巨型钢管混凝土柱共同工作性能数值分析

为研究超高层建筑结构中大型转换梁(或转换桁架)与巨型钢管混凝土柱连接处超大截面矩形钢管混凝土柱中钢管与核心混凝土的共同工作性能,针对提出的节点内直接设置分配梁的构造,采用ABAQUS软件对3种不同构造措施的4个超大截面矩形钢管混凝土柱1∶5缩尺模型的轴压试件进行了非线性有限元分析,结果表明,有限元分析得到的轴压荷载-位移曲线、混凝土工作承担系数曲线和破坏模态均与试验吻合良好,验证了有限元模型的有效性.在此基础上通过有限元分析考察了分配梁刚度和管壁宽厚比对仅设置分配梁和分配梁加环板2种构造的超大截面矩形钢管混凝土柱钢-混凝土共同工作性能的影响,分析表明,管壁宽厚比对超大截面矩形钢管混凝土柱钢-混凝土共同工作性能影响较小;增大分配梁的刚度可以较大地改善钢-混凝土的共同工作性能.

巨型钢管混凝土柱分配梁构造下竖向荷载传递机理研究(Ⅰ):试验研究

在前期试验研究的基础上,对设置分配梁构造的超大截面矩形钢管混凝土柱进行轴压1∶5缩尺模型试验研究。为考察分配梁构造对竖向荷载的传递机制,试验中竖向荷载仅通过加载梁施加于钢管壁,混凝土不直接承担荷载。通过对试件破坏模式、分配梁破坏模式、管壁应变分布、试件承载性能及钢-混凝土共同工作性能进行分析,结果表明:所有试件表现出良好的延性,根据试验竖向荷载-位移曲线得出试件达到峰值荷载前具有较长的屈服平台段;混凝土承担的荷载取决于分配梁截面面积及截面刚度,并随分配梁截面面积的减小而降低;分配梁破坏模式为在梁端产生剪切屈服区域并产生较大塑性变形,部分试件分配梁下翼缘及腹板处形成了贯通撕裂裂缝;分配梁试验屈服承载力略大于梁全截面抗剪承载力,试验极限承载力接近梁全截面抗拉承载力。

设分配梁与内环板传力构造的巨型钢管混凝土柱抗震性能试验研究

针对7个按1∶5缩尺的设置分配梁加内环板传力构造的巨型钢管混凝土柱试件进行拟静力试验研究,考察了轴压比、长细比、管壁宽厚比及纵向T形加劲肋等因素对此类构件抗震新能的影响。研究结果表明,管壁宽厚比大于60的试件,在达到极限荷载之前(约为极限荷载的63%)发生管壁局部屈曲,延性较差;设置T形加劲肋可有效减小管壁宽厚比,提高管壁局部屈曲强度,改善试件的延性性能及耗能能力;试件位移延性系数随轴压比和试件长细比的增大而降低,刚度退化越明显;在低周反复荷载作用下,同时设置分配梁与内环板传力构造的钢管混凝土柱试件破坏时的位移角超过了规范规定的弹塑性层间位移角限值,满足抗震设计要求,且钢管与核心混凝土变形协调,相应的截面属性和压弯承载力可按平截面假定计算。

设分配梁巨型钢管混凝土柱轴压承载性能试验研究

分3批次完成了设分配梁传力构造的巨型钢管混凝土柱轴压系列试件,对3批试件的破坏模态、极限承载力、分配梁应变分布规律等进行综合对比分析.结果表明,通过分配梁传递给核心混凝土的竖向荷载大小与分配梁的横截面面积成正比,且远大于通过钢-混凝土黏结作用所传递的荷载,表明采用分配梁传递竖向荷载是高效、可行的.3批试件的分配梁均在梁端部区域形成了剪切屈服段,且当梁端形成剪切塑性铰后,分配梁传递给核心混凝土的竖向荷载基本维持不变,达到极限荷载时,分配梁两端发生剪切破坏.将内环板与分配梁结合设置,显著提高了分配梁传递竖向荷载的能力及试件的轴压极限承载能力.因此,在巨型钢管混凝土柱内设置分配梁传力构造,可有效促进钢管与混凝土共同工作,保障巨型钢管混凝土柱具有优越的轴压承载性能.

