偏压矩形钢管再生混凝土柱抗火性能有限元分析

为了研究偏压矩形钢管再生混凝土柱的抗火性能,建立了火灾下柱温度场和力学场分析的有限元模型,并利用已有试验结果验证了模型的有效性。研究了长细比、荷载比、截面周长以及偏心率对偏压矩形钢管再生混凝土柱抗火性能的影响。结果表明:有限元模拟的温度场和力学场与实验结果总体符合。长细比、荷载比和截面周长是影响偏压矩形钢管再生混凝土柱抗火性能的主要因素。长细比越大耐火极限越小而膨胀变形越大,荷载比越大耐火极限越小且膨胀变形越小,截面周长越大耐火极限越大且膨胀变形越大。偏心率对耐火极限和膨胀变形影响较小。

矩形钢管再生混凝土柱-工字形钢梁框架边节点的抗震性能试验

为研究矩形钢管再生混凝土柱-工字形钢梁框架节点的抗震性能,基于现行规范,按照1/2的缩尺比例设计2个节点模型。这2个节点模型分别填充再生骨料取代率为50%、100%的核心混凝土,考察了不同再生骨料取代率对节点抗震性能的影响,进行了低周反复荷载破坏试验并详细观察了节点模型在加载过程中的破坏形态。通过分析试验相关实测数据可知,矩形钢管再生混凝土柱-工字形钢梁框架节点的破坏形态表现为梁段形成塑性铰的弯曲破坏,满足了"强柱弱梁"的延性抗震设计要求;钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点具有良好的延性和耗能能力,可在抗震设防区推广使用;2个试件的滞回曲线相差不大,不同再生骨料取代率对该类型节点的抗震性能不产生明显影响。

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱恢复力模型研究

为建立圆钢管型钢再生混凝土组合柱的恢复力模型,对11根圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验研究,考虑了再生骨料取代率、配钢率及钢管径厚比等不同设计参数的影响,分析了组合柱的地震破坏形态及滞回性能。基于组合柱的力学特征及曲线形状,提出了圆钢管型钢再生混凝土组合柱骨架曲线的三折线参数模型,采用理论推导与数据拟合的方法确定了组合柱骨架曲线的模型参数。在此基础上,给出了组合柱的滞回规则和卸载规律,构建了组合柱的恢复力模型,计算滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好,表明该恢复力模型较好地反映了反复荷载下组合柱的受力特征点及滞回性能,可为此类组合柱的推广提供技术参考。

圆钢管型钢再生混凝土组合柱滞回性能非线性有限元分析

基于圆钢管型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验研究,采用OpenSees软件对该组合柱进行了滞回性能数值分析,获取了组合柱的滞回曲线及抗震性能指标,并与试验结果进行了比较,验证了组合柱数值模型的合理性。在此基础上,对组合柱的滞回性能开展了参数影响分析。结果表明:再生骨料取代率从0增大到100%,组合柱的峰值荷载下降了7.78%,延性略有降低;提高再生混凝土强度、型钢强度及圆钢管强度,对于提升组合柱的承载力及刚度是有利的,但却使组合柱的脆性增大;随着轴压比的增大,组合柱的承载力呈现先上升后下降的趋势,而延性逐渐变差;型钢配钢率从5.54%增至9.99%,组合柱的峰值荷载提高了24.34%,但对于改善组合柱的延性不明显;增大钢管壁厚对组合柱的承载力和延性均是有利的。

反复荷载下方钢管型钢再生混凝土组合柱抗震性能试验研究

为研究方钢管型钢再生混凝土组合柱的抗震性能,通过对9个组合柱试件进行低周反复荷载试验,对其地震破坏特征进行分析,并详细探究再生粗骨料取代率、型钢配钢率、方钢管宽厚比和轴压比等影响参数对组合柱承载力、延性及耗能能力等抗震性能指标的影响。研究结果表明:在反复水平荷载作用下组合柱呈现典型的压弯塑性铰破坏模式。组合柱的荷载-位移滞回曲线呈饱满“纺梭形”,具有较好的耗能能力。再生粗骨料取代率对组合柱的承载力的影响较小,随着再生粗骨料取代率的增加,组合柱的延性和耗能能力逐渐下降,延性和耗能能力最大分别下降7.83%和7.6%,组合柱试件承载力先升高后下降,承载力最大变化幅值为1.98%,影响幅值较小。随着方钢管宽厚比的减小或型钢配钢率的提高,组合柱的承载力和延性均得到提高,宽厚比从100降至33,承载力提高了57.44%,而型钢配钢率从4.2%增长至6.3%,承载力和延性则分别提高了21.45%和20.44%,说明方钢管宽厚比和型钢配钢率对组合柱抗震性能影响较大。另外,增大轴压比对组合柱试件的抗震性能不利,随着轴压比的增大,组合柱的滞回曲线饱满度下降,延性降低,轴压比从0.2提高到0.6,延性降低了11.11%。研究结论可为方钢管型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供参考。

