-钢板墙和组合柱-钢梁框架振动台试验研究

为深入研究钢框架-钢板剪力墙和钢管混凝土柱-钢梁框架两种典型装配式结构体系的整体抗震性能和拓展其在高烈度区的应用,以甘肃省装配式示范工程中的两栋高层(10层)住宅建筑方案为原型,进行了1/8缩尺模型的地震模拟振动台试验。结果表明,钢框架-钢板剪力墙结构中的钢板剪力墙首先达到屈服状态,随后框架上出现塑性铰,塑性损伤主要集中在钢板墙及相邻梁端,个别1层柱脚出现损伤,体现了“多道抗震防线”的理念,巨震后(1.200g)结构的自振频率降幅约为19.5%(X向)和17.4%(Y向);钢管混凝土柱-钢梁框架结构的损伤主要在1层、4层及5层梁端,1层柱脚也出现少量塑性铰,体现了“强节点弱构件”的设计原则,巨震后结构的自振频率降幅约为19.5%(X向)和17.8%(Y向)。两类结构体系均能实现“小震不坏、大震不倒”的抗震设防目标,具有良好的抗震性能。此外,结构体系的侧向变形模式与整体结构的刚度分布密切相关,并且随着地震动峰值的增大愈加明显,钢框架-钢板剪力墙的抗侧刚度沿着高度呈降低趋势,整体呈现弯曲型的特征,钢管混凝土柱-钢梁框架(1层除外)抗侧刚度沿着高度分布较均匀,整体呈现剪切型的特征。

新型剪力墙钢结构体系建筑产业化技术研究

以新型剪力墙钢结构体系作为考察方向,重点研究钢管混凝土束剪力墙、异形钢管混凝土墙柱和波纹钢板剪力墙3种结构形式,采用理论研究、模型试验、软件分析、技术集成和工程示范等相结合的技术手段,依据钢管混凝土束生产、采购等产品的后端技术数据分析,进行了标准化、模块化和集成化建筑设计探索,分别完成了关键结构构件承载性能、建筑外保温材料防火性能和围护系统连接方式的试验研究,提出了钢结构外围护、保温、防火相结合的成套做法,改进了钢结构剪力墙的制作设备和施工工法,开发了适应典型气候区域的新型剪力墙钢结构体系成套技术,创新地采用战略加盟和“互联网+线下体验”的模式,将相应的技术成果进行产业化推广。

薄壁钢管混凝土短柱与薄壁钢管约束混凝土短柱轴压性能试验

以圆形和方形薄壁钢管混凝土短柱及薄壁钢管约束混凝土短柱为对象,研究了外包钢管受力状态对短柱性能的影响及其机理,分析了截面形状对外包钢管受力状态及其对核心混凝土约束的影响。通过CFRP约束对受力性能的研究,进一步揭示了外包材料受力状态对受力性能的影响。研究表明,圆钢管对核心混凝土约束作用强,试件极限承载力较高,其中圆钢管约束柱中钢管的约束作用更加显著,极限承载力大于圆钢管柱;CFRP约束后,极限承载力和变形性能均得到有效改善。方钢管对核心混凝土的约束效果弱,试件极限承载力较低,且方钢管约束柱的极限承载力小于方钢管柱;CFRP约束对其极限承载力无明显提高,但有效改善了其延性。

德余高速乌江特大桥主桥设计

德余高速乌江特大桥桥位处江面宽、岸坡陡,对(203+450+203)m组合梁斜拉桥和计算跨径475 m上承式钢管混凝土拱桥2个桥型方案进行比选,最终采用景观好、造价低、易养护的上承式钢管混凝土拱桥。主桥拱轴线采用悬链线,拱轴系数2.2,矢高90 m,矢跨比1/5.278。主拱圈由两幅拱肋组成,单幅拱肋为四肢等宽变高桁架结构,腹杆为钢箱和H形截面,竖腹杆与拱轴线中心径向布置。拱上立柱为钢箱截面,与拱肋、桥面系钢梁刚接。桥面系为槽形钢箱梁+粗骨料活性粉末混凝土桥面板的连续组合结构。拱座为梯形结构,采用扩大基础,交界墩采用变截面薄壁墩。采用斜拉扣挂、缆索吊装安装主拱节段、立柱单元及主梁构件。结构静力、稳定性计算及拱座受力验算均满足设计要求。

