高强钢管超高性能混凝土短柱轴压承载力性能试验研究

为研究高强钢管内填超高性能混凝土(UHPC)的钢管混凝土短柱轴压性能,该文设计22根高强钢管UHPC短柱进行轴压试验,从破坏模式、荷载-纵向应变关系对试件的轴压性能进行对比分析,旨在通过径厚比、混凝土强度、截面类型等变化来探究高强钢管UHPC短柱的实际承载力性能差异.试验结果表明:高强钢管UHPC短柱的轴压性能受径厚比、混凝土强度影响较大;试件承载力随钢管壁厚增加而增加,但相同钢管直径和不同钢管直径增幅呈现不同规律.该文从延性、核心混凝土强度提高程度两个角度进行分析并提出高强钢管混凝土试件的相关参数设计建议.最后,将高强钢管UHPC短柱的轴压试验承载力结果与国内外规范GB 50936—2014、AIJ计算承载力结果进行对比,并基于极限平衡理论推导出高强圆钢管UHPC试件的轴压承载力计算公式,同时结合该文试验数据对其进行验证,证明了公式的准确性.

高温后钢管高强混凝土柱的黏结性能

为了研究高温后钢管高强混凝土柱的黏结性能,通过有限元软件ABAQUS建立模型,并与已有试验结果进行验证,吻合良好。研究表明:钢管高强混凝土柱的黏结应力随着温度的升高呈现出先增加后减小的趋势;黏结应力随着混凝土强度的增大而增大,随着径厚比的增大而减小;长径比在2.74~7.72的范围内,随着长径比的增加,黏结力逐渐增加;黏结界面破坏的速度随温度的增加而减缓;随着温度的增加耗能因子呈现先增大后减小的趋势。

壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点抗震性能研究及设计建议

以壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点为研究对象,进行两个足尺试件的拟静力试验,分析节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线,并研究节点承载力、延性、耗能能力和刚度退化等指标。试验结果表明:试件破坏模式分别为侧板外梁端形成塑性铰、节点核心区侧板开裂及轻微鼓曲;试件滞回曲线稳定饱满,曲线呈现梭形,试件延性系数为3.11~3.53,等效黏滞阻尼系数大于0.4,具有良好的耗能能力;刚度退化较稳定,具备较好的抗侧能力。在验证有限元模型合理的基础上,通过有限元变参分析此类节点的滞回性能,结果表明:增加侧板厚度或侧板外伸长度可提高嵌入式双侧板节点的承载力及延性。最后结合试验和有限元变参分析结果,针对此类节点提出设计建议。

方钢管螺旋筋约束自密实高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究方钢管螺旋筋约束自密实高强混凝土柱的抗震性能,以轴压比、剪跨比、有无配制螺旋筋以及螺旋筋间距作为设计参数,进行了7个试件的低周反复加载试验,获取了各试件的滞回曲线以及应变分布。试验结果表明:试件破坏特征主要为方钢管柱脚区域出现明显鼓曲形成塑性铰区域;随轴压比的提高,试件抗剪承载力、环线刚度和耗能能力均有提升,剪跨比对试件抗震性能的影响规律不明显。配制螺旋筋对峰值承载力和刚度的影响较小,而对试件延性及耗能的提升明显,与无配筋试件相比试件延性平均提升了15.4%,耗能平均提升了114.9%。螺旋筋间距越密对试件抗震性能提升效果更优;适当增大轴压比,控制剪跨比在5以内以及增设螺旋筋对提升其承载能力和变形能力有积极作用。

