基于桁架-拱模型理论对实腹式型钢混凝土短柱受剪承载力的分析

实腹式型钢混凝土短柱是型钢混凝土组合结构的主要承重构件。目前,我国规程依据试验统计建立实腹式型钢混凝土短柱的受剪承载力计算公式,往往不考虑型钢翼缘的影响。本文采用桁架-拱模型理论对实腹式型钢混凝土短柱的受剪承载力进行了分析,将实腹式型钢混凝土短柱分为钢筋混凝土与型钢两部分考虑,然后将两部分叠加从而求得。分析钢筋混凝土部分的受剪承载力时,采用桁架-拱模型,考虑了型钢腹板和翼缘的影响;型钢部分的受剪承载力取Va=(0.58f_at_wf_w)/(λ-0.2)。本文计算结果与试验结果吻合较好。

高温后方钢管型钢混凝土短柱轴向力学性能研究

为探究加热时间、钢管宽厚比和型钢含钢率等参数对火灾后方钢管型钢混凝土短柱力学性能的影响,对9根未经加热和12根加热不同时间后的短柱进行轴向静力荷载试验。通过分析荷载-轴向应变曲线,讨论了高温后试件的剩余承载力、延性及刚度退化的变化规律,最后提出了常温下方钢管型钢混凝土短柱极限承载力的计算公式。结果表明:所有试件均为鼓曲破坏,鼓曲处混凝土局部发生破碎,但其核心混凝土仍保持为一个整体。试件高温后的剩余承载力随加热时间先小幅增加后稳步下降;其下降幅度随着型钢含钢率的增加而减小,当含钢率接近9%时基本保持不变。延长加热时间可以提高试件的延性,试件加热130 min后延性系数约提高71%。增加内外含钢率比及加热时间能够减缓试件刚度退化的速率。基于提出公式所得的计算承载力与试验结果较为一致,可应用于工程实践。

工字形截面型钢混凝土短柱受压性能研究

为研究工字形截面型钢混凝土短柱的受压性能,设计了5个1/20缩尺工字形截面型钢混凝土短柱试件,各试件几何尺寸、配筋、配钢均相同,进行了不同偏心距、不同加载方向工况下的轴压、偏压单调加载试验。通过试验,分析了各试件的破坏特征、承载力、刚度及退化过程等。对比分析了偏心距、加载方向对工字形截面型钢混凝土短柱受压性能的影响规律。基于试验,进行了工字形截面型钢混凝土短柱受压承载力计算,计算结果与试验结果符合较好。研究表明:工字形截面型钢混凝土短柱具有良好的弹塑性变形能力和较高的承载力;随着偏心距的增大,工字形截面型钢混凝土短柱的承载力逐渐降低,弹塑性最大位移逐渐增大,延性逐渐增强,刚度退化逐渐减慢;偏心距相近时,与沿翼缘方向偏心加载的试件相比,沿工字形截面腹板方向加载的试件屈服荷载、极限荷载较高,延性性能较好。

“栓钉+箍筋多倍间距穿钢骨腹板”大长宽比型钢混凝土短柱抗震性能试验研究

提出"栓钉+箍筋多倍间距穿钢骨腹板"的箍筋设计方法,以减少大长宽比型钢混凝土柱中钢骨腹板穿筋、开洞等施工工序,缩短施工工期,降低建造成本;并对采用该方法设计的大长宽比型钢混凝土短柱进行了抗震性能试验。研究表明:采用"栓钉+箍筋多倍间距穿钢骨腹板"的型钢混凝土短柱具有良好的承载力、塑性变形能力和耗能能力,满足抗震性能需求。最后,通过实际工程应用验证了提出方法的有效性和可行性。

栓钉用量对大长宽比型钢混凝土短柱抗震性能影响研究

为研究栓钉用量对大长宽比型钢混凝土短柱抗震性能的影响,对不同栓钉用量的3个型钢混凝土短柱进行抗震性能试验研究。研究结果表明:增加栓钉的用量对型钢混凝土短柱的水平承载力影响不大,但可增加型钢与混凝土之间的摩擦耗能面积,提高构件的耗能能力;此外,不论栓钉设置与否,型钢混凝土短柱均具有良好的延性和塑性变形能力,但栓钉用量的增加会加剧构件裂缝发展,降低构件延性。因此,建议型钢混凝土短柱设计时,可适当放宽栓钉用量,间距100mm以上为宜。

