某超限高层圆钢管混凝土柱框架结构抗震设计

本工程位于南京市玄武区,为采用圆钢管混凝土柱框架结构体系、且具有四项不规则的超限高层建筑,建筑主要功能为商业。本文主要介绍了该项目工程概况、结构布置、超限情况和对应的抗震设计性能目标,并对结构进行了多遇地震作用下的弹性分析、罕遇地震作用下的弹塑性时程分析和楼板应力专项分析。分析结果表明:结构能够满足抗震性能设计目标要求,结构强度和刚度指标满足设计要求;结构塑性铰主要出现在框架梁端部和框架柱柱脚部位,满足“强柱弱梁”的设计要求;进入塑性后,结构耗能能够有效降低基底剪力,框架梁、柱损伤可控;设防地震作用下,楼板应力均较小,楼板能够有效传递地震作用。总体来说,本结构能够实现预期的性能目标,结构方案基本可行。

外加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点骨架曲线影响因素分析

目的分析不同因素对外加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点荷载位移骨架曲线的影响,为合理设计该类节点提供依据.方法设计了参数不同的外加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点,采用有限元软件ABAQUS模拟这些节点在低周往复荷载作用下的受力过程,对比了各设计节点的荷载位移骨架曲线,模拟前采用已有试验数据对模拟方法进行验证.结果轴压比从0.2到0.4,骨架曲线仅在弹塑性下降段承载力略有明显变化,最大下降约15%;含钢率从0.063到0.132,梁柱线刚度比从0.2到0.33,骨架曲线变化明显,承载力最大分别增加71.6%和140%;加强环板宽度每增加20 mm,承载力提高约6%;开孔率从0到0.8,承载力最大降低约30%;孔间距从140 mm到260 mm,承载力最大提高约10%,梁端第一个开孔到柱的距离从150 mm到520 mm,承载力最大提高约15%.结论轴压比对外加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点荷载位移骨架曲线影响不明显;影响节点荷载位移骨架曲线的主要因素是含钢率和梁柱线刚度比;加强环板宽度对节点荷载位移骨架曲线影响不大;开孔率、孔间距、梁端第一个开孔到柱的距离对其荷载位移骨架曲线有一定影响,三者中开孔率影响最大、距离次之、孔间距最小.

酸雨腐蚀后圆钢管混凝土柱抗震性能研究

通过ABAQUS商用有限元软件建立往复荷载下酸雨腐蚀后圆钢管混凝土柱有限元模型,在钢材和混凝土本构关系模型中,考虑由锈蚀损伤引起的钢材弹性模量和屈服强度的折减,有限元模型计算的滞回曲线与试验获得的滞回曲线做对比分析,发现两者吻合程度较好,说明建立的有限元模型是有效的、可行的。基于此有限元模型,模拟酸雨腐蚀后实际工程截面尺寸的圆钢管混凝土柱在不同锈蚀率(B=0%,5%,10%,15%,20%,25%和30%)和轴压比(n=0.2,0.4和0.5)下抗震性能退化行为,数值分析结果表明:随着锈蚀率和轴压比增大,骨架曲线承载力减小,刚度出现退化和累计滞回耗能降低。

圆钢管混凝土柱钢梁框架节点型式的介绍

本文根据各国节点设计的不同思想,按照柱贯通式节点和梁贯通式节点分类,介绍分析了圆钢管混凝土柱钢梁框架的一些研究和使用较多的节点的构造型式、受力特征和优缺点,并提出了简洁合理的端板螺栓连接新型节点型式,以供圆钢管混凝土柱钢梁结构体系的节点设计参考。

局部承压圆钢管混凝土柱力学性能研究

为了研究不同截面形状垫块作用下圆钢管混凝土柱的局部承压性能,进行了14个试件的试验研究,考察了垫块截面形状、局部承压面积比和端板厚度对局部承压圆钢管混凝土柱破坏形态、荷载-变形曲线及承载力的影响。结果表明,垫块截面形状对局部承压圆钢管混凝土柱破坏形态的影响较小,但方形垫块作用试件的承载力和荷载-变形曲线的初始斜率略高于圆形垫块作用试件。在确定钢材和核心混凝土本构模型的基础上,建立有限元模型对局部承压圆钢管混凝土柱的力学性能进行了模拟,总体上模拟结果与试验结果符合较好。最后,根据研究结果修正了以往圆钢管混凝土柱局部承压承载力的计算方法。

局部腐蚀对圆钢管混凝土柱轴向承载力的影响分析

运用有限元软件ABAQUS对26根局部腐蚀圆钢管混凝土在轴压荷载作用下进行数值计算并与未腐蚀构件做对比,系统地分析和考察局部腐蚀的位置、局部腐蚀间的环向夹角与母线距离对钢管混凝土轴压力学性能的影响规律,确定三因素分别作用下的最不利情况。分析结果表明:对于单个蚀坑,蚀坑位于构件中间时构件的轴压承载力最低,越远离构件中部,承载力越大;对于两个蚀坑,构件的轴压承载力随蚀坑间环向夹角的增大而增大,随母线距离的增大呈先增大后减小的趋势。本研究成果对钢管混凝土在服役过程中的防护具有参考价值。

