不同参数变化对方钢管再生混凝土柱抗震性能的影响

目的研究方钢管再生混凝土柱在不同参数变化下的结构抗震性能.方法通过模拟计算结果与相关试验结果的比较,检验所建立的有限元模型的正确性.利用所建立的有限元模型以再生骨料取代率、截面含钢率、轴压比、长细比为参数进行有限元模拟分析.结果随着再生混凝土取代率的增加,试件的水平承载力和塑性变形能力稍有降低;随着截面含钢率的增加,试件的水平承载能力和塑性变形能力提高;随着轴压比的增加,试件的水平承载力提高,但塑性变形能力有所降低;随着长细比增加,试件的水平承载能力和塑性变形能力均有所降低.结论钢管再生混凝土柱具有良好的滞回性能,需将构件的含钢率、轴压比、长细比控制在合理范围内,构件才能达到最佳性能.

方钢管再生混凝土柱恢复力模型试验与分析

为研究低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的恢复力模型,以再生粗骨料取代率和轴压比为变化参数,设计并制作了6个试件,进行拟静力试验。观察试件的破坏形态,实测试件的滞回曲线,综合采用定点指向、位移幅值承载力突降、模型软化点等特殊处理方法,建立以相对屈服点、相对峰值点和相对破坏点为特征点并结合滞回曲线和卸载刚度的三折线荷载—位移恢复力模型。结果表明:试件破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,方钢管底部鼓曲破坏,再生混凝土底部被压碎。试件的滞回曲线比较饱满,且稳定性良好。建立的低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土构件的三折线恢复力模型与实测滞回曲线吻合较好,建议用于该类新型组合结构的弹塑性地震反应分析。

带加强环的方钢管再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

为研究带加强环的方钢管再生混凝土柱-钢梁节点的抗震性能,以有无加强环以及加强环的外伸长度、厚度为试验参数,设计制作了4个方钢管再生混凝土柱-钢梁节点,对其进行低周反复加载试验,并采用有限元软件ABAQUS对粗骨料取代率的影响进行了拓展分析。结果表明:加强环的存在能够有效限制节点核心区域钢管的鼓曲变形,可以提高节点的抗震承载能力、变形性能、耗能能力、刚度及滞回曲线的饱满程度,并能延缓节点的刚度退化速率;在一定范围内,随着加强环外伸长度的增加,试件抗震承载能力随之增加,而其延性系数则会有所降低,但降低幅度相对较小;焊缝质量对方钢管再生混凝土柱-钢梁节点的破坏过程及形态有重要的影响;粗骨料取代率和加强环的厚度对节点抗震性能的影响则相对较小。

方钢管再生混凝土柱滞回性能试验与影响因素分析

为研究方钢管再生混凝土柱的滞回性能,以再生粗骨料取代率和轴压比为设计参数,开展6个方钢管再生混凝土柱试件的拟静力试验。观察试件的破坏形态,实测试件的滞回曲线,探讨设计参数对位移延性系数、强度、刚度和耗能系数等滞回性能指标的影响规律。研究结果表明:试件破坏形态与方钢管普通混凝土柱相似,方钢管底部鼓曲破坏,再生混凝土底部被压碎;试件的滞回曲线比较饱满,滞回曲线的形状从梭形发展到弓形;基于滞回性能指标需求,方钢管再生混凝土构件应用于工程承重结构之中是可行的;除刚度随轴压比的减小而减小外,其他滞回性能指标对现有的轴压比变化范围并不敏感。

不同取代率方钢管再生混凝土柱抗震性能的研究

通过有限元软件的非线性分析,试图探究方钢管再生混凝土柱的各方面性质。同时发现再生混凝土的取代率这一指标对其产生一定的影响。本文就对抗震性能这一主要性能进行研究。使用ABAQUS软件进行模拟,钢管与核心混凝土接触界面采用库仑摩擦模型。采用一端固定约束,一端固定转角的形式来模拟实际柱体。并且,对于荷载采用水平和竖向同时加载的方式来实现。整理有限元模拟分析得到的结果与既有试验结果相似。方钢管再生混凝土柱的滞回曲线比较饱满,耗能能力较好。并提出简化的方钢管再生混凝土柱骨架曲线,以方钢管普通混凝土柱的骨架曲线特征值为依据,推导出方钢管再生混凝土柱骨架曲线的一般公式。抗震性能方面,方钢管普通混凝土柱好于方钢管再生混凝土柱。当再生混凝土取代率降低时,构件具有更好的抗震能力。