巨型钢管混凝土柱分配梁构造下竖向荷载传递机理研究(Ⅱ):数值分析

为研究超高层建筑结构中大型转换梁(或转换桁架)与巨型钢管混凝土柱连接处采用分配梁构造时的钢-混凝土共同工作性能,文中结合试验结果进行精细化数值分析。首先,采用ABAQUS软件建立设置分配梁构造的巨型钢管混凝土柱精细化数值模型,得到的轴压荷载-位移曲线、混凝土工作承担系数曲线和破坏模态均与试验结果吻合良好,验证有限元模型的有效性。其次,进一步针对分配梁构造下巨型钢管混凝土柱的屈服承载力、极限承载力进行参数分析,共考虑47种分配梁截面,涵盖5种不同截面尺寸的巨型柱。结果表明,由分配梁构造传递至核心混凝土的竖向荷载,屈服承载力略大于分配梁自身的全截面抗剪承载力,极限承载力小于分配梁自身的全截面抗拉极限承载力。同时,明确了分配梁受力机理及破坏模式。最后,为模拟分配梁构造在实际工程中的性能,建立设置分配梁的十四层足尺钢管混凝土巨型柱精细化有限元计算模型并对其共同工作性能进行分析,表明采用该构造能够基本保证巨型钢管混凝土柱中钢管与混凝土的平截面假定共同工作状态。

京基金融中心巨型钢管混凝土柱试验研究

京基金融中心采用的巨型钢管混凝土柱,截面尺寸巨大、形式复杂,其受力性能、截面刚度和承载力计算方法与普通钢管混凝土柱不同。对结构底部角柱进行了缩尺模型的低周往复荷载试验与有限元分析,研究了其承载力、刚度、延性和滞回耗能能力以及破坏特征。试验结果表明:在竖向荷载作用下,钢管与混凝土、钢筋能够协同工作;在压弯往复荷载作用下,柱的耗能能力较强,延性较好。根据研究结果,对巨型钢管混凝土柱刚度和承载力的设计计算方法提出了建议。

考虑粘结作用及抗剪栓钉传力的巨型钢管混凝土柱共同工作性能分析

采用数值模拟手段对考虑粘结作用及抗剪栓钉传力的巨型钢管混凝土柱共同工作性能进行分析。首先介绍了ABAQUS程序中的材料本构模型、钢管、混凝土界面模型和抗剪栓钉简化本构模型。通过与相关文献试验结果进行对比,充分验证了本文理论模型的合理性与精确度。在此基础上,分别对只考虑粘结作用的巨型钢管混凝土柱和考虑粘结作用+抗剪栓钉的巨型钢管混凝土柱进行数值参数分析,主要考察巨型柱截面尺寸、管壁宽厚比、粘结强度、栓钉布置间距等对竖向荷载传递的影响。结果表明,粘结作用对混凝土共同工作性能的影响有限,单纯依靠粘结传力,钢管、混凝土两者不能够很好地共同工作;设置抗剪栓钉提高了巨型钢管混凝土柱共同工作性能。最后建议不应完全依赖粘结作用与抗剪栓钉传力,在设计时应通过设置足够的传力构造来保证巨型柱钢管、混凝土共同工作。

巨型钢管混凝土分叉柱节点压弯性能试验研究

为了解决构造措施对巨型钢管混凝土分叉柱节点承载力影响程度的问题,以在建工程北京"中国尊"为工程背景,进行了2个不同构造的分叉柱节点偏心受压重复荷载试验,研究了其受压破坏特征、承载力、侧向抗弯刚度、侧向变形及应变规律.结果表明:试件的破坏形态以弯曲破坏为主,破坏位置与分叉柱节点刚度分布有关,且侧向变形主要发生在侧向位移较大的柱肢部分;在钢管屈服之前,柱肢异形截面符合平截面假定,钢材屈服以后基本符合平截面假定;在忽略横向构造措施承载力贡献的情况下,仅考虑钢管的约束效应计算承载力与实测值相差较大,说明受压区钢管及横隔板的组合约束效应更强.

