带有防火保护的圆钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能分析与设计

抗火性能是圆钢管约束钢筋混凝土柱设计时的关键问题之一,尽管目前相关研究已逐渐完善,但带有防火保护条件下该类构件的抗火性能研究与设计仍不充分,已有的行业标准中构件高温稳定承载力公式未与常温公式相连续,且其中的防火保护层设计公式不具有明确的物理意义。基于ABAQUS软件,该文开展了带有防火保护圆钢管约束钢筋混凝土柱在ISO 834标准火灾作用下温度场和耐火极限的有限元分析,研究了荷载比、截面尺寸、长细比、防火保护层厚度等关键参数对构件耐火极限的影响规律,并提出了钢管温度、钢筋温度以及混凝土等效温度的简化计算公式。结果表明:随着防火保护层厚度的增大,构件的耐火极限近似线性增大。基于系统性参数分析,提出了带有防火保护圆钢管约束钢筋混凝土柱高温下截面承载力和稳定承载力设计公式,以用于确定构件达到不同耐火极限所需的防火保护层厚度,该方法保持了与现行标准中常温承载力计算公式的连续性。

钢管约束钢筋混凝土压弯构件抗震性能与设计方法

为研究钢管约束钢筋高强混凝土压弯构件的抗震性能和设计方法,进行圆钢管和方钢管约束钢筋高强混凝土压弯构件的滞回性能试验研究.试验结果表明,由于钢管对核心混凝土的有效约束,核心高强混凝土柱的承载力、延性和耗能能力得到显著提高.在轴压比和钢管径厚比相同的条件下,圆钢管约束钢筋混凝土压弯构件的抗弯承载力和延性明显优于方钢管约束钢筋混凝土.根据试验结果,建立钢管约束钢筋混凝土压弯构件的纤维模型方法和截面抗弯承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合极好.

圆钢管约束高强混凝土轴压短柱的试验研究与承载力分析

进行6组共18个圆钢管约束高强混凝土短柱在循环或单调轴压荷载作用下的试验研究。试验中的主要参数为混凝土强度(fcu=88.14～94.17)和钢管径厚比(D/t=21.62～43.01)。试验结果表明,圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力高于同条件的普通钢管混凝土构件,但两种构件的延性无显著差异;随钢管中纵向应力的降低,构件的轴压承载力提高。对构件的应力分析结果表明,圆钢管约束高强混凝土轴压短柱的峰值荷载点对应于钢管的屈服点。在应力分析结果的基础上建立圆钢管约束混凝土的轴压承载力公式,公式结果与试验结果吻合较好。基于试验结果对Mander约束混凝土模型进行修正,使模型适合于约束高强混凝土。

GFRP管约束再生混凝土柱抗震性能与损伤评价

以再生粗骨料取代率、混凝土强度为主要参数,开展了6个玻璃纤维增强塑料(GFRP)管再生混凝土柱试件的低周反复试验,对试件的承载力、刚度退化过程、滞回特性、延性、耗能能力、破坏形态等抗震性能进行研究。研究结果表明:GFRP管约束再生混凝土柱的耗能能力、延性、滞回特性随着再生粗骨料取代率、混凝土强度的改变而略有变化;粘结滑移的效应对试件的抗震性能影响很小;GFRP管约束再生混凝土柱极限承载力受混凝土强度作用影响并不明显。最后,提出GFRP约束再生混凝土柱归一化损伤计算公式,该模型能较好地反映GFRP管约束再生混凝土柱的损伤发展。

圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压力学性能

为研究圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压力学性能,进行6个短柱试件在循环轴压荷载作用下的试验研究.试验中的主要参数为钢管径厚比(26和42).试验结果表明,圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力高于同条件的普通钢管混凝土构件,但两种构件的延性无显著差异;随钢管中纵向应力的降低,构件的轴压承载力提高.对构件的应力分析结果表明,圆钢管约束高强混凝土轴压短柱中,钢管对核心混凝土的约束效果高于普通钢管混凝土构件;钢管约束高强混凝土轴压短柱的峰值荷载点对应于钢管的屈服点.