方钢管再生混凝土柱滞回性能影响因素数值分析

为了研究方钢管再生混凝土柱的滞回性能,采用有限元软件ABAQUS开展了不同设计参数下37个足尺试件的有限元拓展分析,揭示了变化参数对滞回性能指标的影响规律。结果表明:基于滞回性能指标需求,再生混凝土可以应用于方钢管混凝土工程承重结构之中。随着含钢率的增加,滞回曲线饱满度、初始弹性阶段刚度、峰值承载力和延性逐渐增大。随着钢材牌号的增大,试件滞回曲线饱满度、峰值承载力逐渐增大,而初始弹性阶段刚度、延性受影响较小。峰值承载力、延性随轴压比的增大而减小,但在同一级加载位移下的耗能系数逐渐增大。随着长细比的增加,滞回曲线的饱满度越来越低,试件的峰值承载力、延性和同级加载位移下的耗能系数明显减小。随着高宽比的增加,初始弹性阶段刚度、峰值承载力和延性逐渐提高,但同级加载位移下试件的耗能系数逐渐减小。

方钢管再生混凝土柱的抗震性能试验及设计参数影响分析

为了定量分析不同因素对方钢管再生混凝土柱在低周反复荷载下抗震性能指标的影响,选择再生骨料取代率、含钢率和轴压比为设计变化参数,开展了4根框架柱的拟静力试验。详细观测了框架柱破坏过程中及破坏后的形态,分析了实测滞回曲线,探究了设计变化参数对框架柱承载力、刚度、位移延性系数及耗能能力等抗震性能指标的影响规律。研究表明,方钢管再生混凝土柱的破坏形态同普通钢管混凝土柱相类似,都是柱底部钢管鼓曲、漆皮脱落及核心混凝土被压碎;随着再生骨料取代率的增大,柱的不同阶段的承载力、刚度、延性性能及耗能能力均有所降低;含钢率的增大对试件的位移延性系数、承载力、刚度、耗能能力起到有益作用;随着轴压比的提高,试件的延性性能及耗能能力有所降低,但其极限承载力、刚度却有所增加。

低周反复荷载下方钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究方钢管再生混凝土柱的抗震性能,以再生粗骨料取代率为变化参数,设计制作了4根不同取代率的试件,对其进行拟静力试验,研究分析其破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化等力学性能指标。研究结果表明:方钢管再生混凝土柱的破坏形态与方钢管普通混凝土柱相似,均为柱脚的鼓曲破坏;随着再生骨料取代率的增大,试件的极限承载力会有所减小,但减小幅度不大;再生粗骨料取代率对试件的延性、耗能性能、刚度退化则没有明显的影响。

中空夹层方钢管再生混凝土柱火灾后剩余承载力

为研究中空夹层方钢管再生混凝土柱火灾后剩余力学性能,运用有限元分析软件ABAQUS建立了ISO 834标准火灾作用后中空夹层方钢管再生混凝土柱的有限元模型,分析了截面温度场和应力场的变化规律。在此基础上分析了混凝土强度、钢材强度、计算长度、受火时间、空心率、混凝土取代率、偏心率等参数对构件火灾后剩余力学性能的影响;结合大量计算结果给出了中空夹层方钢管再生混凝土柱火灾后剩余承载力简化计算公式。结果表明:构件的火灾后剩余承载力随钢材强度和混凝土强度的增加而增加;构件火灾后剩余承载力随计算长度和受火时间的增加,总体呈降低趋势,当受火时间超过60min时,构件火灾后剩余承载力急剧降低;空心率和混凝土取代率对构件火灾后剩余承载力影响较小,构件火灾后剩余承载力随空心率的增加而降低,随混凝土取代率的增加先增加后降低;构件火灾后剩余承载力随偏心率的增加而降低;所提公式计算精度良好,可为中空夹层方钢管再生混凝土柱抗火设计提供参考。

