多腔钢管混凝土T形柱H型钢梁装配节点抗震性能研究

文章基于滑移耗能思想,提出一种可以控制损伤并实现震后修复的多腔钢管混凝土T形柱H型钢梁装配节点;通过改变上下连接板件的厚度与腹板连接方式改变连接处刚度,对6个试件进行模拟分析,得到相应的滞回曲线、骨架曲线、力学性能指标及转动能力。研究结果表明:合理控制翼缘连接盖板厚度可以转移塑性铰、保护节点核心区,使节点具有及时修复的功能;腹板连接件可以提高节点的刚度、承载力及延性;腹板连接件不宜过大,应该与翼缘保持一定的缓冲距离。

L形冷弯薄壁型钢组合钢管混凝土柱轴压性能

为解决异形钢管混凝土柱阴角对其承载力的影响,提出了用1个冷弯薄壁方钢管和2个U形钢管焊接成L形钢管,内填充混凝土形成L形冷弯薄壁型钢组合钢管混凝土柱形式。设计了5组共10根试件的轴压试验,并开展了有限元参数分析,研究了钢管厚度、U形管外伸长度和钢材强度等参数对构件承载力和延性等力学性能的影响。结果表明:该类试件的主要破坏形态为中上部局部鼓曲破坏,适量增大U形管外伸长度可以提高承载力,但增大到一定程度之后易发生弯扭破坏;承载力和延性随着钢管厚度和钢材强度增大而增加;混凝土强度对构件的初始刚度和峰值荷载的影响都很小,但对曲线下降段的影响较大;试件端部和中部截面阴角处的混凝土应力值比各边中部更大,说明采用U形钢管与方钢管组合的方式改善了阴角处钢管对混凝土约束普遍较弱的问题。基于“统一理论”,给出了两种承载力建议计算公式,与试验结果吻合较好,两种计算方法在0.44~1.94的约束效应系数范围内具有良好的适用性。

多腔T形钢管混凝土柱轴压性能试验研究

为研究多腔T形钢管混凝土柱的轴压性能,开展了7根多腔T形钢管混凝土柱和2根普通T形钢管混凝土柱试件轴压试验研究,主要考察钢管壁厚、混凝土强度和高宽比对多腔T形钢管混凝土柱轴压性能的影响。试验结果表明,与同条件的普通T形钢管混凝土柱相比,多腔T形钢管混凝土柱具有更高的轴压承载力及更好的变形性能。多腔T形钢管混凝土柱的轴压极限承载力随着钢管壁厚增大而显著提高,随着高宽比增大而呈下降趋势;当采用高强混凝土时,应匹配较厚的钢管以更加充分地发挥两种材料的性能。将美国规范ANSI/AISC 360⁃16、欧洲规范Eurocode 4、日本规范AIJ⁃CFT和中国规范GB 50936—2014公式计算与试验的轴压极限承载力进行比较。结果表明,Eurocode 4规范公式的计算精度最高且离散性最小。

多腔T形钢管混凝土柱偏压性能试验研究

为研究偏心荷载作用下多腔T形钢管混凝土柱的力学性能,开展1根普通T形钢管混凝土柱和5根多腔T形钢管混凝土柱在不同偏心距下的轴心或偏心受压试验,主要考察偏心距和高宽比对多腔T形钢管混凝土柱受压性能的影响。试验结果表明,与含钢率基本相当的T形钢管混凝土柱相比,采用多腔T形截面能更好地发挥钢管对核心混凝土的约束作用,且具有更高的承载力和更好的变形性能。多腔T形钢管混凝土柱的极限承载力随偏心距的增大而降低;当试件高度由720mm增大至1800mm时,多腔T形钢管混凝土柱的极限承载力呈降低趋势,但试件未出现失稳破坏特征。

L形方钢管再生混凝土组合异形柱偏压承载力计算方法

基于叠加原理,在《矩形钢管混凝土组合异形柱技术规程》提供的理论计算公式基础上,研究了L形方钢管再生混凝土组合异形柱偏压承载力计算方法。在考虑再生混凝土有效约束面积影响的基础上,提出了L形方钢管再生混凝土组合异形柱偏压承载力计算公式,绘制出轴力-弯矩关系曲线。结果表明:通过引入钢管对内填再生混凝土的约束效应系数,考虑钢管对不同粗骨料取代率再生混凝土的有效约束作用,并根据约束强弱将钢管对内填再生混凝土的约束区域进行划分,可得到再生混凝土的有效约束面积;通过与试验及数值模拟结果对比,验证了L形方钢管再生混凝土组合异形柱偏压承载力计算公式的有效性,该公式可用于预测L形方钢管再生混凝土组合异形柱的偏压承载力,轴力-弯矩关系曲线可较为准确且安全地预测试件的承载力。