混杂FRP管约束混凝土组合梁的研究-Ⅰ:抗弯性能研究

本文通过对 5种不同铺层矩形混杂FRP管约束混凝土组合梁进行抗弯试验 ,研究了不同铺层方式对构件抗弯性能的影响。从试验结果分析可得到如下结论 :随着GFRP、受拉边CFRP层数的增加 ,极限载荷增加 ;受拉边CFRP层数的增加 ,构件的刚度增加 ,从而挠度减小 ,曲率减小 ,中性轴向受拉边偏移。

环梁式圆钢管约束H型钢混凝土柱-钢梁节点的抗震性能

设计了一种环梁式圆钢管约束H型钢混凝土柱-钢梁节点,并建立了该试件的全尺寸三维有限元分析模型,计算得到了此类节点试件的滞回曲线、骨架曲线及破坏模式,经与试验结果进行对比,两者吻合良好.在此基础上,对试件进行有限元变参数分析,考察了轴压比、混凝土强度、梁柱线刚度等对试件抗震受力性能的影响,同时提出了一种改进型梁端削弱翼缘的节点形式.结果表明:随轴压比增大,试件的耗能及延性性能明显下降;混凝土强度的变化对试件滞回性能影响不大;当保持柱截面不变,仅变换钢梁尺寸时,节点的承载力、延性及抗震耗能性能均随梁-柱线刚度比的增大而显著增大;而当保持钢梁截面不变,仅改变柱内型钢含钢率时,节点抗震受力性能随梁-柱线刚度比的变化并不明显;改进的梁端翼缘削弱形式的试件可在不明显降低其承载力及耗能性能的情况下,将塑性铰外移至距节点区较远的地方,从而更好地保护节点区.上述研究结论可为此类新型节点的应用提供理论基础.

开孔对GFRP管约束混凝土柱受压性能的影响

基于已有的GFRP约束混凝土柱相关试验成果,利用ABAQUS建立2根无损试件并验证模型的正确性;通过有限元软件建立4根无损GFRP管约束混凝土组合柱轴压试验模型,在此基础上设计12根不同开孔尺寸、位置带几何缺陷GFRP管约束混凝土组合柱轴压试验模型,研究开孔尺寸、位置对缺陷试件轴压性能的影响规律,分析组合柱应力分布、极限承载力和荷载-应变全过程的变化曲线.结果表明:随着开孔尺寸的增大,带几何缺陷试件的承载力逐渐降低;开孔位置对承载力的影响微小.

火灾下圆钢管约束钢筋混凝土短柱轴压性能分析

利用ABAQUS软件建立了火灾下圆钢管约束钢筋混凝土轴压短柱非线性有限元模型,在确定混凝土和钢材的本构基础上,对其火灾下轴压性能进行了数值计算,并与已有相关试验数据进行了对比验证。分析了环境温度、混凝土强度、钢管屈服强度、截面尺寸、含钢率等参数对火灾下轴压性能的影响规律。结果表明:火灾下各试件核心混凝土纵向应力发展规律较为相似,且应力分布趋向均匀;环境温度对试件轴压刚度的影响大于极限承载力,材料强度对极限承载力的影响较大,增大钢管含钢率可一定程度提高试件轴压刚度;提出了火灾下此类试件极限承载力和轴压刚度的简化计算公式,可为工程实际应用提供参考。

RC环梁式圆钢管约束SRC柱-狗骨式钢梁节点抗震性能研究

对RC环梁式圆钢管约束型钢混凝土柱-狗骨式削弱型钢梁节点在低周反复荷载作用下的抗震性能开展数值研究。在验证有限元模型正确性的基础上,研究了狗骨式梁端翼缘削弱参数、梁柱线刚度比和柱轴压比对该节点破坏模式、滞回性能、骨架曲线等的影响。结果表明:对钢梁梁端进行狗骨式削弱,可使节点塑性铰位置明显外移,起到保护RC环梁及节点区的作用,从而更好地满足“强节点弱构件”的抗震要求;梁端削弱参数对RC环梁的破坏程度和梁端塑性铰位置影响较大;在合理削弱参数范围内,狗骨式节点基本试件的最大荷载较未削弱型节点的最大荷载降低了5.95%,节点位移延性系数均大于4.4,表明狗骨式节点具有良好的抗震性能;随着梁柱线刚度比的增大,RC环梁破坏越严重;节点最大荷载和延性随柱轴压比的增大而降低,建议轴压比取值不大于0.7。