方钢管再生混凝土柱滞回特性的试验研究

根据6根方钢管再生混凝土柱在定常轴力和水平往复荷载作用下的试验结果,探讨了钢管壁厚、轴压比和长细比3个参数对试件滞回性能的影响。试验表明:各试件的滞回曲线形状大致相同,滞回曲线较为饱满,具有良好的抗震性能。在试验研究基础上,分析了实测滞回曲线特征,对试验结果进行回归分析,建立了恢复力模型的三折线骨架曲线方程,确定了卸载刚度、强度退化规律和恢复力模型的滞回规则,建立了方钢管再生混凝土柱水平侧向力-位移恢复力模型,试件的计算滞回曲线和骨架曲线与试验实测曲线吻合良好。

方钢管再生混凝土短柱轴压承载力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行非线性分析,建立了适用于有限元分析的钢管和再生混凝土本构关系模型;利用极限平衡法推导方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式函数类型;利用计算结果拟合出方钢管再生混凝土短柱轴压承载力的计算公式。研究结果表明:所提出的材料本构关系模型可以较好地满足对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行模拟分析的要求,通过模拟获得的计算结果与相关试验结果差异较小,所建立的方钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算公式能够较准确地计算构件极限承载力。

方钢管再生混凝土长柱轴心受压试验研究

以再生骨料取代率、长细比和钢管壁厚为变化参数,制作了7个方钢管再生混凝土柱试件进行轴心受压试验,分组分析了各参数对试件受压性能的影响。试验研究表明:方钢管再生混凝土长柱轴压承载力,随再生骨料取代率、长细比的增加而降低,随钢管壁厚的增加而增加;方钢管再生混凝土轴压长柱的轴向平均应变,随再生骨料取代率、长细比的增加呈增长趋势,随着钢管壁厚的增加而增加;方钢管再生混凝土长柱的弹性轴压刚度,随再生骨料取代率的增加而降低;随钢管长细比、壁厚的增加而增加。

方钢管再生混凝土短柱轴压力学性能有限元分析

为进一步探讨方钢管再生混凝土轴压短柱的力学性能,在试验研究的基础上,采用非线性有限元软件ABAQUS对试验短柱的荷载-位移曲线进行了数值模拟,验证了有限元分析模型的正确性。将钢材强度、再生骨料取代率和钢管壁厚度作为变化参数,用该模型对方钢管再生混凝土短柱轴压力学性能进行了非线性分析。研究表明,钢材强度对试件荷载-位移曲线幅值与形状均有影响,提高钢材强度会增大试件极限承载力,而曲线下降段更平缓;再生骨料取代率主要影响试件极限承载力,随着再生骨料取代率的增大,极限承载力略有减小;钢管壁厚度对试件荷载-位移曲线的影响较大,随着钢管壁厚度的增大,试件极限承载力和加载初期刚度均有所增大,但试件延性变化不大。

方钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力分析

以方钢管钢筋再生混凝土(RRACFSST)短柱为研究对象,考虑方钢管与钢筋笼的双重约束作用,采用极限分析法和套箍理论对RRACFSST短柱轴压承载力进行分析,推导了一套含钢管宽厚比、再生粗骨料取代率、配筋率以及约束效应系数等影响参数的RRACFSST短柱轴压承载力计算公式,并对其影响参数进行了分析。在理论推导的基础上,将轴压承载力公式计算值与相关试验数据进行对比,发现吻合较好,验证了承载力公式的有效性与实用性。研究结论可为工程实践提供理论参考。

钢管再生混凝土柱的抗震破坏机理与损伤分析

为研究钢管再生混凝土柱的抗震破坏机理与损伤演化过程,以再生粗骨料取代率、长细比、轴压比和含钢率为变化参数,设计10个圆钢管再生混凝土柱试件和6个方钢管再生混凝土柱试件,进行拟静力试验。观察试件的破坏形态,获取试件的强度衰减,实测荷载-应变滞回曲线,引入基于变形、基于耗能和基于变形与耗能的地震损伤评估模型。研究结果表明:钢管再生混凝土柱试件的破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,强度衰减经历一个由多到少再到多的过程;滞回曲线呈现出比较饱满的梭形;对于圆形试件,随着取代率的增加,损伤指标D无明显统一的规律,而方形试件则依次增加;3种地震损伤评估模型均可用于钢管再生混凝土柱的损伤分析,但各有利弊。研究结果可为钢管再生混凝土构件的工程应用提供依据和参考。

