矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱轴压性能研究

目的 研究矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱的轴压性能,提出轴压稳定承载力实用计算方法。方法 基于ABAQUS有限元分析软件,建立矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱有限元模型,分析其在不同参数下的工作机理;采用叠加原理并结合现行相关规范,给出适用于矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱的轴压稳定承载力计算公式。结果 矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱的破坏形态表现为在构件的中间位置产生侧向挠曲,最终因丧失稳定而破坏;长细比λ和外围混凝土强度fcu, out是影响叠合长柱轴压峰值荷载的关键参数;当λ由29增加到42和55时,峰值荷载分别降低7.3%和15.3%;当fcu, out由40 MPa提高到60 MPa和80 MPa时,峰值荷载分别提高21.4%和44.8%;轴压承载力简化计算公式与有限元模拟所得结果之比的均值和变异系数分别为0.927和0.017。结论 矩形中空夹层钢管混凝土叠合长柱具有良好的抗压性能和初始刚度,所提出的简化计算公式可为实际工程应用提供计算依据。

带对穿螺栓矩形钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法研究

设置对穿螺栓可以提高钢管混凝土短柱的力学性能,以试件同参数的ANSYS模型为原始算例,研究对穿螺栓的直径和纵向间距、套箍系数、宽厚比、长宽比、材料强度等参数对其轴压力学性能的影响。结果表明:设置对穿螺栓可以提高钢管对核心混凝土的约束效应,核心混凝土的应力分布表现为以对穿螺栓为分界线形成两个有效约束区,且四个角部的应力值最大;随着对穿螺栓纵向间距的减小、直径的增大,试件的承载力、变形能力、延性提高;试件承载力可随着套箍系数的增加、宽厚比的减小、材料强度的增强有小幅度提高。提出带对穿螺栓矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力的计算方法,得到的计算值和试验值吻合良好,该方法还同样适用于带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱承载力计算,计算过程简便且准确度高。

内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压力学性能

钢管混凝土作为一种发展前景广阔的结构形式,具有较好的承载力和塑性变形能力。矩形钢管混凝土柱作为其中常见的一种形式,在实际工程中的应用较为广泛。该研究基于矩形钢管混凝土在实际应用中存在的长短边约束不一致和对核心混凝土约束不足两个问题,探究一种新型的矩形钢管混凝土构件,即内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱。为此,对11根内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱、2根内置跑道形箍筋的矩形钢管混凝土柱、2根普通矩形钢管混凝土柱开展了轴压力学性能试验,重点分析了并束距、钢管壁厚、混凝土强度等级、箍筋间距、箍筋直径、内置用钢量等重要参数对内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力和延性的影响规律。结果表明:在总用钢量不变的情况下,将矩形钢管的壁厚减薄,并加工成异形箍筋内置于核心混凝土中,能够有效地提高试件的轴压承载力和延性;内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压过程可以分为4个阶段——弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段、下降段;相比于普通矩形钢管混凝土柱,内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱有更为饱满的塑性强化段。在试验和参数分析结果的基础上,采用已有的约束混凝土本构模型,推导得到内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式。该研究可为实际工程应用提供科学依据和数据参考。

反复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土矩形柱力学性能研究

为了研究锈蚀钢筋混凝土矩形柱的抗震性能,本文采用了Abaqus软件,对钢筋混凝土矩形柱进行了数值模拟。本文分析了锈蚀率、轴压比、非加密区箍筋间距、纵筋直径等因素对其抗震性能的影响。研究结果表明,在反复荷载作用下,随着锈蚀率和非加密区箍筋间距的增加,RC矩形柱的水平向抗剪承载力明显下降,其延性也随之降低。增大纵筋直径可以有效提高RC矩形柱的抗剪承载力并增强其延性。然而,随着轴压比的增加,RC矩形柱的抗剪承载力显著提高,但其延性却明显降低。随非加密区箍筋间距增大,RC矩形柱的抗剪承载力和延性显著下降。