异形多腔钢管混凝土分叉短柱抗震性能试验及数值计算

针对某超高层巨型框架结构中异形截面多腔钢管混凝土(concrete-filled steel tube, CFT)分叉柱,为研究截面加强构造对分叉短柱抗震性能的影响,进行了4个试件在竖向轴压力及水平往复两次的低周反复荷载下的抗震性能试验研究,试件上部为五边形四腔体钢管混凝土双柱肢,下部为八边形十三腔体钢管混凝土单柱肢,以此形成分叉柱;研究的截面构造包括四种:基本构造,钢管钢板整体加厚构造,距中和轴较远的钢管角部钢板内表面贴焊等肢角钢的局部钢板加厚构造,距中和轴较远的钢管腔体内置圆钢管构造。基于试验结果及截面构造特点,进行了数值计算。试验及数值计算结果表明:异形截面多腔钢管混凝土分叉短柱的破坏主要发生在上柱根部分叉截面处,表现为距离中性轴较远处的钢板撕裂以及局部焊缝开裂引起的整块钢板撕裂;内置圆钢管的加强构造承载力提高7.6%、变形能力提高14.4%,综合耗能能力最强,局部钢板加强构造承载力提高9.2%、变形能力下降18.7%,钢管钢板整体加厚构造承载力略有提高、但变形能力下降较多;提出的异形多腔钢管混凝土柱简化建模方法计算效率较高,精度满足工程设计要求。

内置T型钢骨-T形钢管混凝土短柱的有限元分析

为了进一步的研究内置T型钢骨-T形钢管混凝土短柱轴压力学性能,在试验研究的基础上,使用有限元软件ABAQUS建立相应的模型进行对比分析,研究了钢管屈服强度、钢骨屈服强度和混凝土强度对内置T型钢骨-T形钢管混凝土短柱极限承载力的影响。结果表明:有限元模拟的结果与试验得到的破坏模式基本一致,试件的承载力与钢管纵相应变曲线也相吻合;钢管屈服强度、钢骨屈服强度和混凝土强度的提高对试件极限承载能力均有所提高,钢管屈服强度影响较大。

L形多腔方钢管混凝土柱的抗火性能研究

为研究L形多腔方钢管混凝土柱的抗火性能,建立了42个不同荷载比、钢材屈服强度、柱肢宽度和混凝土抗压强度的有限元模型,并进行火灾模拟分析。结果表明:模型的测点温度和轴向位移的模拟值与试验值误差较小,模型具有可靠性,可用于异形多腔钢管混凝土柱的抗火性能模拟;荷载比的减小、钢材强度的减小、混凝土强度的增大和柱肢宽度的增大有利于构件耐火极限的提高;提出了L形多腔方钢管混凝土柱的耐火极限计算式并验证了其准确性,为此类构件在装配式住宅的工程应用中提供了抗火设计依据。

T形多腔钢管混凝土长柱单向偏压有限元分析

为研究T形钢管混凝土长柱的单向偏心受压性能,采用ABAQUS软件对3组试件进行有限元建模分析,考察长细比、高宽比和偏心距等因素对试件偏压性能的影响。分析结果表明:长细比越大,试件初期刚度和极限承载力越低,但延性性能较好;适当增大腹板高宽比,能提高试件初期刚度和极限承载力,对后期受力性能没有较大影响,翼缘高宽比与受力性能没有明显关系;偏心距越大,承载力越低,但在到达极限荷载后能表现出较好的延性。

组合T形截面钢管混凝土柱正截面受压承载力试验研究

在总结分析各种异形钢管混凝土柱工程应用的基础上,提出矩形钢管混凝土组合焊接T形柱(WeldedRectangular Composite T-shaped Concrete-Filled Steel Tubular Column,简称WRC-T钢管混凝土柱)。考虑约束效应系数、长径比、肢长腹比等参数的影响,设计制作34个WRC-T钢管混凝土柱试件;通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线、强度承载力和稳定承载力,分析各参数对此类试件轴心受压力学性能的影响。通过试验数据回归分析,参考国内外相关规范的计算条文,提出WRC-T钢管混凝土柱轴心受压强度承载力和稳定承载力的实用计算公式。研究表明,WRC-T钢管混凝土柱的两个组成部分能很好地协同工作,力学性能好;长径比L/i≤14.4的试件可视为短柱,长径比14.4<L/i≤33.6的可视为中长柱。文中所提强度承载力和稳定承载力公式的计算结果与试验值符合良好,可供工程设计参考。