不同再生混凝土取代率与CFRP布层数高强方钢管再生混凝土柱轴压性能

通过轴压试验和有限元数值模拟试验研究了在轴向荷载作用下,再生混凝土取代率、CFRP布层数对CFRP约束高强方钢管再生混凝土柱轴压性能的影响.结果表明:试件的峰值承载力和初始刚度会随着CFRP布层数的增加而提高,试件的延性则会随着CFRP布层数的增加而下降,且增加CFRP布层数可使试件中部环向变形的发展延后,进而可有效提升其轴压性能;提高再生混凝土取代率会降低试件的峰值承载力、初始刚度及延性,但其破坏形态与无取代试件类似.研究结果可为类似组合柱轴压性能的评价提供参考.

钢管高强再生混凝土叠合柱偏压性能

为研究钢管高强混凝土叠合柱偏心受压性能,以混凝土类型和偏心距为参数,完成了6根叠合柱偏心受压试验,研究了不同参数对钢管高强混凝土叠合柱损伤发展过程、破坏特征、承载力和延性的影响,并基于《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》(T/CECS 188—2019)和相关学者提出的公式对16根钢管混凝土叠合柱的偏压承载力进行了计算。研究结果表明:再生混凝土叠合柱与普通混凝土叠合柱的受力过程均经历了弹性、带裂缝工作和破坏3个阶段,表现出外围混凝土保护层被压碎脱落、纵筋鼓曲和箍筋外鼓等破坏特征;与普通混凝土叠合柱相比,再生混凝土叠合柱的初始刚度和变形能力有所降低,但承载力略高;随着偏心距的增加,钢管混凝土叠合柱的初始刚度和承载力迅速降低,而位移延性系数迅速增大,中和轴逐渐向受压区移动,与平截面假定的吻合度有所降低;钢管混凝土叠合柱偏压承载力计算应考虑钢管自身承载力以及钢管对核心混凝土约束效应的影响。

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。

圆钢管再生混凝土长柱偏心受压承载性能试验研究

以偏心距为主要变化参数,对6个圆钢管再生混凝土长柱进行了偏心受压单调加载试验。通过试验观察了试件的破坏形态,分析了荷载-轴向位移曲线、荷载-纵向应变曲线以及延性,并研究了偏心距对试件承载力的影响。结果表明:圆钢管再生混凝土长柱在偏心荷载作用下,先后经历了弹性阶段、弹塑性阶段和承载力下降阶段,具有较好的延性,其破坏主要表现为钢管壁屈曲而导致试件整体失稳破坏;试件的承载力以及纵向变形随着偏心距的增加而降低;建议采用《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014)和《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)进行圆钢管再生混凝土偏压长柱的承载力计算。

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。

圆钢管再生镍铁渣混凝土柱冲击性能试验

为研究掺镍铁渣钢管再生混凝土柱抗冲击性能,以粗骨料替代率、轴压比、落锤质量及冲击能量为变化参数,设计并制作了11根圆钢管再生混凝土柱。通过落锤冲击试验,得到了试件的破坏形态、位移时程曲线及冲击力时程曲线,研究了轴压比、粗骨料取代率、冲击能量和落锤质量对钢管再生混凝土柱侧向冲击性能的影响。结果表明:钢管再生混凝土柱抗冲击性能良好,能量吸收率基本恒定在67%左右;与取代率为0%相比,再生粗骨料取代率为30%时,试件跨中挠度平均降低8.9%;再生粗骨料取代率为70%时,试件跨中挠度平均降低11.4%;随着冲击能量的增加,试件跨中残余位移显著增大;轴压比在0~0.4以内,轴向力对钢管再生混凝土抗冲击性能有提高作用;落锤质量由330 kg增加至430 kg,冲击持续时间增加16%;套箍系数增大,跨中挠度减小。

冲击荷载作用下钢管再生混凝土柱损伤评估分析

为研究钢管再生混凝土柱在冲击荷载作用下的损伤,进行了16根钢管再生混凝土柱的落锤冲击试验。在试验的基础上建立了钢管再生混凝土柱的有限元模型,分析不同冲击速度、冲击质量、截面含钢率对钢管再生混凝土柱损伤程度的影响。通过控制冲击质量与冲击速度,基于损伤因子d_(s)和弹塑性转角θ,划分损伤评估等级,拟合钢管再生混凝土柱损伤评估曲线。结果表明:建立的有限元模型能很好地吻合落锤冲击试验的结果,最大误差不超过10%;冲击过程中跨中挠度峰值出现时间远远滞后于冲击力峰值出现的时间,冲量是动量的1.23倍;随着冲击速度的增加,跨中挠度呈抛物线形的增长趋势,冲击质量增加对冲击力峰值影响较小,但对跨中挠度有较大影响,随着截面含钢率的增加,构件的耗能几乎稳定在90%附近;从损伤曲线图可以快速判断钢管再生混凝土柱的整体损伤情况及局部损伤情况。