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——矩形钢管混凝土柱

截面高宽比h/b大于2.0的矩形钢管混凝土柱具有较好的外观优势,能避免室内出现凸柱现象,随着实际应用日渐增多,对其的研究也越发深入。根据《隐式钢管混凝土结构技术规程》(T/CECS 951—2021)和《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159:2004)两本规范给出的条文对构件的计算结果及构造要求进行了对比。计算对比包括截面塑性发展能力、单向压弯荷载作用下的截面强度及单向压弯荷载作用下的平面内稳定承载力等三个方面。计算结果将再与多组实际试验结果进行对比,根据两者计算偏差判断规范公式的合理性。构造方面主要对比截面尺寸、长细比、宽厚比、轴压比及强柱弱梁验算公式和免除强柱弱梁验算的条件。结果表明,相比于CECS 159:2004,T/CECS 951—2021更接近实际试验结果,计算公式更合理,构造要求规定更全面。

矩形钢管混凝土柱与H型钢梁偏心连接节点有限元分析

为保证主要建筑空间的效果,矩形钢管混凝土柱与H型钢梁间较多采用偏心连接。本文结合一装配式高层钢结构住宅案例,介绍了相关的设计,并利用ABAQUS软件对钢管混凝土柱-钢梁偏心连接节点进行了节点受力分析。节点有限元分析表明,本项目案例中满足规范构造要求的钢管混凝土柱-H型钢梁偏心连接节点承载力可满足大震弹性的要求。钢管混凝土柱-H型钢梁偏心连接节点在达到节点极限承载力时塑性区分布与中心连接节点的塑性区分布有较大不同,两者屈服机制有较大不同。

双层矩形钢管-轻质混凝土短柱轴压性能

为了提高冷弯薄壁型钢-轻质混凝土组合剪力墙中端柱的轴压承载力,提出双层矩形钢管-轻质混凝土组合柱。对不同构造形式的6个短柱进行轴压试验,研究截面尺寸和高宽比对短柱破坏模式、荷载-位移曲线和极限承载力的影响,分析内、外钢管应变发展规律。结果表明:不同截面尺寸和高宽比短柱的破坏模式不同;随着截面尺寸的增大,试件的破坏模式由外钢管端部的局部屈曲转为外钢管端部屈曲和中下部鼓曲;随着高宽比的增大,试件外钢管顶端屈曲程度增大;内部破坏特征为内钢管的局部鼓曲和轻质混凝土的剪压破坏;试件极限承载力随截面尺寸的增大而提高,随高宽比的增大而降低。基于以上结果,建立了该新型组合短柱的轴压承载力计算公式。

矩形钢管混凝土柱在高层建筑中的应用

随着我国钢结构建筑的大力发展,矩形钢管混凝土柱在高层建筑中的应用越来越广泛,为了使结构设计工程师对矩形钢管混凝土设计更安全适用、经济合理,本文通过介绍建设浙江中南绿建科技产业基地项目-检测大楼项目,分析了钢管混凝土柱设计需要注意的一些细节,地下室柱脚采用外露式柱脚,柱脚处承台采用浅杯口二次浇筑,梁柱节点采用贯通隔板和内隔板结合的节点,次梁采用组合梁设计,并适当控制其挠度和应力比,楼板采用自承式钢筋桁架现浇混凝土板,防火涂料等设计要点,供设计人员参考。

窄扁矩形钢管混凝土柱在超高层钢结构住宅中的应用

本文研究的项目为钢框架-偏心支撑结构,框架柱为窄扁矩形钢管混凝土柱,宽度为200~250mm,最大长宽比达到4,为保证混凝土浇筑质量,梁柱节点采用竖向加劲肋节点,无水平隔板,在钢管柱内部的梁高及其上下200mm范围内设置12mm厚竖向加劲肋与钢梁边缘对齐,并设置6mm厚T形钢肋板与钢梁腹板对齐。通过在避难层设置人字撑形黏滞阻尼器和肘节式黏滞阻尼器,有效提高结构在用地震和风荷载下的安全储备。