自复位圆钢管混凝土柱——钢梁连接节点足尺试验研究

为了减小钢管混凝土柱—钢梁框架结构震后的残余变形,提出了一种腹板摩擦式自复位圆钢管混凝土柱—钢梁连接节点型式。介绍了自复位节点的构造,并对其受力性能进行了理论分析。通过3个自复位节点试件的低周反复加载试验,研究节点在循环荷载作用下的自复位和耗能能力。分析了自复位节点可能的破坏模式,钢绞线预应力和摩擦装置螺栓的预紧力对节点受力性能的影响,还分析了钢绞线预应力的变化规律和节点主要部位应变的变化特点。研究结果表明,腹板摩擦式自复位圆钢管混凝土柱—钢梁连接节点具有良好的耗能和自复位能力。节点初始刚度、临界开口弯矩和自复位能力随钢绞线预应力的增大而提高。节点耗能能力随腹板摩擦装置螺栓的预紧力的增大而提高。

腹板摩擦式自复位圆钢管混凝土柱-钢梁连接节点受力性能有限元模拟及参数分析

为了减小钢管混凝土柱-钢梁框架结构震后的残余变形,提出了一种腹板摩擦式自复位圆钢管混凝土柱–钢梁连接节点形式。介绍了自复位节点的基本构造,并对其受力性能进行了理论分析。采用ABAQUS建立了9个边节点模型,对节点在循环荷载作用下的基本力学性能及耗能特性进行了研究,分析了钢绞线初始预应力、预应力钢绞线距离及数量、螺栓预紧力、摩擦片与梁腹板之间的摩擦系数等参数对节点受力性能的影响。结果表明,腹板摩擦式自复位圆钢管混凝土柱–钢梁连接节点具有良好的耗能和自复位能力;节点的初始刚度、临界开口弯矩和自复位能力随着钢绞线初始预应力、钢绞线的数量的增大而提高;节点耗能能力随着螺栓预紧力、摩擦片与梁腹板之间的摩擦系数的增大而提高。

轴向反复荷载作用下圆钢管混凝土柱的受力性能研究

采用ABAQUS有限元软件建立了圆钢管混凝土柱有限元模型,研究了钢管及核心混凝土的应力分布情况和破坏发展进程,分析了柱在轴向拉压反复荷载作用下的受力性能,探讨了不同材料强度、径厚比等因素对构件受力性能的影响规律。研究表明:圆钢管混凝土柱具有较好的弹塑性变形能力和耗能能力,轴向抗震性能较好;材料强度对轴向承载力影响较大,径厚比对轴向承载力和刚度均有较大影响。

圆钢管混凝土柱耐火极限影响因素灰色关联分析

为分清圆钢管混凝土柱耐火极限影响因素的主次关系,基于国内外18根圆钢管混凝土柱耐火极限试验研究资料,采用灰色系统理论中的灰色关联分析方法,对影响圆钢管混凝土柱耐火极限的因素进行灰色关联度分析计算和排序。结果表明,各关联因素对圆钢管混凝土柱耐火极限影响程度的大小排序依次为:防火保护层厚度、火灾荷载比、截面尺寸、构件长细比、钢管屈服强度、截面含钢率、混凝土强度、荷载偏心率,使得各因素对耐火极限影响程度的判别更具科学性。

日照作用下圆钢管混凝土柱截面温度场分析

以湖南黄花国际机场新航站楼为原型,分析了圆钢管混凝土柱在日照作用下的截面温度场。并采用ABAQUS软件对不同直径的圆钢管混凝土在角柱和边柱受热工况下的截面温度场进行数值模拟。研究结果表明,在相同受热工况下,不同直径圆钢管混凝土柱的截面温度分布规律相近,角柱与边柱沿受热方向的截面温度分布规律相近,大直径柱以及边柱由于受热面积大导致截面平均温度较高。在此基础上,拟合得到角柱和边柱在日照作用下的截面温度场分布模式,计算值与有限元分析值吻合良好。

大尺寸圆钢管混凝土柱爆炸试验研究

为了研究大尺寸圆钢管混凝土柱的抗爆性能,通过四根圆钢管混凝土柱试件的现场爆炸试验,得到跨中位移时程曲线,分析了柱的位移变化,且研究了钢管壁厚和炸药当量对圆钢管混凝土柱抗爆性能的影响。结果表明:(1)随着钢管壁厚的增加,试件的跨中最大位移较明显减小;(2)随着炸药当量的增加,试件跨中最大变形显著增大。