型钢UHTCC短柱的抗震性能研究

将具有良好控裂耗能能力和抗剥落性能的水泥基材料UHTCC应用于型钢混凝土SRC短柱,制作并完成了7个型钢-UHTCC(SUHTCC)短柱和1个SRC对比短柱的拟静力试验。试验主要变量为:配箍率、轴压比和翼缘栓钉布置。结果表明:UHTCC的使用可有效避免SRC短柱粘结裂缝的滋生,减缓剪切主裂缝的扩展,能够将SRC短柱的脆性剪切粘结混合破坏模式转变为延性较好的剪切破坏模式,大幅提升短柱的震后完整性;对SUHTCC短柱,增大配箍率对承载力几乎没有影响,但需确保箍筋最大间距以延缓粘结破坏,高配箍率的试件能显示出较好的峰后滞回曲线,具有较高的极限变形和耗能;轴压比对抗震破坏形态和力学性能影响较小,高轴压比下依然拥有较高的大变形能力和良好的抗震耗能;与型钢翼缘没有布置栓钉的SUHTCC试件相比,布置栓钉的SUHTCC短柱表现出更为饱满的峰前抗震滞回曲线,对峰前行为的影响较为显著,但峰后破坏加快导致延性降低。最后采用3种不同规范对SUHTCC短柱受剪承载力进行了预测,初步验证了现行JGJ138-2016规范受剪承载力计算公式的适用性,并对SUHTCC短柱的剪切变形进行了定量分析,讨论了各参数对剪切变形的限制能力。

型钢混凝土短柱受剪承载力计算模型研究

型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)结构因承载力高、刚度大、耐火及耐久性能好等优点在高层及超高层建筑中被广泛使用,其中SRC柱作为主要竖向承重及抗侧力构件,其在地震作用下承载能力直接影响整体结构在地震作用下的响应。目前,对于SRC短柱受剪承载力计算方法有待深入研究,而各国规范或规程中使用的基于强度叠加法的半经验-半理论计算公式缺乏明确的力学模型作为支撑。为此,利用SRC短柱中钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)部分与型钢及其内部混凝土部分的剪切变形相互关系,确定了RC部分与型钢及内部混凝土组合体到达其受剪承载力的先后顺序,并以此提出了基于强度叠加法的SRC短柱受剪承载力计算模型,并将该模型及现行规范的计算结果与文献记载的66个发生剪切破坏的SRC短柱的试验结果进行了对比。结果表明:模型可准确预测文献记载的66个发生剪切破坏的SRC短柱的受剪承载力;模型中对RC部分与型钢及其内部混凝土部分剪切变形的考量可准确定义SRC短柱在峰值荷载时的剪力分配机制,在实际工程设计时可依此判断SRC短柱中RC部分与型钢及其内部混凝土部分的承载力利用率,使SRC短柱的受剪承载力最大化。

考虑初应力的哑铃型钢管混凝土短柱轴压承载力分析

在4种无初应力的哑铃型钢管混凝土柱极限承载力计算方法的基础上,引入考虑初应力影响的折减系数,得到了考虑初应力影响的哑铃型钢管混凝土短柱轴压极限承载力的计算公式;通过合理地考虑中间主应力和材料拉压比对哑铃型钢管混凝土短柱轴压极限承载力的影响,提出了一种新的基于双剪统一强度理论的计算方法。将各种计算方法的计算值与试验值进行比较,验证了本文计算公式的合理性,并分析了各种方法的基本特点,可供工程应用参考。

轴压纤维增强复合材料-型钢-混凝土组合短柱的力学性能

为了研究纤维增强复合材料(FRP)管壁厚度和试件尺寸对FRP-型钢-混凝土组合短柱力学性能的影响,对2根FRP-型钢-混凝土组合短柱进行轴心受压实验;利用有限元软件建立数值模型,对10根模拟试件进行分析,绘制试件在静力荷载作用下的荷载-应变曲线,分析FRP管壁厚度及试件尺寸对FRP-型钢-混凝土短柱轴心受压下力学性能的影响规律。结果表明:在试件尺寸相同的情况下,FRP管壁厚度越大,试件的承载能力越强,延性越好;随着试件尺寸的增大,试件极限应力增大的幅度减小,导致试件的延性劣化。

内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱生命周期内的力学性能

为了研究内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱在生命周期内的受力机理,利用有限元软件ABAQUS建立该类短柱的计算模型,并与已有的相关试验结果进行对比。模型中将钢管初应力和长期荷载作为生命周期内的主要因素进行考虑,分析了内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱生命周期内的荷载-变形全过程曲线、跨中截面各部件纵向应力分布和钢材与混凝土之间的相互作用力;考察了初应力系数、长期荷载比和含钢率对构件承载力和变形的影响规律。结果表明:考虑钢管初应力和长期荷载作用的内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱极限承载力与一次加载情况下相比变化不明显,但极限承载力对应的纵向应变增长84.2%;在长期持荷阶段,核心混凝土发生卸载现象,其承担的荷载下降了30%左右,再加载阶段又继续承载;钢管与混凝土之间的接触应力在中截面处最大,沿构件长度方向逐渐向两端减小;随着钢管含钢率增大,构件极限承载力增大,变形减小,而型钢含钢率对构件变形影响较小;随着初应力系数和长期荷载比的增大,构件纵向变形增大。

