四肢钢管混凝土格构柱试验研究及参数分析

为研究四肢钢管混凝土格构柱的受力机理及抗震性能,对4根四肢格构柱进行拟静力试验研究及有限元分析。通过试验得到四肢钢管混凝土格构在低周往复荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线,分析了试件破坏过程。研究结果表明:格构柱的耗能能力及延性都较好;轴压比对试件的影响主要体现在破坏阶段,轴压比越大承载力下降段的斜率越大;长细比对试件受力性能有较大影响,随着长细比增大,试件的屈服位移和极限位移会增大,但水平承载力和破坏段的斜率会降低。建立了数值计算模型,并与试验结果进行对比,验证其正确性。并对不同高宽比、节间距与柱肢外径比等参数对试件弹性刚度和承载力的影响进行分析,结果表明:减小格构柱的高宽比和节间距与柱肢外径比对格构柱的受力性能有很大提升。建议实际工程中格构柱的高宽比不宜大于4.8;节间距与柱肢外径比低不宜大于7.0。

地下室顶板用作施工电梯基础工字钢格构柱回顶施工技术

施工电梯是工业与民用建筑施工中常见的垂直运输机械之一,对于有地下室的建筑工程,施工电梯基础通常设置于地下室顶板上,但整个施工电梯系统加上额定载重荷载较大,当此荷载施加于地下室顶板时,需要对地下室顶板进行回顶加固,传统作法是在地下室顶板上单独做施工电梯基础,并在施工电梯基础下方采取回顶加固措施,常见的回顶加固方案有扣件式钢管支撑架、盘扣式支撑架、钢柱+扣件式钢管支撑架或钢柱+盘扣式支撑架复合回顶等,但上述方案均需要占用施工电梯基础下部较大空间,其不可避免地会影响下部空间的施工。基于此,现特提出一种可直接将地下室顶板作为施工电梯基础并采用工字钢格构柱进行回顶加固施工技术,该技术既可避免单独做施工电梯基础,又可以减少施工电梯回顶对下部空间的占用,该技术安全可靠并可节约成本。

基于剪切效应的等边格构柱轴心受压稳定性分析

本文研究了剪切效应对等边格构柱轴心受压稳定性的影响。根据弹性力学理论,利用等边格构柱剪切应力与弯曲变形的关系,建立了等边格构柱屈曲微分方程,推导了含有剪切刚度的等边格构柱发生大挠度屈曲时的屈曲载荷表达式。算例表明,剪切变形对等边格构柱屈曲载荷具有较大的影响。

变截面柱及型钢格构柱的屈曲载荷分析

采用参数变换研究了变截面柱及型钢格构柱的屈曲载荷问题,得到了变截面柱及型钢格构柱的屈曲模态。根据边界条件推导出了确定屈曲载荷的特征方程,解此特征方程即可求得屈曲载荷。与Bessel函数法相比,参数变换法不但计算过程简便,而且计算精度也较高。

型钢格构柱与立柱桩钢筋笼连接固定的研究

为确保内支撑体系在基坑开挖和主体结构施工过程中能够可靠地进行竖向传受力,并能在计划工期内以及成本可控的前提下完成立柱桩的施工,需要研究一种新的型钢格构柱与立柱桩钢筋笼连接固定的方法。以横沥地下空间工程子项目2北段项目为例,通过方案比选、技术分析,确定了型钢格构柱与立柱桩钢筋笼连接固定的做法,并分析了其现场应用。经过现场施工实践,该连接固定方法具有应用上的创新性,可为类似项目提供一定的施工经验。