方钢管再生混凝土长柱偏心受压试验研究

文章设计8根方钢管再生混凝土偏心受压长柱进行加载试验,获得偏心受压试件的承载力、破坏形态、轴向荷载-位移曲线、轴向荷载-柱中侧向挠度曲线等试验数据,分析了再生粗骨料取代率、钢管壁厚、偏心率、长细比等参数对试件受压性能的影响。研究结果表明:方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载力,随着偏心率和长细比的增加而下降,随着钢管壁厚增大而增加;再生粗骨料取代率对偏心受压试件的承载力有一定影响,随着取代率的增加,偏心受压试件承载力呈降低趋势;方钢管再生混凝土偏心受压长柱轴向刚度,随钢管壁厚增大而增加,随再生粗骨料取代率增加而减小,长细比和偏心率则对轴向刚度影响不明显;方钢管再生混凝土偏心受压长柱的钢管壁厚、长细比以及偏心率越大,柱中侧向挠度越大,再生骨料取代率对柱中侧向挠度无明显影响。

方钢管再生混凝土轴压短柱力学性能试验研究

设计了4个方钢管再生混凝土短柱,截面形式分别为方实心、方套圆中空夹层、方套方中空夹层(内管位置不同)。另外设计了2个方套方中空夹层钢管普通混凝土短柱(内管位置不同)作为对比。对短柱施加轴向荷载,分析了试件的破坏形态、荷载-位移关系曲线、荷载-应变关系曲线与横向变形等。结果表明:方钢管再生混凝土短柱与方钢管普通混凝土短柱有着类似的破坏形态;内管斜45°放置的方套方短柱的极限荷载比内管正向放置的方套方短柱的极限荷载提高约3.2%;钢管普通混凝土短柱的极限荷载比钢管再生混凝土短柱的极限荷载提高约6.2%;实心短柱的横向应变发展速率较中空短柱的快。在此基础上,采用有限元软件ABAQUS建立了方钢管混凝土轴压短柱的分析模型,分析结果表明,有限元分析的柱破坏形态和荷载-应变关系曲线上都与试验结果吻合较好。

内置高强角钢的方钢管再生块体混凝土柱轴压及耐火性能试验研究

为了在不增加用钢量的前提下,明显改善钢管混凝土柱的耐火性能,同时确保其常温轴压性能基本不降低,针对内置高强角钢的方钢管再生块体混凝土柱,开展了6根短柱(边长300 mm、高度900 mm)的轴压试验以及3根足尺柱(截面边长320 mm、高度3 770 mm)的耐火试验,研究了废旧混凝土块体取代率(0、30%)、角钢强度等级(Q345、Q690)、角钢至钢管净距(10、20、30 mm)等因素对柱轴压性能的影响,分析了内置高强角钢、角钢至钢管净距(10、30 mm)等因素对柱耐火性能的影响。研究表明:在总用钢量基本不变的情况下,通过适当减薄钢管并在管内设置高强角钢且二者之间预留一定净距,可使方钢管再生块体混凝土柱的耐火极限提高了200%以上;同时,其轴压承载力和延性指标都有所提高,初始刚度基本不变或有所提高;在用钢量完全相同的情况下,适当增加高强角钢至钢管内壁的净距可使柱的耐火极限进一步提高,而轴压承载力变化不大;针对该类柱改进的轴压承载力实用计算方法,计算结果与试验结果之间的偏差较小。

钢管再生混凝土柱塑性铰长度试验研究

为研究钢管再生混凝土柱的塑性铰长度,以再生粗骨料取代率、长细比、轴压比和含钢率为变化参数,对10个圆钢管再生混凝土柱和6个方钢管再生混凝土柱试件进行拟静力试验。根据试件的破坏形态、滞回曲线,并基于等效塑性铰理论,提出压弯状态下圆钢管再生混凝土柱和方钢管再生混凝土柱的等效塑性铰长度计算公式。研究结果表明：钢管再生混凝土柱破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,钢管底部鼓曲破坏,底部的核心再生混凝土被压碎;钢管再生混凝土柱滞回曲线比较饱满,其形状从梭形发展到弓形,当再生粗骨料的取代率分别为0%,30%,70%,100%时,试件的滞回曲线受其影响不大;圆钢管再生混凝土柱等效塑性铰长度是其截面高度的0.45~0.95倍,方钢管再生混凝土柱等效塑性铰长度是其截面高度的0.65~0.75倍。