火灾下双钢管混凝土复合短柱的性能与承载力计算方法

为研究双钢管混凝土复合短柱的耐火性能,建立了双钢管混凝土复合短柱精细化数值模型,在类似构件试验成果验证的基础上,开展其高温反应规律和耐火性能影响因素研究;全面分析了内管径厚比、外管径厚比、内外管直径比等参数的影响,以及不同截面组合形式(内圆外圆、内方外圆和内圆外方)双钢管混凝土短柱的耐火极限。基于热传导分析理论推导双钢管混凝土短柱截面的温度场分布公式,并根据有限元模拟结果对公式进行修正;最后基于温度等效原理进一步提出了火灾条件下双钢管混凝土短柱截面温度场的简化计算公式和承载力计算方法。结果表明:双钢管混凝土复合短柱具有较好的耐火性能,在直径不变时增大内钢管的厚度以及在厚度不变时增加内钢管的直径都有利于耐火极限的提高;在荷载作用和含钢率相同的条件下,不同截面组合形式的双钢管混凝土短柱耐火极限相差不大,但总体上双圆钢管混凝土短柱的耐火性能偏优;提出的温度场简化计算公式和基于等效温度的承载力计算方法与有限元结果相对误差都在15%以内。

足尺拼接式方形高强钢管混凝土柱轴压承载力数值分析

对两种不同的新型拼接式方形高强钢管混凝土足尺柱的轴压承载性能进行了数值模拟,分析了混凝土强度、钢材强度、缀材间距和宽厚比对该类组合柱轴压承载力及荷载–位移曲线的影响规律,研究表明:同种参数影响下两种形式的组合柱荷载–位移曲线及承载力变化规律相似;材料强度和宽厚比对承载力影较为显著,如钢材屈服强度从345 MPa提升至460 MPa时,两种组合柱承载力分别提高了9.13%和9.42%,宽厚比从83.3增大至100时,两类柱子承载力分别降低了5.08%和5.00%;可初步采用GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》计算该类新型柱的轴压承载力。

内置钢筋笼高强钢管混凝土柱双向偏压试验研究

为研究内置钢筋笼高强钢管混凝土柱双向偏心受压的力学性能,以偏心率(两种)、钢筋笼构造(两种)、钢管壁厚(两种)为变量,设计并制作了8个高强钢管混凝土试件,对其开展双向偏心受压试验,获得了试件的破坏模式及侧向挠度曲线变化规律,并对试件的持荷能力和抗弯能力进行了分析和讨论。结果表明:小偏心率时,钢筋笼能够使得薄壁钢管构件材料性能发挥得更充分;大偏心率时,内置钢筋笼不能弥补由截面含钢率减小导致的性能退化。此外,在钢管混凝土柱内设置横向拉筋可以有效协助钢管约束核心混凝土,相较于等体积的纵筋而言,其持荷能力和抗弯能力均有提高。

C70高强混凝土在超高层项目钢管柱中的应用分析

将C70高强混凝土合理应用到超高层建筑当中,能减少构件的整个截面,对高层建筑有良好的适用性。钢管柱是钢筋混凝土框架结构的重要构成部分,在实践中需要用到C70高强混凝土,能否正确有效地运用该混凝土完成项目施工往往比较重要。鉴于此,本文主要结合超高层项目中钢管柱施工部分对C70高强混凝土的实践应用进行分析探讨,旨在为业内相关人士提供参考。

带加强筋的双钢管高强混凝土柱轴压性能研究

将普通螺纹钢置于内外钢管间的空隙制成带加强筋的双钢管高强混凝土柱,借助数值模拟研究该柱与普通双钢管混凝土柱在轴向荷载下的受力差异,以及加强筋平面角度、竖向间距和强度等级等参数对其轴向荷载下力学性能的影响。结果发现:带加强筋的双钢管混凝土柱前期力学性能略高于普通双钢管混凝土柱,后期延性显著高于普通双钢管混凝土柱;不同参数对其轴压性能的影响程度不同,加强筋平面角度显著,竖向间距次之,加强筋强度影响极小。

偏心率对工字型CFRP-高强圆钢管高强混凝土短柱力学性能的影响

目的研究偏心率对内置工字型CFRP型材的高强圆钢管高强混凝土短柱力学性能的影响。方法利用ABAQUS有限元软件建立了工字型CFRP-高强圆钢管高强混凝土短柱模型,分析不同偏心率下构件的受力-变形关系、各材料分担荷载以及应力发展,探究混凝土强度、钢材屈服强度、含钢率和CFRP型材对组合柱力学性能的影响。结果随着偏心率的增大,构件延性提高,初始刚度与极限承载力降低,且降低幅度减小,偏心率与极限承载力呈非线性关系;偏心率越小,加入CFRP型材对组合柱承载力的提高越显著。结论偏心率越大,混凝土强度的利用率越低,钢管力学性能发挥越充分。偏心率小于0.328时,建议采用增大混凝土强度的方式增加构件极限承载力;偏心率大于0.328时,建议采取增大钢材屈服强度和含钢率的方式增加构件的极限承载力。