实腹式型钢混凝土短柱剪切粘结承载力分析

实腹式型钢混凝土短柱的剪切粘结破坏和剪切斜压破坏有着本质的区别,目前我国规程关于两种破坏下的承载力计算采用统一的公式。讨论了型钢、箍筋、混凝土各部分在剪切粘结破坏中的抗剪贡献,并根据试验数据统计回归出实腹式型钢混凝土短柱剪切粘结承载力计算公式,其计算结果与试验结果基本吻合。

CFRP约束有预载矩形SRC短柱轴压性能有限元分析

为了研究预载水平对碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP,又称为"碳纤维布")约束型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)矩形短柱轴压性能的影响,文章采用有限元软件对已有试验试件进行了数值模拟,结果表明采用混凝土损伤塑性模型可较好地模拟预载后加固型钢混凝土柱在有材料损伤后的力学性能。通过数值分析发现,碳纤维布对型钢混凝土矩形短柱的约束作用主要集中在水平截面的柱角部和靠近型钢部位;预载水平提高后,峰值荷载下试件中混凝土的竖向应力降低,且远离型钢部位的柱角部混凝土应力变化最明显,同时预载水平对碳纤维布工作应变有影响;建立了预载水平与碳纤维布有效拉应变的关系式。

UHPC全包裹S690高强型钢短柱轴压性能研究

以高强型钢超高性能混凝土短柱(型钢强度为S690,UHPC强度为C130)的轴压试验为基础,利用有限元软件对试件进行了非线性有限元分析,有限元分析结果和试验荷载-位移曲线吻合较好,破坏模态相同,峰值荷载偏差值为8.9%,有限元模拟型钢荷载-竖直应变曲线和荷载-水平应变的峰值应变偏差为4.3%,验证了建模方法的可靠性,表明该有限元模型可以准确预测其轴压性能。基于试验和数值模拟分析了试件的受力机理。最后利用该有限元模型探究了箍筋间距参数、混凝土保护层内布置钢丝网参数对轴压性能的影响。结果表明:箍筋间距增加,试件轴压峰值承载能力变化不大,剩余承载能力减小;设置钢丝网以后,试件的峰值承载能力和剩余承载能力提高。

型钢再生混凝土短柱抗剪承载力计算

为研究型钢再生混凝土短柱的抗震性能,对8个型钢再生混凝土短柱试件,采用悬臂柱式加载装置进行低周反复荷载试验,观察其受力过程和破坏形态。试验表明,剪跨比为1.4的型钢再生混凝土短柱以剪切斜压破坏形态为主;分别研究了轴压比、配箍率和再生粗骨料取代率对试件抗剪承载力的影响;分析了型钢再生混凝土短柱的受力特点和破坏机理;推导出型钢再生混凝土短柱发生剪切斜压破坏时的抗剪承载力计算公式。最后,为便于工程应用,在试验与理论分析的基础上,提出了型钢再生混凝土短柱抗剪承载力简化计算公式,计算结果与试验结果符合较好。

基于OpenSees的型钢再生混凝土短柱抗剪性能数值模拟

为研究型钢再生混凝土短柱的抗剪性能,推广再生混凝土结构的工程应用,基于OpenSees软件,采用弯剪相互作用的位移型梁柱单元并利用纤维截面建模,对8根型钢再生混凝土短柱在低周反复荷载作用下的抗剪性能进行数值模拟。对比分析再生粗骨料取代率、轴压比以及体积配箍率的变化对型钢再生混凝土短柱抗剪性能的影响规律。结果表明:再生粗骨料取代率为100%的型钢再生混凝土短柱与普通型钢混凝土短柱的抗剪性能接近;轴压比和体积配箍率对型钢再生混凝土短柱的抗剪性能有较大影响;基于OpenSees软件能够模拟型钢再生混凝土短柱在压、弯、剪共同作用下的非线性反应。

循环荷载作用下型钢高强高性能混凝土短柱抗剪承载力研究

基于循环荷载作用下的型钢高强高性能混凝土短柱的试验结果,对影响型钢高强高性能混凝土柱剪切破坏的剪跨比、轴压比、混凝土强度、含钢率以及配箍率等主要因素进行分析。通过单独考虑钢筋混凝土部分、型钢部分、轴压力部分对柱抗剪承载力的贡献,根据叠加原理,并考虑位移延性需求的影响,分别给出型钢高强高性能混凝土短柱剪切黏结破坏以及剪切斜压破坏两种情况下的抗剪承载力计算公式。通过与试验结果的对比发现,所建立的公式能较好地反映型钢高强高性能混凝土短柱的抗剪承载力,研究结果可为型钢组合结构规范的修订以及工程设计提供理论依据和参考。

型钢部分包裹再生混凝土短柱轴压性能试验研究

对型钢部分包裹再生混凝土短柱进行了轴压试验,考虑再生粗骨料取代率、混凝土强度、长细比等为变化参数,对其进行静力试验。结果表明:型钢与再生混凝土具有良好的协同工作能力;该组合柱在轴压下的受力过程可分为弹性阶段、弹塑性工作阶段和破坏阶段;以型钢翼缘屈曲、再生混凝土压碎为破坏形式。