标准火灾作用后矩形钢管混凝土柱剩余承载力的研究

通过对6个矩形截面钢管混凝土柱按ISO-834标准升温曲线升温作用后的试验,研究火灾作用后矩形钢管混凝土柱的力学性能和剩余承载力.结果表明,在本次试验参数范围内,火灾后裸钢管混凝土柱的承载力损失严重.在确定了钢材和混凝土在高温作用后应力~应变关系模型的基础上,本文计算了火灾作用后矩形钢管混凝土压弯构件荷载~变形关系曲线,理论计算结果得到试验结果的验证.在分析了各参数,如火灾持续时间、构件截面含钢率、钢材种类、混凝土强度等级、荷载偏心率、构件长细比、截面高宽比和构件截面尺寸等影响的基础上,本文提出火灾作用后矩形钢管混凝土柱承载力实用计算方法.

碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压性能研究

对碳纤维布约束的混凝土柱(从方形截面逐步过渡至圆形截面)进行了轴压性能试验。试验研究了碳纤维布约束混凝土柱的破坏形态及轴压应力与轴向、横向应变之间的变化曲线,确定了碳纤维布的有效应变系数。探讨了FRP材料约束混凝土矩形柱的侧向约束机理;提出了新的有效约束面积模型及侧向约束压力计算公式。基于现有试验研究成果,建立了碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压强度与峰值应变计算模型。针对碳纤维布充足约束混凝土矩形柱的应力-应变反应,提出了双线性理论模型,理论计算曲线与试验曲线基本吻合。

三面受火的矩形钢管混凝土柱受力机理与耐火极限

受火边界作为研究结构构件抗火性能的基本前提条件之一,对结构构件抗火性能有着显著影响。已有钢管混凝土柱相关研究多假设其四面均匀受火,则针对实际结构中可能出现的三面受火这一情况,对矩形钢管混凝土柱进行抗火性能理论研究。分析了三面受火的矩形钢管混凝土柱温度场和耐火极限,以及高温全过程的构件受力机理,且与四面受火的矩形钢管混凝土柱进行了对比分析。研究表明:三面受火时构件截面的整体温度比四面受火时有显著降低,且三面受火时耐火极限高于四面受火;三面受火构件在高温全过程中轴向变形趋势与四面受火类似,而侧向变形可能会发生反转。

矩形钢管混凝土柱的超声波检测试验及计算公式研究

分析了目前用于矩形钢管混凝土柱计算的三种理论,依据理论分析和钢管混凝土超声波检测的试验数据,提出了矩形钢管混凝土柱计算中叠加原理的应用论据。基于日本矩形钢管混凝土柱计算的叠加理论,按照计算简洁、概念明确和安全可靠的原则,确定了矩形钢管混凝土柱的计算公式,并用于天津市钢结构住宅设计规程(DB29—57—2003)。

带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的偏压性能

通过对7个带约束拉杆和2个不设约束拉杆矩形钢管混凝土短柱的单向偏心受压试验,研究了偏心率、约束拉杆水平间距对矩形钢管混凝土短柱偏压性能的影响.试验结果表明:约束拉杆的设置有助于提高矩形钢管混凝土偏压短柱的延性,延迟钢管的局部屈曲;带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的偏压承载力随偏心率的增大而减小;在偏心率相同的条件下,试件延性随拉杆水平间距的减小而增大.试件承载力的数值计算结果与试验结果吻合良好,而国内现有规程的计算结果总体上低估了带约束拉杆矩形钢管混凝土偏压试件的承载力.

反复荷载作用下矩形钢管混凝土柱的滞回性能研究

文中首先建立了钢管与核心混凝土界面的粘结-滑移滞回模型、考虑包辛格效应的钢材单轴滞回模型和考虑矩形钢管约束效应后内填混凝土的单轴应力-应变滞回模型。在截面纤维模型的基础上,建立了考虑界面粘结-滑移的矩形钢管混凝土柱分析模型,用Fortran语言编制了相应的全过程分析程序。考虑轴压比和截面高宽比两个因素,对19个矩形钢管混凝土试件进行了数值模拟计算,并对荷载-位移滞回关系进行了初步的理论分析。

