RPC外包方钢管混凝土柱轴压受力性能研究

为了研究活性粉末混凝土(Reactive powder concrete,RPC)外包方钢管混凝土柱的轴压受力性能,以RPC厚度和长细比为参数,对6根构件开展轴压试验研究,探讨该类组合柱的破坏模式、受力机理、套箍效应和承载力。试验结果表明:外层RPC可为内部方钢管混凝土柱提供较强的约束力,在受力后期套箍效应凸显。随着RPC厚度的增加,组合柱的承载力逐渐提高;随着组合柱长细比的增大,虽然其弹性刚度和承载力逐渐降低,但延性改善。采用ABAQUS软件建立RPC外包方钢管混凝土柱的有限元模型,分析RPC强度、RPC厚度、钢管强度等级、含钢率、内部混凝土强度和长细比等参数对组合柱承载力的影响规律,可得方钢管混凝土柱发挥系数的变化幅值为0.78~1.01。在试验研究、有限元参数分析和理论探讨的基础上,借鉴钢管混凝土结构技术规范,提出了RPC外包方钢管混凝土轴压短柱和长柱的承载力简化计算方法,公式计算值与已有数据样本吻合良好。

柱端带肋方钢管混凝土柱抗震耗能分析

方钢管混凝土柱在高层及超高层中得到了广泛应用,但存在钢管对混凝土约束较弱与柱端部局部屈曲等问题,有必要采取构造措施以提高柱的抗震性能。通过建立端部带肋方钢管混凝土柱的三维实体精细有限元模型并与拟静力试验结果验证,有限元结果与试验结果吻合良好,之后建立多个足尺模型进行参数分析,分析了柱端设肋对钢管水平鼓曲与竖向位移、钢管与混凝土的应力-应变、塑性耗能的影响,探讨了不同肋高下柱的塑性耗能分配机制。结果表明:柱端设置加劲肋可显著减少柱的水平鼓曲和竖向位移,提高柱的峰值承载力和延性,减小钢管与混凝土的压应变并提高压应力,增大柱的总塑性耗能值,延缓柱的破坏;轴压比为0.5、0.8时,当肋高分别达到1000mm、1500mm,再增大肋高对柱的塑性耗能影响较小。研究结论可为实际工程中柱端带肋方钢管混凝土柱的设计与加固构造措施提供参考与依据。

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。

隔板贯通式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点抗震性能

目的 研究隔板贯通式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁(DTSCFSTC-SCB)节点的抗震性能,为工程应用提供设计依据。方法 应用有限元分析软件ABAQUS对比DTSCFSTC-SCB节点与隔板贯通式方钢管混凝土柱-钢梁(DTSCFSTC-SB)节点的抗震性能,分析不同参数对其抗震性能的影响。结果 DTSCFSTC-SCB节点的承载力较DTSCFSTC-SB节点的承载力降低10%,延性系数提高6.8%;钢材强度、梁柱线刚度比对其抗震性能影响较大(25%~138%);隔板内(外)伸宽度仅在一定范围内对其延性影响较明显(13%~18%),隔板厚度仅在一定范围内对其承载力影响较明显(7%~8%),开孔率对其最大承载力、耗能能力影响较明显(4%~12%);轴压比、混凝土强度等级、含钢率、孔间距、孔壁距离对其抗震性能影响很小(1%~5%)。结论 该节点具有工程可行性,钢材强度、梁柱线刚度比是影响其抗震性能的主要因素。

方钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究

该文通过ABAQUS有限元软件对单层单跨的方钢管混凝土柱-H型钢梁框架进行有限元模拟计算。按1∶4缩尺建立框架模型,施加低周往复荷载作用,分析框架的受力过程;改变节点形式,分析不同节点刚性框架的破坏形式、滞回曲线和骨架曲线。结果表明,使用新节点的钢管混凝土框架具有较好抗震性能;与刚性连接的框架相比,框架能够有效保证节点域安全可靠,充分发挥梁的耗能能力。

T型件单边螺栓连接方钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究

为研究T型件单边螺栓连接方钢管混凝土柱-钢梁组合框架的抗震性能,设计了一榀由T型件与单边螺栓相连的1:2缩尺的组合框架,并通过拟静力加载试验对框架的承载能力、滞回性能、刚度退化、耗能能力和延性性能进行了分析,并与一榀T型件单边螺栓连接方钢管柱-钢梁框架进行了对比分析,结果表明:两试件滞回曲线均较为饱满,无明显捏缩,方钢管混凝土柱-钢梁组合框架要比方钢管柱-钢梁框架的承载力高,且初始刚度要高出19%,但其耗能能力和延性均有所降低,两试件加载后期承载力下降均较缓慢,且水平位移达到了层间位移角1/30,表明两试件均具有良好的抗震性。