带约束拉杆T形钢管混凝土短柱轴压性能的试验研究

介绍11个带约束拉杆和5个不带约束拉杆的T形钢管混凝土轴压短柱试件的试验研究,讨论在不同约束拉杆间距与直径、钢板厚度与屈服强度、截面尺寸下带约束拉杆T形钢管混凝土短柱的破坏特点、承载力、拉杆与钢管的应变特点等轴压性能。结果表明:约束拉杆的设置改变了钢管的屈曲模态,延迟钢管局部屈曲的发生,有助于T形钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性的提高。采用现有规范或规程的计算公式对试件轴压承载力进行计算,对不同计算方法的适用性进行探讨。

钢管混凝土组合T形短柱轴压力学性能研究

在总结分析各种异形钢管混凝土柱工程应用的基础上,提出矩形钢管混凝土组合焊接T形柱(Welding Rectangular Composite T-shaped Concrete-Filled Steel Tubular Column,简称WRC-T钢管混凝土柱).考虑约束效应系数、长径比、肢长腹比等参数的影响,设计制作20个WRC-T钢管混凝土短柱试件,通过短柱的轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-变形曲线和极限承载力,分析各参数对此类短柱轴压力学性能的影响.应用大型有限元软件ABAQUS6.5进行数值模拟分析,将数值模拟结果与试验结果进行比较,两者符合较好.研究表明,WRC-T钢管混凝土短柱的两个组成部分能很好地协同工作,力学性能好,便于施工;利用有限元软件ABAQUS6.5中的C3D8R单元进行实体建模可以较好地模拟WRC-T钢管混凝土短柱的力学性能.

T形钢管混凝土短柱轴压试验

进行了6根普通构造T形钢管混凝土轴压短柱的试验研究,以考察无加劲措施T形钢管混凝土柱的变形特征、破坏模式和承载能力.试验的主要参数有管壁宽厚比、截面高宽比.试验结果表明,由于T形钢管混凝土柱的核心混凝土延缓了钢管的局部屈曲,尽管该组合构件承载力不能得到有效提高,但延性却得到相当改善;阳角钢管对混凝土提供了较强的约束,而由于钢板与混凝土的分离,阴角钢管几乎不能约束混凝土;T形钢管混凝土柱的破坏形态主要为钢管鼓曲及此部位及阴角区域混凝土压碎破坏;管壁宽厚比越小,初始鼓曲发生越晚,钢管对混凝土的约束效应越强,承载力越高、延性越好.最后采用现有规范或规程的计算公式对试件轴压承载力进行了计算,并对不同计算方法的适用性进行了探讨.

T形钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接节点抗震性能试验研究

本文对3个T形钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接节点进行了低周反复荷载作用下的试验研究及分析,研究外伸端板连接节点破坏形式及抗震性能。分析结果表明:该类节点的强度主要取决于高强螺栓的强度及外伸端板的强度和刚度,高强螺栓强度和外伸端板厚度的不同直接影响节点的性能;该类节点具有较好的耗能性能,强度较高。这些研究结果对外伸端板连接节点的研究和应用提供了一定的理论基础。

多室式钢管混凝土T形中长柱轴压性能研究

为了实现对多室式钢管混凝土T形柱轴压稳定性能的研究,进行6个中长柱试件及4个短柱对照试件的轴压试验,重点考察前者的破坏形态、荷载-变形关系及截面尺寸对承载力的影响。试验结果表明,中长柱的力学行为与短柱有较大不同,其破坏属于整体弯曲破坏,增大腹板高度对承载能力会产生有利影响。同时,将改进Mander模型后所得的混凝土本构关系引入有限元软件ABAQUS中,对试验进行了有限元模拟,其结果与试验结果吻合较好。在试验及有限元分析的基础上确定了中长柱与短柱之间的界限长细比,并对这一新型结构柱稳定承载力的计算方法进行了探讨,给出可供实际应用参考的计算公式。