钢管混凝土叠合柱-H型钢梁外套筒式连接节点抗震性能试验与有限元研究

以钢管混凝土叠合柱为研究对象,设计了一种高强对穿螺栓连接的外套筒式梁柱节点。为了研究该新型节点的抗震性能和破坏机理,对3个缩尺比为1∶2的节点进行了拟静力试验。观察节点损伤过程及破坏模式,分析了梁端荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能能力,采用ABAQUS软件建立有限元模型,研究套筒宽厚比和加强肋板厚度对节点抗震性能影响。试验及有限元研究结果表明:节点滞回曲线饱满,延性系数介于3.13~4.19之间,等效黏滞阻尼系数介于0.211~0.296之间,节点域的变形较大且耗能能力较强;随着套筒厚度增大,核心区混凝土开裂减少,破坏位置由节点外移至梁端截面;减小套筒宽厚比和增大加强肋板厚度可以有效提高节点刚度。为保证外套筒式节点达到刚性节点要求,建议套筒宽厚比不大于25,加强肋板厚度不小于梁翼缘厚度。

高温与冲击耦合作用下双钢管混凝土柱动态响应数值模拟研究

为研究双钢管混凝土(concrete-filled double-tube,CFDT)柱在高温下的抗冲击性能,利用ABAQUS有限元软件建立CFDT柱在高温与冲击耦合作用下的有限元模型,考虑材料的温度软化、应变率强化效应以及轴力的影响,并通过已有CFDT柱的火灾试验和常温下侧向冲击试验进行了分段验证。在此基础上,从冲击力、跨中位移、荷载分布情况与损伤演化等方面分析了不同温度下CFDT柱的抗冲击动态响应,并考虑了不同截面形式、轴压比、冲击速度和混凝土强度对CFDT柱抗冲击性能的影响。研究结果表明,在高温与冲击耦合作用下,CFDT柱主要呈现弯曲破坏,随着温度升高,CFDT柱抗冲击性能和抗弯承载力逐渐降低。CFDT柱的耐火极限是普通钢管混凝土柱的2.1倍。轴力对CFDT柱抗冲击性能产生不利影响,当轴压比从0增加到0.6,高温800℃时构件冲击力平台值下降了32.4%;混凝土强度对高温下CFDT柱抗冲击性能有显著影响,高温800℃时混凝土强度由40 MPa增加到60 MPa,构件冲击力平台值提高了22.8%。

L形双连接板实体式方钢管混凝土组合柱抗震性能研究

提出了一种采用双连接板的L形实体式方钢管混凝土组合柱,为了研究其抗震性能,设计了3个采用不同的钢管连接件的尺寸(宽度分别为100mm或200mm)、不同轴压比(0.4和0.6)的试件。对各试件施以不同的竖向恒载,进行了拟静力试验,讨论了试验参数对试件抗震性能的影响。结果表明:连接板宽度与水平峰值荷载和刚度呈正相关,增加连接板宽度对两者的提升很大,与延性和耗能能力呈负相关,增大连接板宽度两者有所下降,而且更宽的连接板会加剧强度退化和刚度退化;竖向恒载与水平峰值荷载和耗能能力呈负相关,加大轴压比导致两者均变小,且加剧了刚度衰减,但是能在一定程度上改善延性,强度退化也更均匀。通过有限元模拟研究了钢管壁厚度、钢管管径和钢材强度等级对组合柱受力性能的影响。结果表明:增大钢管壁厚度、钢管管径都可以显著加强L形双连接板实体式方钢管混凝土组合柱的水平峰值荷载和刚度,但变形能力即延性也明显下降;提高钢材强度等级则能使水平峰值荷载和延性都得到改善。

