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。

钢管高强再生混凝土叠合柱偏压性能

为研究钢管高强混凝土叠合柱偏心受压性能,以混凝土类型和偏心距为参数,完成了6根叠合柱偏心受压试验,研究了不同参数对钢管高强混凝土叠合柱损伤发展过程、破坏特征、承载力和延性的影响,并基于《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》(T/CECS 188—2019)和相关学者提出的公式对16根钢管混凝土叠合柱的偏压承载力进行了计算。研究结果表明:再生混凝土叠合柱与普通混凝土叠合柱的受力过程均经历了弹性、带裂缝工作和破坏3个阶段,表现出外围混凝土保护层被压碎脱落、纵筋鼓曲和箍筋外鼓等破坏特征;与普通混凝土叠合柱相比,再生混凝土叠合柱的初始刚度和变形能力有所降低,但承载力略高;随着偏心距的增加,钢管混凝土叠合柱的初始刚度和承载力迅速降低,而位移延性系数迅速增大,中和轴逐渐向受压区移动,与平截面假定的吻合度有所降低;钢管混凝土叠合柱偏压承载力计算应考虑钢管自身承载力以及钢管对核心混凝土约束效应的影响。

复式钢管混凝土柱-钢梁半穿心节点拉拔性能试验研究

对3种复式钢管混凝土柱-钢梁半穿心节点试件(腹板半穿心节点试件AJ1、腹板-翼缘半穿心试件AJ2和腹板-横隔板半穿心节点试件AJ3)进行了拉拔试验,探讨了节点的破坏形态和拉拔性能。结果表明试件AJ2、AJ3的承载力比试件AJ1分别提高了14.2%和13%,表明内外钢管间设置横向水平半穿心构件有利于改善节点抗拉传力机制并可明显提高其抗拉承载力。为进一步研究半穿心构件对节点拉拔性能的影响,进行了纯钢梁翼缘节点试件AJ1-R、AJ2-R、AJ3-R的拉拔试验。结果表明,3种半穿心节点试件AJ1、AJ2、AJ3的极限荷载较纯翼缘节点试件AJ1-R、AJ2-R、AJ3-R分别提高了60.1%、22.7%、73.8%,初始刚度提高约2倍;半穿心腹板为主要传力构件,保证了节点具有较强的承载能力和抗拉刚度;半穿心翼缘能直接传递梁柱之间拉力,而半穿心横隔板有利于发挥斜向腋板传递拉力的作用,达到与半穿心翼缘相当的承载能力,且能较好地保证核心区混凝土的密实性和节点变形性能。

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。

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。

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。

高层建筑钢管柱内高强自密实混凝土施工关键技术研究

为了提升现代高层建筑建设质量,以某高层建筑工程为例,介绍一种钢管柱内高强自密实混凝土施工技术。首先,对某高层建筑工程基本情况进行了简单介绍,并以此为基础,确定出最终的施工方案。之后详细探讨了施工流程与关键技术要点,最后,通过实例验证该施工技术的应用效果。通过实例验证可以发现,该技术施工更加简单,施工质量更高,所需成本更低,有利于高层建筑工程的建设。

复式钢管高强混凝土柱轴压试验研究

通过20个复式钢管高强混凝土柱试件的轴心受压试验,对其破坏形态、受力机理、刚度和承载力进行研究。结果表明:内外钢管在轴压力作用下同时屈服,从主要承受竖向压力转变为主要承受环向拉力,内外层混凝土因受套箍约束而具有更高的抗压强度;随着等效套箍指标的增大,试件承载力与屈服荷载的比值增大、峰值后曲线趋于水平,破坏形态从剪切破坏转变成腰鼓形破坏;混凝土抗压强度、钢管屈服强度、内外管直径比、外管厚径比和内管厚径比是影响复式钢管高强混凝土柱轴心受压承载力的主要因素。试验结果及有限元分析表明,理想弹塑性本构模型适宜作为钢管混凝土轴压柱中钢管的本构模型。利用非线性有限元分析软件ABAQUS进行有限元分析,其结果与试验结果吻合良好。通过对试验结果的统计分析,提出了复式钢管高强混凝土柱轴心受压承载力实用计算式,可供实际工程设计参考应用。