配筋钢管混凝土短柱轴压力学性能有限元分析

为探究配筋钢管混凝土短柱轴压力学性能,首先基于已知文献验证有限元模型的准确性,随后通过变换混凝土保护层厚度、套箍系数、钢管屈服强度以及核心混凝土强度对配筋钢管混凝土短柱的影响,揭示了钢管截面面积的变化相比于钢筋截面面积对套箍效应的影响尤为显著。钢管屈服强度与核心混凝土强度的提高并没有对试件承载力及延性产生显著影响,故认为有必要对二者的匹配关系做进一步研究。混凝土保护层厚度对短柱试件的力学性能影响甚微。

薄壁钢管再生混合柱的抗剪性能试验

通过27根薄壁钢管再生混合柱的剪切试验,考察废弃混凝土类型、废弃混凝土混合比、轴压比、剪跨比等因素对试件荷载-变形曲线和极限抗剪承载力的影响趋势。通过与试验数据对比,考察现有相关公式预测试件受剪承载力的有效性。基于试验结果,提出薄壁钢管再生混合柱的受剪承载力计算公式。研究表明:随着混合比增大,钢管再生混合柱的极限抗剪承载力总体呈现出逐渐降低的趋势;节段型钢管再生混合柱相比于块体型钢管再生混合柱具有更高的极限抗剪承载力;利用厚壁钢管混凝土柱公式计算得到的薄壁钢管再生混合柱的受剪承载力,总体上小于试验实测值。

模拟酸雨腐蚀钢管混凝土构件静力性能研究

该文讨论了模拟酸雨腐蚀环境下钢管混凝土构件静力性能的退化规律,具体包括模拟酸雨腐蚀后:钢材材料力学性能;钢管混凝土构件轴压力学性能;钢管混凝土构件纯弯力学性能;钢管混凝土构件偏压力学性能。分析了腐蚀率对钢材屈服强度、弹性模量、极限抗拉强度和极限延伸率的影响,采用钢管壁厚折减以及壁厚折减耦合材性折减的模拟腐蚀损伤方法,结合有限元ABAQUS软件、规范公式,分别计算了构件荷载-变形关系曲线、极限承载力,并和试验结果进行了比较,发现钢管壁厚折减方法优于壁厚折减耦合材性折减方法,地方标准严于国家标准。

方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙的力学性能研究

采用大型通用非线性有限元软件ABAQUS 6.10分别对方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙和非加劲薄钢板剪力墙进行了数值分析,对二者的受力特征、刚度、极限承载力、剪力分配及柱子的受力特征进行了研究。结果表明:当肋板刚度比为30时,十字加劲肋能够提高钢板剪力墙结构的弹性屈曲荷载、极限承载力、初始刚度,降低柱子轴压比对剪力初始分配的影响;在加载的初始阶段(顶点侧移角小于0.2%),钢板剪力墙承担了大部分剪力,随后墙板承担剪力的比例逐渐下降,框架承担的比例逐渐上升,当顶点侧移角达到1%时,框架和钢板剪力墙承担剪力的比例保持不变;方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的滞回环饱满,滞回性能稳定。由于薄钢板墙拉力场作用,方钢管混凝土柱壁易与混凝土发生分离,在设计时应予以注意。

带肋薄壁方钢管混凝土柱的滞回性能

对9根带肋薄壁方钢管混凝土柱的滞回性能进行了试验研究,其主要参数为轴压比和加劲肋的布置.通过试验,研究了试件的破坏形态、滞回特性和耗能能力等重要抗震性能指标.结果表明:轴压比对试件的滞回性能影响很大,当轴压比小于0.5时,四边设肋试件的滞回曲线较饱满,具有较好的延性和耗能能力,而对边设肋试件的滞回曲线出现了轻微的捏缩现象;当轴压比大于0.5时,试件的延性较差.在相同轴压比下2种设肋形式试件的极限承载力较接近,但是四边设肋试件的延性好于对边设肋的试件,滞回曲线更丰满.采用大型有限元程序ABAQUS6.4对每个试件的试验全过程进行了模拟计算,计算结果与试验结果符合较好,为进一步开展带肋薄壁钢管混凝土柱的研究提供了基础.