巨型钢管高强混凝土柱水化热温度场分析

目的 研究巨型钢管C70高强混凝土柱水化热温度场,为巨型钢管高强度混凝土柱的混凝土配合比设计、热工计算及施工养护措施制定提供依据。方法 通过试验获得巨型钢管高强度混凝土柱的温度场发展规律并考察混凝土浇筑质量,进而采用有限元软件MIDAS FEA进行温度场数值模拟,研究不同混凝土热工参数下巨型钢管混凝土柱的温度场变化规律。结果 试件温控指标未达到《大体积混凝土施工标准》(GB50496—2018)要求,但混凝土浇筑质量能够满足施工质量要求;考虑内部钢构件的模型温度场计算结果与试验结果吻合较好,理论公式求得混凝土热工参数后,用于温度场模拟得到的结果与试验结果有较大差异。结论 C70高强混凝土的温控指标可适当放宽,且应降低水化反应速率以改善巨型钢管高强混凝土柱内混凝土温度场;进行巨型钢管高强混凝土柱水化热温度场分析时,应考虑其内部钢构件。

用双模量理论研究钢管混凝土柱的临界载荷

采用双模量弹性理论研究了钢管混凝土长柱的弹性稳定问题。利用钢管混凝土柱的轴向静力平衡方程确定中性轴位置,再利用钢管混凝土柱弯矩平衡方程得到弯曲微分方程,即可求得钢管混凝土长柱的临界载荷。算例分析表明,采用双模量弹性理论方法得到的计算结果,比有关文献方法的计算结果更接近试验结果。

双钢管高强混凝土柱轴压承载力的试验研究

分别对两种含钢率及不同钢管壁厚的双钢管高强混凝土柱进行了轴压静载试验,得到了双钢管高强混凝土柱在轴压作用下的破坏过程和特点,分析了其受力机理,讨论了双钢管高强混凝土柱轴压承载力计算方法,给出了近似计算公式.

双钢管高强混凝土柱抗震性能的试验研究

通过5根双钢管高强混凝土柱承受轴力和低周反复水平荷载作用试验,研究了双钢管高强混凝土柱的抗震性能,讨论了该柱压弯承载力计算公式的适用性.结果表明:双钢管高强混凝土柱具有较高的压弯承载力及优良的抗震性能.

内置方钢管高强再生混凝土叠合柱轴压性能有限元分析

为研究内置方钢管高强再生混凝土柱的轴压性能,使用ABAQUS软件对现有试验的2个试件进行建模分析,验证了模型的准确性,并在可靠的模型基础上进行了13个试件的参数分析,变化参数为方钢管厚度、方钢管强度和长细比。结果表明:所建立的有限元模型出现了与试验结果一致的纵筋屈曲和钢管撕裂变形,荷载–轴向位移曲线高度一致,极限承载力平均误差在5%以内;钢管厚度的提高对轴压承载力和刚度影响不大,钢管屈服强度的提高对轴压承载力和残余承载力提升较大;随着长细比的增大,叠合柱的轴压刚度和极限承载力出现明显退化,拟合了轴压稳定系数与长细比之间的数值计算方法,可供叠合柱设计参考。

单双钢管高强混凝土柱构件抗震性能对比分析

通过4根双钢管高强混凝土柱及2根单钢管高强混凝土柱在不同轴压比下的反复水平荷载作用的试验,研究双钢管混凝土柱和单钢管混凝土柱的抗震性能,并从多个方面对二者的性能加以对比分析。分析表明,双钢管高强混凝土柱较单钢管混凝土柱具有较好的抗震性能。

高强方钢管高强混凝土柱单向偏压性能研究

分析了钢管屈服强度及偏心距对高强方钢管高强混凝土柱单向偏压性能的影响。结果表明:高强方钢管高强混凝土短柱的单向偏压破坏过程包括无现象阶段、混凝土破坏阶段及钢管屈服阶段;所有试件的荷载-中截面侧向挠度/应变曲线均呈现先线性增长后缓慢增长最后缓慢下降的趋势;高强方钢管高强混凝土短柱的极限承载力与钢材屈服强度呈现正相关关系,与偏向距呈现负相关关系;偏心率对短柱极限承载力及受拉区钢管屈服的影响程度更加显著。