加强层伸臂桁架-复式钢管高强混凝土柱节点有限元分析

基于巨型框架-核心筒结构体系中加强层伸臂桁架与巨型框架柱连接节点受力的特殊性,提出一种伸臂桁架-复式钢管高强混凝土柱的连接节点形式,运用ABAQUS软件并结合深圳某超高层结构设计,对该节点展开详细的数值模拟分析。研究揭示了该节点的受力机理,并证明其在传力上的可靠性,可为该类节点在超高层结构中的应用提供参考。

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。

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。

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。

复式不锈钢管高强再生块体混凝土短柱轴压试验研究

在方不锈钢管混凝土中配置圆碳素钢管,可以改善方不锈钢管对核心混凝土约束效应低、变形能力差的特点,使复式不锈钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)截面具有较高的承载力、变形能力和抗火性能,减少普通钢结构的防腐和防火施工工序;钢管的约束效应也有利于弥补添加再生混凝土块体所带来的不利影响。开展16根复式不锈钢管高强再生块体混凝土短柱的轴压试验,考察了再生块体取代率、约束效应系数和新旧混凝土强度等参数对试件轴压力学性能的影响。研究结果表明:复式不锈钢管再生块体混凝土短柱试件的轴压承载力随再生块体取代率的增加而降低,替代率20%时承载力最大降低幅度为6.8%;试件破坏过程及破坏形态与普通复式不锈钢管混凝土短柱相似;内部圆钢管混凝土呈腰鼓型和剪切型破坏两种类型;复式不锈钢管再生块体混凝土短柱具有良好的变形能力和剩余承载力,超过峰值荷载后,荷载–位移曲线经过短暂下降,基本维持水平或略上升,所有试件的剩余承载力达到峰值荷载的63%以上。最后,提出了复式不锈钢管混凝土截面中钢管截面对核心混凝土的约束效应的简化方法,采用4种承载力计算方法进行轴压承载力的计算并对比,结果表明,考虑圆形截面部分的承载力乘以折减系数的假定具有较好的适用性,所得承载力的计算结果与试验结果吻合较好。

复式钢管混凝土柱装配式连接锚固性能试验研究

预制混凝土构件通常采用先拼接后灌浆的连接方式,一旦灌浆不密实,将存在严重安全隐患。为了解决装配式复式钢管混凝土结构的连接问题,探索更方便可靠的连接方式,将先灌浆后插筋的连接方式运用到装配式复式钢管混凝土柱的连接中,系统研究了该连接方式下装配式复式钢管混凝土柱中的钢筋锚固性能和锚固长度。并通过设计制作36个复式钢管混凝土柱的灌浆插筋锚固试件,采用拉拔试验方法研究了钢筋直径、位置、锚固长度、预制孔形式及直径、灌浆料强度、混凝土强度7个影响因素对浆锚钢筋在复式钢管混凝土柱中的锚固性能影响。研究结果表明:(1)试件的典型破坏形式包括钢筋未屈服拔出、钢筋受拉屈服拔出、钢筋拉断三种形式,主要发生钢筋屈服后试件破坏,锚固性能良好;(2)浆锚钢筋在灌浆料中的受力过程主要分为四个阶段:弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段;(3)预制孔直径、混凝土强度、灌浆料强度越大,锚固钢筋锚固性能越好;(4)角部浆锚钢筋的极限承载力和极限黏结应力均比中部浆锚钢筋大;(5)复合钢管混凝土柱装配式连接的锚固长度建议根据《混凝土结构设计规范》进行计算确定,且预制孔直径不小于2 d,且不宜小于32 mm。

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。

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。

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。

复式钢管混凝土柱-H型钢梁节点抗震性能有限元分析

为研究梁翼缘宽厚比对复式钢管混凝土柱-H型钢梁节点的抗震性能的影响,运用ABAQUS有限元软件建立了4个有限元模型,对节点模型梁端施加低周往复荷载作用。结果表明,提高梁翼缘宽厚比能够提高复式钢管混凝土柱-H型钢梁节点的变形能力,并且随着翼缘宽厚比的增大,极限承载力和屈服荷载逐级增大,延性系数变化不明显,以及在大位移工况下,梁翼缘宽厚比对节点耗能影响较大。