组合FRP技术加固混凝土矩形柱的抗震性能试验研究

研究了一种利用植筋及纤维增强复合材料(FRP)布横向包裹钢筋混凝土柱来改善其抗震性能的新型加固技术。通过5个钢筋混凝土方柱的模型试验,分别研究了植玻璃纤维(GFRP)筋、横向包裹碳纤维(CFRP)布及两者组合的加固技术对提高混凝土柱抗震性能的作用,分析讨论了不同加固方法对混凝土柱位移延性系数的提高、刚度退化及能量耗散能力的影响。试验结果表明,采用植GFRP筋和包裹CFRP布的组合加固技术较前两种加固方法能更加有效地改善钢筋混凝土柱的抗震性能。

矩形钢管混凝土柱-H形钢梁下栓上焊隔板贯通节点抗震性能试验研究

为研究新型矩形钢管混凝土柱-H形钢梁下栓上焊隔板贯通节点的抗震性能,设计了槽孔型、圆孔型和焊接型下栓上焊隔板贯通节点足尺试件,通过进行低周往复加载试验,考察不同的腹板连接构造形式对下栓上焊隔板贯通节点抗震性能的影响,并针对各试件的破坏特征和承载力、刚度、延性及耗能能力等抗震性能指标进行了试验数据的分析。最后运用力学分析的方法对节点的抗弯能力进行了理论研究,并与试验结果进行了比较。结果表明,不同的腹板连接构造对节点的抗震承载力影响不大,但对节点的延性、刚度和耗能能力有较大影响;适当降低节点域的刚度有利于改善节点的耗能性能;螺栓滑移能提高节点的耗能能力,对刚度退化的影响不大;圆孔型和焊接型节点具有较好的延性和较高的刚度;理论推导得出的节点抗弯承载力与试验结果相差在10%左右,且计算结果偏于安全。

钢筋混凝土矩形截面柱绕丝加固的受力性能

采用200 t的压力试验机,对40根绕丝的钢筋混凝土矩形截面柱进行压力实验。针对绕丝的间距以及加载偏心距的不同进行了分组研究。结果表明,用绕丝加固的柱体可以提高承载能力和减少破坏时纵筋和混凝土的应变,并且提高的幅度随着绕丝间距的减小而增大。当绕丝间距为40 mm时,极限承载力提高5.5%,纵筋的应变提高了18%,混凝土的应变提高了38%,柱的延性能得到较大改善;绕丝加固法不适用于较大偏心受压柱。

碳纤维布加固混凝土矩形墩柱温度自应力探讨

基于平截面假定和自平衡力系条件,对碳纤维布(CFS)加固的任意形状横截面混凝土构件,建立日照辐射或骤然降温引起的温度自约束变形求解方程。推导CFS加固混凝土矩形墩柱在均匀变化、线性变化和指数变化温度梯度下的温度自应力解析式。与未加固混凝土矩形墩柱温度自应力解析式进行对比分析,结果表明,即使在均匀和线性变化温度梯度下,CFS加固矩形墩柱也会产生温度自应力;在指数变化温度梯度下,CFS中产生可观的温度自应力。所推导的自约束变形求解方程和温度自应力解析式具有一般性,适用于CFS加固混凝土构件和未加固混凝土构件。

往复偏心拉压荷载下矩形钢管混凝土柱工作性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土柱在往复偏心拉压荷载下的工作性能，进行了4个截面外廓尺寸为130mm×170mm的矩形钢管混凝土柱模型在往复偏心拉压荷载下的工作性能试验研究，其中：2个试件的钢板厚度为3mm，相应配钢率为8．14％，一个试件有栓钉，一个试件无栓钉；2个试件的钢板厚度为1．5mm，相应配钢率为4．07％，一个试件有栓钉，一个试件无栓钉。通过试验，对比分析了各试件承载力、刚度、延性和破坏特征。研究表明：矩形钢管腔体内设置栓钉可显著提高构件的抗拉和抗压性能；矩形钢管钢板厚度较大的试件对栓钉约束能力较强，可提高栓钉与混凝土的共同工作性能。