基于抗震性能的方钢管混凝土柱端加劲肋构造比较与计算

通过构造措施优化方钢管混凝土柱端部加劲肋设计,提高柱抗震性能,是保证工程服役能力的重要方法。本文建立了端部设置不同加劲肋形式的方钢管混凝土柱有限元模型,通过试验验证了有限元模型的可靠性。利用验证后的模型分析加劲肋的形式、高度、宽度对柱体抗震性能的影响,提出柱端设肋试件的水平承载力计算方法。研究结果表明:柱端设肋试件的破坏形态,随着加劲肋高度的增加由肋顶截面破坏转为柱底破坏;在柱端设肋能有效提高试件的承载力和延性;双肋和斜肋对试件承载力的提升相差不大且明显强于单肋;单肋对钢材的利用率依次高于斜肋、双肋;随着加劲肋高度和宽度的增加,试件的极限承载力和延性显著提高;水平承载力计算结果与有限元模拟结果、试验结果吻合较好,达到量化控制水平承载力的目的。

设置横隔板方钢管混凝土柱轴压性能试验

为研究横隔板对方钢管混凝土柱轴压力学性能的影响,以横隔板数量、间距、含钢率为主要参数设计了5个试件(其中1个未设横隔板,4个设置了横隔板),进行了轴压性能试验和承载力计算公式推导。研究结果表明,对于高宽比为4的试件,横隔板间距与柱截面边长之比大于等于2时,横隔板的约束效应对钢管屈曲模态、承载力及延性的影响不显著,横隔板间距与柱截面边长之比等于1时,则其约束效应对钢管屈曲模态、承载力及延性的影响较明显。与试验结果相比,所推导的承载力公式计算结果略大于试验结果,试验为高效利用钢材提供参考借鉴。

方钢管混凝土柱-H形钢梁槽钢栓接节点抗震性能有限元分析

提出一种方钢管混凝土柱-H形钢梁槽钢栓接节点,建立节点的ABAQUS有限元模型,对模型进行低周往复加载,分析侧板和槽钢厚度、侧板高度变化对节点抗震性能和转动刚度的影响。对节点的承载力、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线以及节点弯矩-转曲线等参数进行对比分析。结果表明,节点具有良好的承载力和耗能能力,增加侧板和槽钢厚度能使滞回曲线变得更加饱满,节点的承载力、割线刚度均有较大的提升;侧板高度增加对节点抗震性能的影响较小;增加侧板和槽钢厚度能明显提高节点刚度,侧板高度增加对节点刚度的提高较小。

方钢管混凝土柱与钢梁连接的设计方法

在试验研究和理论分析的基础上 ,提出了方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的设计及构造建议 ,并对试验结果和理论公式的计算结果进行了对比 .这一设计方法已被国家有关技术规程所采纳 .

爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应及破坏机理

方钢管混凝土柱是被广泛采用的组合构件之一。爆炸发生时产生的爆炸冲击波可能会对框架结构内部的方钢管混凝土柱造成严重破坏,然而目前对其动力响应及破坏机理的研究成果相对较少。本文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应和破坏机理进行了研究分析。建立了方钢管混凝土柱实体有限元模型,其中混凝土采用HJC模型,方钢管采用考虑应变率的塑性随动强化模型,爆炸荷载施加在柱子一侧表面。通过对方钢管混凝土柱的破坏过程的模拟,比较分析了其在不同"比例距离"下的动力响应和破坏形式,进而得出方钢管混凝土柱的破坏机理。在爆炸荷载作用下,方钢管对其核心混凝土有一定的约束作用,使其处于复杂应力状态之下,从而使混凝土强度得以提高,塑性和韧性同时得到改善;同时,由于混凝土的存在,延缓了方钢管柱底和柱顶过早地发生局部屈曲。随着"比例距离"的增大,柱中水平位移逐渐减小。结果表明,方钢管混凝土柱具有良好的延性、优越的抗爆性能,所提出的破坏机理可供结构抗爆设计的进一步研究参考。

方钢管混凝土柱-H型钢梁节点研究

方钢管混凝土柱-H型钢梁节点的结构性能影响钢管混凝土结构在住宅建筑中的推广和应用。在总结方钢管混凝土柱-H型钢梁铰接、半刚接和刚接节点类型的基础上,对目前常用的内隔板节点和新提出的外肋环板节点进行了理论分析与试验研究。基于屈服线理论推导了内隔板节点强度的计算公式,提出了基于静力平衡理论的外肋环板节点的强度计算公式。结合工程实践对这两种节点进行了静力拉伸试验,分析了节点的破坏机制。借助于试件的应变测量,研究了节点的应变分布规律和应力传递机制,得到了荷载位移曲线、节点的屈服强度和极限强度。理论计算结果与试验值分析比较表明,填充混凝土的内隔板节点和外肋环板节点具有较好的刚度和延性。