T形钢管混凝土柱轴心受压稳定承载性能研究

基于9根T形钢管混凝土中长柱的单向、双向偏心受压试验的结果,建立了T形钢管混凝土柱用于纤维模型程序分析其承载力的本构模型.在验证纤维模型程序合理性的基础上,对T形钢管混凝土柱轴压稳定性能进行了参数研究.研究参数包括:钢材屈服强度、混凝土抗压强度、管壁宽厚比、截面肢宽厚比、长细比以及加载角度.理论结果表明:长细比是影响T形钢管混凝土柱轴压稳定承载力的主要因素,混凝土工作承担系数和加载角度也对钢管混凝土柱的承载力有一定影响.纤维模型计算的柱子曲线与钢结构规范的a,b,c,d类曲线之间的比较表明:不同参数截面的T形钢管混凝土柱的柱子曲线会在一个较宽带宽范围内变化.最后,在大量参数分析基础上,考虑长细比和混凝土工作承担系数的影响,提出了T形钢管混凝土轴压柱的稳定承载力系数的实用计算方法.理论公式计算结果与已有试验结果吻合良好,可为工程设计提供理论参考.

T形钢管混凝土单向偏压长柱力学性能分析

采用普通T形钢管混凝土柱的核心混凝土等效单轴本构关系,利用纤维模型程序对T形钢管混凝土单向压弯长柱的力学性能进行分析,讨论了混凝土抗压强度、钢材屈服强度、管壁宽厚比、截面肢宽厚比、加载角度、长细比和轴压比等参数对构件偏压稳定承载力的影响.研究表明:混凝土工作承担系数、加载角度和长细比对正则化的轴力与弯矩相关曲线的形状有重要影响;基于大量数值结果回归分析,提出了T形钢管混凝土柱单向压弯承载力的简化计算方法,简化方法计算结果与纤维模型分析结果、试验结果吻合良好,简化方法可为工程设计提供参考.

多室式钢管混凝土T形短柱轴压性能试验研究

对钢管混凝土T形柱进行合理的改进,提出多室式钢管混凝土T形柱(MT-CFST柱)。进行12个短柱试件的轴压试验并对其破坏过程作了详细描述,给出试件的轴压应力-纵向平均应变曲线,同时也考察试件的破坏形态及截面各尺寸、板件布置方式、钢板厚度、混凝土强度等因素对试件力学性能的影响。试验结果表明:多室式钢管混凝土T形柱能较好地增强T形截面内钢材对混凝土的约束作用,发挥两种材料的组合性能;试件的破坏以局部鼓曲和整体剪切两种形式为主,轴压性能受腹板高度、钢板厚度及混凝土强度的影响较大。同时,参考国内外4种钢管混凝土规范中的计算方法对试件的承载力进行计算,经过对比后发现,按EC4规范计算的结果与试验结果符合最好。

异形截面多腔钢管混凝土巨型柱偏压性能

以北京中国尊大厦和天津117大厦巨型柱为原型,进行了4个大尺寸的多腔钢管混凝土巨型柱模型单向重复荷载偏压性能试验,包括1个中国尊八边十三腔巨型柱模型、1个中国尊八边十三腔巨型柱角部腔内设置圆钢管模型、2个天津117大厦六边六腔巨型柱模型,中国尊巨型柱模型缩尺比例为1/13,天津117大厦巨型柱模型缩尺比例为1/12.分析了不同截面形状及构造试件的损伤演化、承载力、变形恢复能力、刚度及其退化,进行了理论计算分析.研究表明:偏压荷载下各试件均具有良好的力学性能;八边十三腔巨型柱角部腔内设置圆钢管,可有效减缓试件损伤发展,明显提高试件承载力和变形能力;六边六腔巨型柱试件偏心距较小时承载力较高,偏心距较大时试件复位能力相对好.采用多国规范及纤维模型法计算了各试件N-M相关曲线和荷载-变形曲线,计算结果与试验结果相比偏于安全;考虑多腔钢管特点,在GB 50936中N-M相关曲线计算方法及韩林海钢管混凝土本构关系基础上,提出了多腔钢管混凝土统一抗压强度fsc计算的简化修正方法与公式,计算所得试件的N-M相关曲线和承载力均与实测符合较好,可供多腔钢管混凝土柱偏压计算参考.

异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱轴压应变试验分析

在建工程北京"中国尊"采用了异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱。利用该工程的巨型分叉柱模型试件轴压试验的应变数据并结合该巨型柱的截面几何性质,进行了系统的纵向及横向应变分析,阐明了构造措施引起的应变响应差异,揭示了腔体内、外钢板对混凝土的约束效应机制。结果表明:截面几何性质对不规则异形截面试件的后期变形性能影响较大,钢板上增设纵向加劲肋会影响应变响应,腔体内、外钢板对混凝土的约束效应存在差异。