钢管约束粉煤灰钢筋混凝土轴压短柱力学性能试验研究

以混凝土中粉煤灰取代率(0、10%、30%和50%)和钢管径厚比(55、73和110)为主要参数,完成了12个钢管约束钢筋混凝土短柱的轴压试验.研究了试件的破坏模式、极限承载力、荷载—应变关系等,分析了试验参数对试件力学性能的影响规律.试验结果表明:试验结束时钢管向外凸曲,径厚比为110试件的钢管出现纵向或斜向撕裂;核心混凝土发生斜向剪切破坏,钢筋被压屈.随着钢管径厚比的增加,试件的承载力和延性均降低;随着粉煤灰取代率的增加,试件的承载力降低,但达到极限荷载时的变形和钢管应变均增加,因此试件的延性增加.由试验结果分析可知,当粉煤灰取代率不大于30%,钢管径厚比不大于100时,钢管约束钢筋混凝土轴压短柱的综合力学性能最优,研究成果可为实际工程应用提供试验依据.

角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱轴压性能数值研究

采用有限元分析软件ABAQUS对18个角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱的轴压性能进行了数值模拟研究。将角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱和圆钢管约束型钢混凝土柱的轴压性能进行对比分析,进而研究了钢管径厚比、钢骨含钢率、缀板间距等因素对试件最大荷载和延性的影响。结果表明:角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱具有良好的受压性能;角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱的最大荷载和延性随着钢管径厚比和缀板间距的减小以及钢骨含钢率的增加而增大,且延性增加的幅度随之逐渐减小;钢骨含钢率处于3.87%～7.18%时,试件有较高的最大荷载和延性;缀板间距可依据普通格构式柱的设计要求取值。提出了角钢格构加劲圆钢管约束混凝土柱轴压承载力建议计算公式,计算结果偏于安全保守,可用于工程设计参考。

钢管约束型钢混凝土柱火作用下受力性能分析

为了得到火作用下钢管约束型钢混凝土柱的抗火性能,采用有限元软件ABAQUS建立钢管约束型钢混凝土柱有限元模型、分析ISO-834标准升温条件下构件的温度场分布和耐火极限。研究截面尺寸、荷载比、长细比等因素对构件耐火极限的影响规律。采用试验数据对分析结果进行验证,吻合较好。

装配式圆钢管约束混凝土柱的轴压性能

为了研究钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能,基于试验研究结果,对钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能进行了有限元分析.首先通过有限元建立了现浇式和装配式圆钢管约束混凝土柱模型;然后从承载力-平均纵向应变关系曲线、钢管应力、钢筋应力和混凝土应力方面对比了现浇式与装配式柱的轴压性能;其次分析了装配式柱变形形态及受力机理;最后提出了装配式柱轴压承载力计算方法.研究结果表明:与现浇式柱相比,装配式柱也具有良好的轴压性能和延性性能,钢管及钢套管对核心混凝土的约束作用更强,轴压承载力提高幅度为1.94%~6.17%;增加钢管厚度对提高装配式圆钢管约束混凝土柱轴压承载力最有效,提高幅度达59.15%,增加箍筋间距对其轴压承载力影响较小,减小幅度为2.91%;钢管纵向应力在靠近钢套管与钢管连接处较大,钢管环向应力在钢管通缝上、下附近区域较大,在钢套管装配处也较大;所提装配式柱轴压承载力公式计算值(Nuc)与有限元值(Nuf)、试验值(Nut)的比值均值分别为0.964、1.014,方差分别为0.0035、0.0029.

钢纤维掺量对FRP管约束超高性能混凝土轴压性能的影响

为研究钢纤维掺量对FRP管约束超高性能混凝土(UHPC)轴压性能的影响,以FRP管厚和钢纤维掺量为变量,设计制作了27个FRP管约束UHPC (UHPC-FFT)圆柱和9个无约束UHPC圆柱试件,通过单调轴压试验研究钢纤维掺量对不同约束刚度UHPC-FFT试件极限应变、抗压强度的影响.结果表明:FRP管厚是影响UHPC-FFT轴压性能的关键因素,增大管厚能大幅提高UHPC-FFT的抗压性能.管厚较小的UHPC-FFT试件变形经历线弹性、软化和线性强化3个阶段,而当管厚增大到能提供足够约束时,试件变形将从线弹性阶段直接过渡到线性强化阶段.加入钢纤维能减缓初始峰值荷载后的荷载突降,且试件破坏后仍保持为整体.钢纤维掺量的影响在管壁较薄的试件中表现得较为明显;当管壁足够厚时,钢纤维影响较小.