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。

天津高银117大厦多腔体异形钢管混凝土巨型柱C70大体积自密实混凝土温度场试验研究

天津高银117大厦多腔体异形钢管混凝土巨型柱C70大体积自密实混凝土单次浇筑体量大,水泥水化放热量巨大,造成混凝土绝热温升高、里表温差大,容易导致混凝土温度应力过大而发生开裂,影响巨型柱施工质量及力学性能。依托天津高银117大厦多腔体异形钢管混凝土巨型柱施工实际,通过模型试验监测分析巨型柱内部混凝土温度场分布规律,包括前3 d及28 d的温度变化、里表温差、表外温差、降温速率、绝热温升及降温系数,为实际施工中混凝土的热工计算、施工及养护措施的制定、低水化热混凝土的效果验证、混凝土温度应力及开裂指数的研究提供科学有效的数据。

基于压电陶瓷法的巨型多腔钢管混凝土柱检测

针对巨型多腔钢管混凝土柱面临的质量缺陷检测难的问题,结合华发广场-1(地块二)总承包项目,提出了一种基于压电陶瓷波动法与小波包分析的无损检测方法。对该方法的原理及关键实施步骤进行了说明,并对压电陶瓷法在钢管混凝土柱中的应用推广进行展望。

广州周大福金融中心超大超重巨型钢柱制作技术

广州周大福金融中心采用带伸臂桁架的巨型框架-核心简体系,其中巨型框架由8根巨柱和6道环桁架组成。针对广州周大福金融中心超大超重巨型钢柱的结构特点,从优化坡口形式、设计装焊工艺卡、编制构件翻身专项方案等方面详细阐述其制作技术,可为类似构件的制作提供经验。

中国尊大厦巨型柱深化设计精确建模技术

中国尊大厦主塔楼为筒中筒结构体系,其内筒为型钢混凝土核心筒,外筒由巨型支撑和巨型框架柱组成。巨型柱的复杂构造型式,使其在深化设计中的精度控制成为一大难点。。详细阐述了中国尊大厦多腔钢管混凝土巨型柱精确建模技术,为工程的顺利实施奠定了基础。陈述了Tekla Structures软件在复杂钢结构工程深化设计中的成熟应用,为类似钢结构工程的深化设计提供参考与借鉴。

设传力措施的巨型方钢管混凝土柱抗震性能有限元分析

为研究设有分配梁、内环板传力措施的巨型方钢管混凝土柱的抗震性能,以已有试验结果为基础,采用ABAQUS软件对巨型柱进行了有限元分析,计算得到的P-Δ滞回曲线和破坏模态等均与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的合理性。在此基础上,以长细比、钢管宽厚比、轴压比及是否设置加劲肋等进行参数分析。分析结果表明：轴压比、钢管宽厚比是影响巨柱延性及耗能性能的关键因素;随着管壁宽厚比的增大,柱延性系数明显降低;随着轴压比的增加,其延性系数明显降低;在钢管壁上设置T形加劲肋后,有效改善了延性。通过分析传力构造的应力状态可知,分配梁与内环板相结合的传力措施能够有效保证低周反复荷载作用下巨型钢管混凝土柱的整体工作性能。

不同加载方向下五边形截面钢管混凝土巨型柱抗震性能试验研究

为研究五边形钢管混凝土巨型柱不同加载方向的抗震性能,设计了6个1/7.5缩尺的巨型柱模型试件,试件截面构造包括单腔体腔内配置钢筋、4腔体腔内未配置钢筋和4腔体每腔体内配置钢筋。进行了两种不同加载方向的拟静力研究,一种沿截面对称轴方向加载,另一种沿垂直截面对称轴方向加载。分析了各试件的破坏特征、滞回特性、承载力、延性、刚度退化和耗能性能。结果表明:五边形截面钢管混凝土巨型柱三种截面构造中,4腔体每腔体内配置钢筋的试件抗震能力较强;不同加载方向五边形截面钢管混凝土巨型柱受力性能有明显差异,设计中应考虑两个方向抗震能力的均衡性;五边形截面钢管混凝土巨型柱,屈服位移角均值为1/75,最大弹塑性位移角均值达1/24,具有良好的延性。

异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱轴压性能试验研究

为研究北京"中国尊"多腔钢管混凝土巨型分叉柱不同构造措施对其受压性能的影响,进行了2个1/10缩尺的分叉柱节点区域模型试件轴心受压力学性能试验。设计了原型柱缩尺试件BAC以及在试件BAC基础上未配置纵向加劲肋及构造钢筋的试件WAC。分析了试件破坏特征,承载力、刚度及退化过程、延性、耗能能力等。研究表明:试件BAC满足受力要求,承载力较高、刚度退化速率缓慢、延性较好、耗能能力较强;与试件BAC相比,试件WAC构造措施简化,但其承载力变化不大,刚度退化较快、延性较差、耗能能力较弱;异形截面钢管混凝土柱后期变形发展与构件截面不规则程度有关。在忽略横隔板作用情况下,采用不同承载力计算方法并按是否考虑竖向构造措施的影响进行了承载力计算,结果表明采用不同方法计算承载力时,横隔板对承载力的贡献均较大,且因计算方法不同存在差异。