圆钢管混凝土柱火灾升温试验及钢管温度计算方法

钢管混凝土柱充分利用了钢和混凝土各自的优点,具有良好的结构受力性能和经济性,且施工方便,广泛应用于工程建设。由于钢管内部的混凝土能吸收大量的热量,钢管混凝土柱的抗火性能优于纯钢柱;但若不对其进行防火保护,大部分情况下其耐火极限不能满足规范要求;若对其按纯钢柱进行抗火设计,又会造成很大的浪费。目前国内外对钢管混凝土柱的耐火性能及抗火设计已进行了大量的研究,提出了一些抗火设计方法,但这些方法在实际工程应用中比较复杂,简便性有待提高。构件在火灾下的截面温度分布是抗火设计的基础,为此对10个圆钢管混凝土柱试件进行了标准火灾下非加载耐火试验,得到了火灾下截面温度分布情况;并进行了钢管混凝土柱火灾下截面温度场有限元分析,研究了柱直径、钢管厚度等的影响。进而提出了火灾下钢管混凝土柱钢管温度简化计算方法,其计算精度得到了试验及有限元计算结果的验证。

圆钢管混凝土柱与钢筋混凝土柱、钢柱在几个方面的比较

比较了圆钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱、钢柱的基本工作原理、力学性能以及施工工艺,充分展示了圆钢管混凝土柱的优越性及其广泛的应用前景。

圆钢管混凝土柱-钢梁混合框架抗震性能影响因素分析

随着经济和建筑科学技术的发展,钢管混凝土柱-钢梁混合框架结构在工程中得到大量应用。但国内还未对楼板空间作用对钢管混凝土柱-钢梁混合框架结构的具体影响进行相关深入的研究,整个钢-混凝土组合结构的抗震性能体系尚不完善。以圆钢管混凝土柱-钢梁混合框架为例,利用SAP2000有限元分析软件建立考虑楼板空间作用的结构三维模型,对结构模型进行Pushover分析,探讨混凝土强度等级、梁柱线刚度比、楼板厚度等因素对圆钢管混凝土柱-钢梁混合框架结构抗震性能的影响。

往复荷载作用下的圆钢管混凝土柱有限元分析

在选取合理的材料本构模型、单元类型、接触设置和网格划分等关键参数的基础上,利用ABAQUS建立了圆钢管混凝土柱计算模型,对其进行了往复荷载下的有限元分析,得到了圆钢管混凝土柱的滞回曲线。将计算结果与试验结果进行对比得知两者的滞回曲线吻合较好,验证了模型的正确性,因此,提出一些关键参数选取的建议,可为相似问题的圆钢管混凝土柱有限元分析提供参考。

压弯作用下圆钢管混凝土柱承载力研究

本文应用Abaqus对圆钢管混凝土柱建立有限元模型并进行受力分析,将分析结果与文献中的试验数据对比论证,结果表明:该有限元模型可应用于进行偏心距、混凝土强度等级及钢管厚度对圆钢管混凝土柱压弯承载力影响的研究。以宁陕7层框架住宅作为工程实例,运用Abaqus有限元程序以边柱为研究对象进行建模,作用其上的轴力和弯矩不改变,分析参数改变对柱子承载力的影响。

圆钢管混凝土柱滞回性能参数分析

为研究圆钢管混凝土柱的滞回性能,选取合理的材料本构和混凝土损伤模型,基于有限元软件ABAQUS建立了圆钢管混凝土柱的滞回数值模型,并与现有试验数据进行模型验证。在此基础上,建立典型算例,描述典型算例在往复荷载作用下的受力全过程,对其破坏模态进行了分析,并根据构件的屈服和破坏将骨架曲线分为3个阶段,根据加、卸载过程将滞回环分为8个阶段,对每个阶段的受力情况进行描述。最后,对轴压比、钢管壁厚度、钢材强度、混凝土强度、长细比等影响构件滞回性能的因素进行了参数分析,结果表明,轴压比和长细比对构件滞回性能的影响较为显著,提高钢材强度、混凝土强度和钢管壁厚度可在一定程度上改善构件的滞回性能。

CFRP-圆钢管混凝土柱偏压试验研究

通过对16根CFRP-圆钢管混凝土偏压柱试验为基础,研究CFRP-圆钢管混凝土偏压柱的受力性能,分析了偏压柱承载力的主要影响因素长细比和偏心率对CFRP-圆钢管混凝土偏压柱承载力的影响。钢管和CFRP可以保持协同工作。

输电塔带肋圆钢管混凝土柱轴压承载性能有限元研究

采用有限元软件ABAQUS对带肋圆钢管混凝土柱的轴压承载性能进行了分析,从应力、位移及极限承载力等方面对比分析了无肋、带肋圆钢管混凝土柱的轴压受力性能。近几年来,西电东输、三峡外送和区域联网等电网工程的实施,全国各地涌现了许许多多的大跨越输电工程。而大跨越输电工程中,跨越塔的结构设计是整个工程的关键项目之一。