FRP管约束混凝土柱抗侧向冲击能力实验

针对FRP管约束混凝土柱的抗侧向承载能力进行了系统研究,通过在FRP管约束混凝土柱的侧向施加静压载荷,对实验结果分析可知:在不同FRP管壁厚、纵横向纤维比例以及填充混凝土与否的情况下,FRP管柱以及FRP管约束混凝土柱试件呈现完全不同的破坏模式.由实验得出的应力-应变关系曲线和FRP混凝土柱所能承受的最大静压载荷数据,可以作为进一步对动态冲击下FRP混凝土柱的研究基础.

铝管约束轻型防屈曲支撑的实验研究

针对传统的混凝土灌浆型和全钢型防屈曲支撑质量较大,无法适用于大跨空间结构等轻型建筑的问题,本文提出一种铝管约束轻型防屈曲支撑的设计方法。在核心钢管和约束管间设置不同宽度的间隙并对部分核心钢管进行开孔,通过拉压往复试验,研究了间隙和开孔对试件性能的影响,得到构件的相关恢复力特征,并分析了试件相关参数对耗能特性的影响。结果表明,本文设计的轻型防屈曲约束支撑,滞回曲线饱满,耗能效果良好;核心钢管宜开孔且支撑间隙应设置在1 mm左右,以减轻试件端部压力并简化施工工艺。

装配式圆钢管约束混凝土桥墩抗震性能研究

为研究装配式圆钢管约束混凝土桥墩的抗震性能,以约束方式和连接方式为参数,对3根桥墩试件开展拟静力试验研究,分析各桥墩试件的破坏模式以及结构延性、耗能能力、刚度退化、残余位移等方面的抗震性能,采用ABAQUS通用程序建立有限元模型,并进行有限元参数分析。试验结果表明:装配式圆钢管约束混凝土桥墩试件的破坏形态基本相同,均为压弯破坏;与传统装配式混凝土桥墩(T-8)相比,装配式圆钢管约束混凝土桥墩(YT-8和YTG-8)的水平峰值荷载分别提高了30.0%和53.9%,位移延性系数分别提高了52.4%和67.5%;与灌浆套筒连接的圆钢管约束混凝土桥墩相比,采用混合接头连接(灌浆套筒与钢管剪力键组合)的装配式圆钢管约束混凝土桥墩的滞回曲线更为饱满,耗能能力强,残余位移小,水平峰值荷载提高了18.4%,位移延性系数提高了9.9%,表现出良好的抗震性能;在不同轴压比、长细比及混凝土强度条件下,采用混合接头连接的装配式圆钢管约束混凝土桥墩在水平峰值荷载和位移延性方面均优于传统灌浆套筒连接的装配式圆钢管约束混凝土桥墩。

圆钢管约束再生混凝土轴压力学性能试验研究

依据《再生混凝土结构技术标准》(JGJ/T 443—2018),按照再生粗骨料(RCA)掺入量0%、50%和100%制作18个试件并进行轴压力学性能试验,研究RCA取代率对圆钢管约束再生混凝土(RACCST)试件承载力和应力-应变关系的影响。结果表明:RACCST试件轴压极限荷载随RCA取代率增加而略有下降,基于Mander模型和试验数据,给出建议的RACCST应力-应变关系表达式。

GFRP管约束海砂再生混凝土轴压性能试验研究

通过GFRP管约束海砂再生混凝土短柱轴压试验,分析了海砂氯离子浓度与再生骨料取代率对试件受力性能影响。研究表明:GFRP管约束海砂再生混凝土的破坏模式为混凝土压碎、GFRP管断裂。再生粗骨料取代率和海砂氯离子含量越高试件承载力越小。而峰值变形随再生粗骨料含量的增加而增大,随海砂氯离子含量的提高而降低。最后,基于试验结果总结了GFRP管约束海砂再生混凝土的受力特点,所得结果为海砂再生混凝土构件的推广应用提供了基础。