厚型涂料保护的钢管混凝土巨型柱防火性能研究

目前对截面面积超限的钢管混凝土巨型柱尚没有一致的技术要求指导厚型防火涂料的喷涂。采用ANSYS和ABAQUS有限元分析软件,建立采用厚型涂料保护的钢管混凝土巨型柱截面数值传热模型。通过对比不同软件的模拟结果,验证了数值模型的合理性,并进行了参数分析。结果表明:通过变防火涂料保护层厚度分析,建议将此类巨型柱的保护层厚度按满足防火构造措施进行规定;喷涂适宜厚度的涂料控制钢板表面温度,且注意角部位置涂料保护层厚度的选择及喷涂质量;建议结合可能的火灾场景选择巨型柱的防火涂料保护面。

异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱偏压性能试验研究

为研究多腔钢管混凝土巨型分叉柱不同构造措施对其压弯性能的影响,以北京中国尊为原型,设计了2个1/10缩尺的分叉柱分叉节点区域模型试件,包括原型分叉柱缩尺试件BEC,以及在试件BEC基础上,将下柱顶部区域的拉结钢筋用竖向钢板替换构成的加强试件SEC-2。通过偏心受压试验,考察试件的破坏形态、沿试件高度的侧向位移分布、竖向荷载-侧向位移曲线及骨架曲线、平截面假定的适用性,分析不同构造措施对分叉柱偏心受压性能的影响。基于纤维模型法,编制构件非线性计算程序,钢材采用理想弹塑性本构模型,核心混凝土分别采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》本构模型（GB模型）、考虑钢管约束效应的Hu本构模型及Han本构模型。计算结果表明：在钢材本构模型不变的情况下,GB模型与Hu模型计算弯矩-曲率曲线与考虑P-δ效应的弯矩-曲率曲线相差较多。Han本构模型计算曲线与考虑P-δ效应的弯矩-曲率曲线的变化趋势一致。改进Han本构模型近似考虑横隔板和多腔钢管对受压区混凝土的组合约束效应,计算曲线与考虑P-δ效应的弯矩-曲率曲线峰值接近,下降段计算弯矩值略低。

五边形截面钢管混凝土巨型柱受压性能试验研究

为研究某超高层结构中五边形截面钢管混凝土巨型柱的受压性能,设计了6个1/5缩尺的柱模型试件,试件分为钢管内不分腔体仅配钢筋、钢管内分腔体不配钢筋、钢管内分腔体配置钢筋、钢管内分腔体配置钢筋且分腔隔板及竖向肋板在柱中部断开4种类型,对试件进行轴压和偏压试验。为研究试件刚度随加载循环次数的退化,采用单向重复荷载加载,对比研究了各试件的承载力、刚度及退化过程、破坏特征和平截面假定的适用性。试验表明:五边形截面钢管混凝土柱,钢管内不分腔体仅配钢筋的试件承载力较差;钢管内分腔体不配钢筋的试件与配钢筋的试件相比,虽承载力相差不大,但后期承载力下降较快;偏压试件与等截面轴压试件相比,承载力相对小,刚度退化速度较慢;腔体的分腔隔板及竖向肋板若在中部断开,造成刚度突变;腔体内设置竖向和水平肋板,对提高外壁钢板的稳定性有明显的作用;截面变形基本符合平截面假定。

大跨度双向悬挑双向倾斜博物馆主体结构设计

曲靖市文化中心博物馆建筑造型新颖,展厅区采用大跨度双向悬挑结构,结构体系复杂。为满足规范三水准设防目标要求,设计采用基于性能的设计方法,通过定量分析计算,确保结构构件在小震、中震及大震作用下具有可靠的承载力及变形冗余度。本文着重介绍如何提高不规则结构的抗扭性能、如何控制长悬挑结构竖向变形、以及如何处理钢结构与混凝土结构的衔接过渡、如何进行抗连续倒塌设计等问题的解决方法,拟总结项目设计中的关键技术作为类似工程的设计参考。