方钢管混凝土柱节点的试验研究及非线性有限元分析

基于方钢管混凝土柱内隔板式节点及外加强环式节点的低周反复荷载试验,在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱内隔板式节点和外加强环式节点进行了单调加载及循环加载作用下的受力性能分析。有限元分析得出的荷载-位移曲线及剪力-剪切变形曲线与试验结果吻合较好。在此基础上对外加强环式节点进行了参数分析,研究了方钢管混凝土柱的轴压比、宽厚比、核心混凝土强度及混凝土楼板高度对节点受力性能的影响,结果表明轴压比、宽厚比的影响较大。

方钢管混凝土柱与钢梁的外肋环板节点抗震性能试验研究

为研究外肋环板节点的抗震性能,本文对3个十字型足尺试件进行了低周反复循环加载试验,分析了各试件的破坏过程及特征,然后根据实测的滞回曲线对节点的承载力、延性、耗能能力、强度退化、刚度退化等抗震性能指标进行了详细的比较分析。研究结果表明,外肋环板节点构造措施简单合理,具有较好的抗震性能。通过空钢管试件和填充混凝土试件的对比分析,表明在钢管中填充混凝土有利于改善节点的抗震性能。

方钢管混凝土柱-钢梁节点的非线性有限元分析

利用三维实体单元,对“带内隔板方钢管混凝土柱-钢梁节点”建立了同时考虑几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、各种材料非线性等因素的有限元理论分析模型,模拟分析了单调加载和低周反复加载时节点的受力性能,较为精确地分析了节点区应力分布和混凝土开裂情况,以弥补试验中无法直观地了解各细部受力情况和改变各种参数进行对比的缺陷;考察了轴压比大小、混凝土强度等因素对节点受力性能的影响,根据理论与试验结果分析,提出了设计和改进建议。

方钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通节点抗震性能试验

为研究方钢管混凝土柱与钢梁连接的隔板贯通式节点的抗震性能,对4个足尺节点试件进行了低周反复荷载试验,分析了各试件的破坏过程及特征,并对节点的承载力、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标进行了深入的研究与分析.结果表明,隔板贯通节点滞回曲线饱满,具有较强的耗能能力;钢梁翼缘与隔板的连接构造对节点的延性、耗能能力和刚度退化影响较大,倒角放坡型节点比侧板加强型节点具有更好的抗震性能;隔板的厚度、浇筑孔径和钢管的宽厚比对梁端破坏节点的抗震性能影响较小,但在试件中浇筑混凝土可以显著提高节点刚度,减小核心区的剪切变形,改善隔板贯通节点的抗震性能.

方钢管混凝土柱抗震性能试验研究和仿真分析

针对长细比等参数对方钢管混凝土柱的抗震性能的影响,设计制作6个方钢管混凝土柱试件,采用足尺比例的试件进行了低周反复荷载作用下的抗震性能试验,并在试验基础上采用有限元软件Abaqus进行了数值模拟分析,取得了较好的一致性.试验结果表明,钢管混凝土具有较好的塑性变形能力.随含钢率增加,钢管混凝土柱的耗能能力提高;随轴压比增大,试件的水平承载能力提高,刚度和耗能能力降低;随长细比增大,试件的水平承载能力和刚度降低,耗能能力下降.

方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点性能研究

提出一种新型穿心高强螺栓-端板方钢管混凝土柱-钢梁节点,并对3个节点试件进行柱端加载的伪静力试验研究。利用三维实体单元,建立同时考虑几何、材料及接触等三重非线性的有限元模型,采用有限元程序ANSYS对节点进行单调荷载和循环荷载作用下的有限元分析。试验及有限元计算结果表明,节点具有很好的强度、刚度、延性和耗能能力。

方钢管混凝土柱的抗震性能试验研究

通过低周反复加载试验研究方钢管混凝土柱的抗震性能,分析了其在水平地震作用下的承载能力、变形能力、刚度退化、耗能能力以及结构的破坏机制,为进一步的理论分析提供参考。同时研究了含钢率、长细比和轴压比对方钢管混凝土柱延性的影响。结果表明,对其影响最大的为长细比,其次是轴压比,再次是含钢率。本次试验结果与分析可为方钢管混凝土柱的抗震设计提供参考。

三面受火的方钢管混凝土柱耐火极限

编制了预测方钢管混凝土柱三面火灾作用下高温反应的数值分析程序,并将之用于不同荷载比、截面边长、长细比、荷载偏心率、钢材和混凝土强度及含钢率共480种工况下方钢管混凝土柱耐火极限参数分析,得到了三面火灾作用下方钢管混凝土柱耐火极限的主要影响参数及其影响规律。基于参数分析结果,定量给出了该受火条件下方钢管混凝土柱耐火极限的简化计算方法。研究结果表明:荷载比、截面边长、长细比是三面火灾作用下方钢管混凝土柱耐火极限的主要影响参数,表现为截面边长越大,荷载比和长细比越小,构件的耐火极限越大。由于存在极强偏心,当荷载作用点偏于背火面时荷载偏心率亦有较大影响。