WCFT柱-钢梁节点抗震性能试验研究

提出了壁式钢管混凝土(WCFT)柱与钢梁连接的侧板式节点。为研究其抗震性能,设计了3个侧板式节点足尺试件进行拟静力试验,分析试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化和节点域应变。试验结果表明:3个节点试件的节点域均处于弹性阶段,满足侧板水平及竖向强度比的侧板式节点试件破坏形态为梁端塑性铰破坏,发生梁端塑性铰破坏的节点试件具有较好的变形和耗能能力;侧板水平或竖向强度比不足100%的侧板式节点试件呈现脆性破坏特征。在试验研究的基础上,结合梁端内力传导机制提出了侧板式节点在节点域外的三种破坏模式及相应判别公式,与试验结果基本吻合,从而为工程设计提供参考。

钢管混凝土轴心受压构件的徐变分析

基于混凝土徐变的继效流动理论、多轴应力作用下混凝土的徐变理论 ,结合钢管混凝土轴心受压构件的受力特点 ,推导出钢管混凝土轴心受压构件徐变的计算公式。该徐变计算公式既考虑了钢管混凝土轴心受压构件徐变的特点 ,又能反应出不同因素 (含钢率、材料强度、应力大小等 )对构件徐变的影响。应用这些公式 ,通过迭代计算得到的钢管混凝土轴心受压构件的徐变 ,与文献[4 ]中的试验数据符合较好。

方形设肋薄壁钢管混凝土柱的恢复力模型

为了研究薄壁钢管混凝土柱的抗震性能,对6根方形设肋薄壁钢管混凝土柱在反复荷载作用下的滞回性能进行了试验研究,试验主要参数为轴压比（n=0.3-0.6）.结果表明：当轴压比≯0.5时,滞回曲线较为饱满,延性系数均〉3以上.随着轴压比的增大,构件的承载力略有提高,延性明显降低.采用有限元程序ABAQUS6.5计算每个试件的荷载-位移滞回曲线,计算结果与试验结果吻合较好.在此基础上进行参数分析,研究混凝土强度、钢板强度、轴压比、长细比、钢板厚度对构件滞回性能的影响.并通过回归分析建立了薄壁钢管混凝土压弯构件的荷载-位移恢复力模型,模型的计算结果与试验结果吻合较好.

方钢管混凝土框架-斜十字加劲薄钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

对三个1/3比例单跨两层方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验,研究了梁柱连接为穿心高强螺栓-端板节点和内隔板式节点对试件性能影响,并将方钢管混凝土框架-斜十字加劲薄钢板剪力墙与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙进行对比.得到了试件的破坏形态、滞回曲线、延性、刚度、耗能能力等抗震性能指标,分析了其破坏特征、承载能力及刚度退化等力学性能.结果表明:方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有较高的承载力、抗侧刚度和良好的耗能性能.斜加劲肋能有效限制薄钢板剪力墙面外变形,提高结构初始刚度和承载力,有效减轻滞回曲线"捏缩".穿心高强螺栓-端板节点提高了节点域刚度,延缓了柱壁鼓曲.方钢管混凝土竖向边缘构件确保了薄钢板剪力墙性能充分发挥.