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。

《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。

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱地震损伤模型研究

为研究圆钢管型钢再生混凝土组合柱的地震损伤性能,对11根组合柱试件进行了低周反复荷载试验,分析了再生骨料取代率、轴压比、管径径厚比、型钢配钢率及型钢截面形式等对组合柱地震损伤性能的影响规律;通过数值反演法确定了再生骨料取代率和轴压比影响的组合系数,综合考虑了变形和能量的影响,对Park-Ang损伤模型进行了修正,建立了圆钢管型钢再生混凝土组合柱的地震损伤模型,并验证了损伤模型的有效性。基于试验研究,将组合柱划分为正常使用、暂时使用、修复后使用、生命安全和防止倒塌等5个性态水平,结合性态水平对损伤指标进行量化,建立了组合柱在不同抗震性态水平下相应的量化指标、损坏程度和损伤指标区,为抗震性能设计提供参考。

方钢管再生混凝土中长柱的抗震损伤分析

方钢管再生混凝土柱可以充分发挥钢材与再生混凝土的材料性能优势,不仅具有良好的力学性能和抗震性能,而且还科学地处理了建筑垃圾。为了探索方钢管再生混凝土中长柱在低周往复荷载作用下的损伤演化规律,文章根据6根柱的低周往复加载试验,研究钢管壁厚、轴压比和长细比3个参数对试件抗震损伤的影响,分析各试件的破坏形态和刚度退化规律,且采用4种损伤分析模型对各试件进行损伤分析研究。基于不同损伤模型的计算结果,给出方钢管再生混凝土中长柱对应不同抗震性能水准的量化损伤指标。研究结果表明:对于不同变化参数下的方钢管再生混凝土中长柱试件,不同损伤分析模型计算所得各个试件的损伤指标值都呈单调增加趋势;随着轴压比的增加,试件的承载力有所提高,变形能力减小,累积损伤加重;随着长细比的增加,试件的承载力降低,变形能力提高,累积损伤减轻;随着钢管壁厚的增加,试件的承载力和变形能力均提高,累积损伤有所减轻。

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。

内置H型钢再生混凝土钢管柱抗震性能有限元分析

为研究内置H型钢再生混凝土钢管柱的抗震性能,利用ABAQUS有限元分析软件研究了6根试验柱在低周反复荷载作用下,再生混凝土强度、再生粗骨料取代率和型钢配钢率对其破坏形态、滞回性能、骨架曲线、耗能能力和刚度退化曲线的影响规律。结果表明:试验柱均呈弯曲型破坏,滞回曲线均较为饱满,刚度退化较慢,表现出良好的耗能能力以及抗震性能;试验柱的峰值承载力和耗能能力随再生混凝土强度的提高而提高,随再生粗骨料取代率的提高而降低;随着型钢配钢率的增加,试验柱的承载力和耗能能力均显著提高;各试验柱的位移延性系数均在5.0~6.0,具有良好的弹塑性变形能力。

矩形钢管混凝土中长柱轴压性能研究

为研究矩形钢管混凝土中长柱的轴压性能,基于合理的混凝土和钢材本构模型,采用有限元软件ABAQUS建立三维实体精细化足尺中长柱有限元模型,该模型考虑钢管与混凝土之间相互作用、初始缺陷。试验结果验证了该方法的准确性。在此基础上,全面分析了中长柱加载过程的变形规律,详细考察了中长柱破坏模式,进而揭示了矩形钢管与核心混凝土之间的相互作用。最后,探讨了混凝土强度、钢材屈服强度、截面含钢率、截面长宽比以及长细比对矩形钢管混凝土轴压中长柱稳定系数的影响。研究表明:长细比对矩形钢管混凝土中长柱稳定性影响较大,其次是截面含钢率,而混凝土强度、钢材屈服强度和截面长宽比的影响非常小,可忽略不计。

加肋L形钢管再生混凝土短柱轴压性能分析

为研究加肋L形钢管再生混凝土短柱的轴压性能,运用ABAQUS建立15根钢管柱进行模拟,分析了试件的荷载-纵向应变曲线,研究了再生骨料取代率、有无肋、截面长宽比D/B、宽厚比B/t、再生混凝土强度、加肋形式等对试件轴压性能的影响。研究结果表明:宽厚比B/t、再生混凝土强度、截面长宽比D/B的变化对试件轴压性能影响较大,再生骨料取代率对试件轴压性能影响较小,加肋在一定程度上提高试件的轴压极限承载力。再生混凝土强度、截面长宽比D/B、宽厚比B/t对试件的初始轴压刚度影响较大,且随着截面长宽比的增大、再生混凝土强度的提高、钢管宽厚比的减小,其初始轴压刚度都明显增大,15根L形再生混凝土短柱的轴压刚度曲线变化趋势基本一致,都是在屈服前减小,在达到屈服后,刚度值有缓慢增加的趋势。