软土地区深基坑支护工程格构柱变形规律研究

在软土地区,基坑底隆起带动格构柱向上变形,对混凝土支撑产生顶托从而产生附加弯矩,而目前基坑设计中往往不考虑格构柱竖向变形产生的次应力,且针对该类问题进行的研究也很少,缺乏对格构柱变形机制及其影响的认识。明确格构柱变形影响机制,有助于提高对基坑空间支护体系共同作用变形的认识,为设计与施工中的格构柱变形控制提供理论依据。结合杭州文一西路明挖隧道深基坑工程监测数据,以及通过改变模型的土层分布、坑底加固范围、支护结构深度、立柱桩深度与桩径等模型变量,分析了现场监测与模型变量对格构柱变形的影响机制和规律。研究结果表明:(1)土层分布对格构柱的影响较显著,基坑底土层越软弱,对格构柱变形的影响越大。(2)增加立柱桩入土深度与桩径,可有效减小格构柱变形。(3)坑底加固可以减小格构柱变形,但加固深度存在一临界深度。(4)地连墙深度对格构柱向上隆起有一定的约束作用,但作用并不明显。

深基坑格构柱偏差处理及经济效益探讨

目前深基坑围护工程广泛采用内支撑结构体系,以保证土方开挖和主体结构的施工安全。一般立柱桩与内支撑施工分属不同作业单位,立柱桩施工的偏差直接影响后续内支撑施工的顺利展开,如何妥善处理立柱桩偏差和保证支撑体系安全为施工期间的重点工作,需要做好相关偏差节点处理和现场签证工作,以保证施工现场施工有序进行以及后期工程结算顺利推进。

地下空间工程格构柱桩施工技术研究

以南京江北新区地下空间工程为例,介绍格构柱桩施工技术。格构桩柱深度为53.7~84m,共计109根。上部采用540×540mm2的格构柱作为临时中立柱,长度为25.4~30.9m,下部分为增打立柱桩和利用主体结构工程桩作立柱桩两种类型。工程特点为格构柱数量多、长度长、垂直度要求高。本文重点介绍了格构柱桩的施工技术,根据不同类型立柱桩采用不同的工艺,合理划分和制作格构柱,设置钢筋笼,选择合适的成孔工艺和注浆工艺。该施工技术在国内工程实例较少,具有一定的借鉴意义。

艺展天地展示中心格构柱与贝雷架钢平台支撑体系的拆除

现代建筑的设计与建造早已不仅仅局限于居住和使用功能,越来越多的追求美学的效果、艺术的品味,建筑外形更加多样化,形式更是丰富多彩,但这同时也给建筑施工带来了更大的挑战。高空大跨度大截面转换层结构施工采用了在房建工程中不多见的格构柱与贝雷架钢平台支撑体系,安装施工难度较大,几乎没有过往工程案例参考,但相对于安装的难度,贝雷架和格构柱的拆除,其难度和风险更是对工程施工人员的极大挑战。

三次托换技术在格构柱加固中的应用

针对因建筑使用功能调整而导致上部结构荷载增大,格构柱承载力不足的问题,提出了融合H型钢桩和钢管桩托换、液压千斤顶动态加载、格构柱侧向支撑设置、信息化监测的三次托换技术进行加固处理。结果表明,H型钢桩和钢管桩的托换实现了对格构柱的有效加固,施加的侧向支撑能确保地下土体开挖过程中格构柱的稳定性,信息化监测可以保证施工效果达到预期加固效果,总结的经验可供类似工程参考。

带有初始偏差的组合式塔吊基础钢格构柱安全性能分析

通过研究施工过程中格构柱垂直度与设计理想位置偏差出现的原因,提出了带有一定垂直度偏差的格构柱的受力安全评价方法。与有限元计算结果对比表明,上述计算方法的结果可靠、计算简便。根据原因分析和计算结果,对施工过程中关键控制指标进行了分析并提出建议。