广东省博物馆新馆结构布置及优化

为达到建筑效果,广东省博物馆新馆结构上利用建筑的竖向交通区域设置内置钢管混凝土剪力墙作为结构的抗侧构件和竖向承重构件,在剪力墙顶部设置大跨度的悬臂钢桁架。通过在桁架上设置竖向吊杆悬吊外围展厅和中庭回廊,并在外围设置空间构架作为建筑外墙的主支撑骨架。为了尽可能使结构布置简洁、受力合理、施工方便,设计时对结构布置不断进行优化,确保在有效的结构布置前提下进行结构设计。

不同壁厚钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究不同壁厚钢管混凝土短柱轴压力学性能,制作了10组不同壁厚的钢管混凝土短柱试件进行轴压性能对比试验.试验结果表明,钢管混凝土轴压短柱壁厚效应的本质是核心混凝土的围压效应.在弹性变形阶段,随着钢管壁厚增加,轴压短柱弹性极限承载力增加,试件弹性极限承载力与钢管壁厚呈线性关系.在塑性变形阶段,随着钢管壁厚增加,轴压短柱塑性变形模型增加,钢管混凝土短柱塑性变形模量与钢管壁厚呈线性关系,试件呈现理想塑性状态时的钢管壁厚约为5 mm.通过对几种典型轴压承载力计算公式进行试验验证,得出欧洲和日本标准能够较好预测不同壁厚钢管混凝土短柱试件的弹性极限承载力.

翼缘削弱对钢管混凝土外加强环节点受力性能的改善

对加强环式节点进行低周反复加载非线性模拟分析,发现在反复荷载作用初期,环板就出现贯穿的塑性带;通过节点域柱壁滞回曲线与梁端滞回曲线的对比,表明节点滞回曲线主要由柱壁变形而非梁端塑性变形所贡献。为了改变这一不利特征,对钢梁翼缘进行定向削弱,模拟分析发现,节点受力情况得到明显改善:①环板上应力分布得到明显缓和,转角处的应力集中程度明显降低;②通过改变环板尺寸或者翼缘削弱程度可以保证塑性铰先出现在梁根部而不是环面上;③在弹性受力阶段节点刚度没有下降;④在反复荷载作用下,节点域变形很小,环面上的塑性扩展不明显。由此可见,通过翼缘削弱可以明显改善外加强环式节点的受力性能,从而达到"强节点"的要求。

内配圆钢管的圆钢管混凝土构件耐撞性能分析

内配圆钢管的圆钢管混凝土是一种新型复合形式的组合构件,由圆钢管混凝土内部配置同心位置的圆管,并在内部圆管的内外两侧均浇筑混凝土而形成的构件。基于有限元软件ABAQUS对内配圆钢管的圆钢管混凝土构件在低速横向撞击作用下的耐撞性能进行了数值模拟,数值结果与其他研究者完成的钢管混凝土、中空夹层钢管混凝土试件的撞击试验数据进行了对比,验证了模型的正确性。采用该模型分析了此类组合构件在横向撞击作用下的动力响应全过程及其典型破坏模态,对影响其耐撞性能的主要影响参数进行了分析,初步得出了各主要影响参数对此类组合构件耐撞性能的影响。参数分析结果表明,提高外钢管的强度及含钢率可以有效地改善该构件的耐撞性能,而混凝土强度的变化对构件耐撞性能的影响很小;增强构件两端的支座约束,可以增强构件的耐撞性能;构件的内外径之比为0.6～0.8时,构件具有较好的耐撞性能。

带约束拉杆壁式钢管混凝土柱拟静力试验研究

为避免在多高层钢结构建筑中柱凸出填充墙,提出了设置约束拉杆的截面高宽比为3.0的壁式钢管混凝土柱,通过2个带约束拉杆壁式钢管混凝土柱足尺试件的拟静力试验,研究其抗震性能。试验结果表明:约束拉杆可以有效抑制两侧柱壁局部屈曲;试件破坏模式为柱底四周钢板受压鼓曲、钢板间纵向焊缝撕裂;滞回曲线较为饱满,无明显的捏拢现象;屈服位移角在1/147 rad~1/121 rad,极限位移角在1/51 rad~1/41 rad,位移延性系数在2.61~3.11,承载力退化系数在0.86~1.04,破坏时的等效粘滞阻尼系数在0.3以上。在试验研究的基础上,建立了该类试件的精细化有限元模型,对比可知有限元结果与试验结果吻合较好,验证了模型的正确性,可为此类构件的数值模拟提供参考。研究成果丰富了矩形钢管混凝土组合构件的类型,促进装配式钢结构建筑的发展。