钢-混凝土组合格构柱的设计方法研究

广州新白云国际机场飞机维修设施工程10号机库采用整体提升施工方案,其提升过程中的主要支承构件是上部为四肢钢格构柱、下部为混凝土柱的组合构件。目前国内外对此类构件整体稳定承载力的研究工作还不多见。通过有限元屈曲分析确定柱子的计算长度系数,较准确地考虑了格构柱的剪切变形、上下段截面及材性不同对失稳性能的影响,进而结合《钢结构设计规范》(GB50017-2003)验算提升组合柱的整体稳定性;另外,应用大挠度弹塑性有限元方法计算提升组合柱的极限稳定承载力,通过荷载-位移曲线来评价其整体刚度、安全储备及简化方法的可靠性。实践证明,钢-混凝土组合柱在施工过程中不会发生整体失稳,确保了整体提升施工方案的顺利实施。

四肢钢管混凝土格构柱极限承载力的试验研究与理论分析

进行共计20根缀条为K形布置的四肢钢管混凝土格构柱偏压及轴压极限承载力试验,重点考察偏心率与长细比对钢管混凝土偏压构件受力性能的影响。试验结果表明,长细比对试件承载力有一定影响,偏心率对承载力影响明显,两者对承载力的影响接近独立,试件的斜缀条在试验过程中始终保持弹性状态,近载一侧钢管在试件进入非线性阶段后,泊松比明显增大,钢管开始发生套箍作用,远载一侧,套箍作用不明显,除个别短柱外,试件破坏均为整体失稳破坏。同时,采用半波正弦曲线模拟杆件的变形曲线,在考虑紧箍效应的钢管混凝土应力-应变关系和剪切变形影响的基础上,建立杆件中截面的平衡方程,提出钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力数值方法,该方法不仅适用于两端偏心相等的偏压构件,而且适用于两端偏心不等的偏压构件的弹塑性极限承载力的计算;理论分析结果与试验研究结果对比表明,提出的钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力计算方法具有相当高的精度。

四肢钢管混凝土格构柱极限承载力试验研究

进行共计22根四肢钢管混凝土格构柱的极限承载力试验,试验参数为长细比和偏心率。介绍试验过程和试件的破坏形态,对试件的荷载-挠度曲线、极限承载力及组成构件的受力等进行了分析。试验结果表明,格构柱的柱肢以受压为主,缀管受力较小且处于弹性阶段。近载侧柱肢在试件进入非线性后紧箍效应开始发生作用且不断增大。格构柱破坏时有较明显的面内弯曲,属整体破坏。随着长细比和偏心率的增大,构件整体侧向挠度增大、极限承载力降低。长细比和偏心率对极限承载力的影响基本上是独立的,格构柱总体承载力的折减系数可采用分离的偏心率折减系数和长细比折减系数相乘来计算。研究结果表明,偏心率折减系数可采用与单圆管钢管混凝土偏压柱相似的公式计算;长细比折减系数计算中,换算长细比可应采用简化的放大系数法。

钢管混凝土格构柱极限承载力计算方法研究

提出钢管混凝土格构柱有限元分析方法,应用ANSYS通用程序对试件的分析结果与试验结果吻合良好。对钢管混凝土格构柱极限承载力,进行偏心率、长细比和构造参数的影响分析。对国内CECS 28∶90、JCJ 01-89和DL/T 5085-1999 3个钢管混凝土设计规程计算结果与有限元数值计算结果进行比较分析。分析结果表明CECS28∶90规程的偏心率折减系数计算公式较合理。柱肢的钢材种类和混凝土强度对稳定系数的影响较大,通过算例数值分析,提出换算长细比的材料修正系数γ的计算方法。斜缀条交角等构造参数对钢管混凝土格构柱整体承载力的影响均很小,验证了换算长细比的放大系数简化算法的合理性,并对国内3个规程中换算长细比的计算方法提出修正建议。最后,给出四肢钢管混凝土格构柱极限承载力的合理实用的计算方法。

平缀管式钢管混凝土格构柱拟动力试验研究

在平缀管式钢管混凝土格构柱拟静力试验研究的基础上,进行了2个1∶8缩尺模型的拟动力试验,分别采用2008年汶川大地震和1995年日本阪神大地震的地震动时程记录作为输入地震波,研究在不同强度地震和主余震作用下此类结构的变形、强度、刚度、耗能等抗震性能。研究结果表明:平缀管式钢管混凝土格构柱具有良好的抗震性能,在8度多遇、基本、罕遇、极罕遇地震作用下,结构处于弹性工作状态;在9度罕遇地震作用下,钢管混凝土柱肢发生屈服,结构进入弹塑性工作状态;随着地震动峰值加速度的增加,柱底钢管应变急剧增加,柱顶最大响应位移非线性增长;直至试验加载结束,柱肢底部塑性铰区域未形成屈服环,结构无明显破坏。主余震作用加剧了结构的累积损伤,结构的刚度退化现象比较明显,在经历1次9度罕遇主震和2次同等强度的余震作用后,结构弹性阶段刚度相比初始弹性刚度减小约50.0%,最大位移增大约41%。通过钢管混凝土格构柱在各地震工况下的强度与变形的验算,进一步表明此类结构具有足够的强度储备和良好的变形能力,在经历多次强震后仍能保持一定的承载能力,在我国高烈度地区的桥梁工程中具有极大的应用前景。

钢管混凝土格构柱偏压承载能力分析的数值方法

采用泰勒级数作为分段插值函数,在考虑多个截面的平衡条件和紧箍效应钢管混凝土应力-应变关系基础上,提出了钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力数值方法,并编制了相应的计算程序。与现有的分段合成法相比,该方法考虑了剪力对柱变形的影响,不仅适用于两端偏心相等的偏压构件,而且适用于两端偏心不等的偏压构件的弹塑性极限承载力的计算。利用提出的计算方法和编制的程序对国内已有两端偏心相同的四肢钢管混凝土格构偏压长柱的试验结果进行了计算,并与现有规程进行了比较,结果表明:现有计算方法结果偏于保守,计算误差大,本文提出的计算结果与试验结果吻合良好。

四肢方圆钢管混凝土格构柱低周反复加载试验研究

完成2个四肢方钢管混凝土格构柱和1个四肢圆钢管混凝土格构柱的低周反复加载试验。为研究方、圆钢管混凝土格构柱的破坏特征、抗震性能及更好的分析两种不同柱肢截面形式构件的抗震性能差异,各试件的尺寸采用等材料原则确定。试验结果表明:1缀管与柱肢的连接被撕裂是钢管混凝土格构柱的主要破坏形态;2方、圆钢管混凝土格构柱均有良好的综合抗震性能;3与方钢管混凝土格构柱相比,各试件的强度及延性相差不大,但圆钢管混凝土明显具有高的耗能能力及更小的刚度退化。最后,对方、圆钢管混凝土格构柱的合理应用进行探讨。

变截面钢管混凝土格构柱轴压极限承载力

变截面钢管混凝土格构柱的轴压试验结果表明,随着试件高度的增大和柱肢坡度的减小,其极限荷载逐渐降低。基于上述规律,在等截面钢管混凝土格构柱计算框架的基础上,研究了变截面钢管混凝土格构柱轴压极限承载力的计算方法。提出变截面钢管混凝土格构柱等效长度的概念和等效长度法的计算公式,其承载力计算结果与试验结果吻合良好。最后在有限元数值分析验证的基础上,给出适合工程应用的四肢变截面钢管混凝土格构柱轴压极限承载力的实用算法,为钢管混凝土设计规程的进一步完善提供参考。

双肢缀条格构柱换算长细比的补充

通过虚功原理对缀条格构柱换算长细比进行了分析,结果表明,不同的缀条布置形式应采用不同的换算长细比计算式,现行《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)关于缀条格构柱换算长细比的计算式适用于缀条反向布置。同时补充了同向缀条和K形缀条布置的格构柱换算长细比计算式,可供工程设计人员在格构柱斜缀条布置和计算换算长细比时参考。