组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑的性能研究

防屈曲耗能支撑(BRB)作为一种新型的支撑构件,具有良好的耗能减震作用,目前已经运用到一些实际工程中。组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑是一种新型的支撑,该支撑的内核单元由钢管混凝土构成。文章采用Ansys有限元软件,施加反复荷载,通过非线性屈曲分析模拟支撑的破坏形态和抗震耗能性能,并研究了该支撑内核突出段长度和内、外核之间的间隙对支撑耗能能力的影响。结果表明,所研究的组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑构造合理、工作可靠、耗能能力强、抗震性能优越,解决了全钢型防屈曲支撑在大长度时难以满足稳定性的问题。

某超高层项目钢管混凝土组合柱应用

某超高层项目荷载较大,导致框架柱截面较大,严重影响建筑空间使用。采用钢管混凝土组合柱,和型钢混凝土柱相比,标准层每根柱节约建筑有效使用面积1.5~1.8m^(2),结构主体成本节约近1000万元。提出了对钢管进行开孔的梁柱节点做法并分析五种不同节点方案,采用大型通用有限元软件ABAQUS进行仿真分析,充分考虑框架梁对节点的约束作用,得到五种节点方案的极限承载力及钢管的最大应力,结果表明采用钢管开孔的梁柱节点做法可行,并得到最合理的开孔形式;分别对7种不同箍筋形式进行受力性能分析,并考虑实际施工因素,得到最为合理的箍筋设置形式。

十字形钢管束高强混凝土组合剪力墙的抗剪承载力研究

为研究不同参数对十字形钢管束高强混凝土组合剪力墙抗剪承载力的影响,通过ABAQUS有限元软件建立了十字形钢管束高强混凝土组合剪力墙的有限元模型,重点考察钢材强度、混凝土强度、钢板厚度、钢管厚度、轴压比、墙体长度、墙体高度、腔体长度等参数对此类组合剪力墙抗剪承载力的影响。分析结果表明:随着钢材强度、钢板厚度、钢管厚度、墙体长度的增加和墙体高度的减小,试件的抗剪承载力呈显著增大趋势;随着混凝土强度的提高和腔体长度的减小,试件的抗剪承载力略呈增大趋势;当轴压比较小时(n∈(0,0.3]),轴压比对试件的抗剪承载力有一定的提高作用;当轴压比较大时(n∈(0.3,0.8]),随着轴压比的增加其抗剪承载力逐渐降低。最后,提出了十字形钢管束高强混凝土组合剪力墙的抗剪承载力计算公式。

螺旋箍筋约束钢管混凝土组合暗柱剪力墙抗震性能试验研究

研究以钢管等效代替约束边缘构件范围内的纵向受力钢筋,并在钢管外侧滚焊螺旋箍筋代替边缘构件箍筋的新型配置螺旋箍筋约束钢管混凝土组合暗柱的剪力墙结构的抗震性能.考虑高宽比、轴压比等参数设计制作新型配置螺旋箍筋约束组合暗柱的剪力墙与传统钢筋混凝土剪力墙进行低周反复荷载加载试验;分析了剪力墙的破坏形态、滞回性能、耗能能力、延性和刚度退化.研究结果表明:螺旋箍筋约束钢管混凝土组合暗柱对改善中高传统钢筋混凝土剪力墙承载能力和变形能力具有较好的效果,螺旋箍筋约束钢管混凝土组合暗柱的构造形式对耗散地震能量具有较好的作用.

厂房钢管混凝土组合结构泵送混凝土与节点施工技术

本文主要探究了某厂房钢管混凝土组合结构的泵送混凝土施工工艺和上下段钢管柱的节点处理方法。下段柱采用泵送顶升法,向钢管内注入混凝土;上段柱采用高位抛落和辅助振捣法完成混凝土施工。钢管混凝土柱采用埋入式柱脚,利用定位模板减小预埋螺栓的误差,提高了钢管混凝土柱的安装精度。在上段柱和下段柱的节点处,根据钢管直径的不同灵活选择焊接方式,提高焊接质量,保证了钢管混凝土组合结构的稳定性与承载力。

救灾物资储备库建设项目钢管混凝土组合结构泵送混凝土及节点施工技术

本文以哈尔滨市救灾物资储备库建设项目为例,探究了钢管混凝土组合结构的泵送混凝土施工技术及节点连接技术。在泵送混凝土施工中,除了要严控混凝土的质量验收外,对于钢管下段混凝土采取了顶升法浇筑;对于上段混凝土采取了分层浇筑。在保证钢管混凝土组合结构稳定性、完整性的基础上,取得了加快施工效率、节约施工成本的效果。在节点连接中,对于不同直径钢管需要加装锥形管作为连接构件;对于同径钢管采用直接焊接方式连接,为提高库房结构稳定与使用安全创造了有利条件。

钢管混凝土梁拱组合桥拱脚段钢管埋深研究

钢管混凝土梁拱组合桥拱脚段钢管主要有深埋式和浅埋式两种不同的形式,相对应的主梁梁端构造、钢筋及预应力布置也有所不同。实际工程中,这两种埋深形式使用均较为广泛,因此需要对拱脚段钢管埋深的影响进行研究,为实际工程提供参考。以某130 m跨径钢管混凝土梁拱组合桥为例,分析了拱脚段钢管埋深对施工难度及主梁预应力用量的影响。建立数值分析模型,验证了浅埋式钢管拱脚构造的安全性,并提出了浅埋式拱脚的钢管埋深、端承压板设置、剪力件布置等相关构造要求。

轴压比对T形钢管束混凝土组合剪力墙抗震性能的影响研究

为研究轴压比对T形钢管束混凝土组合剪力墙抗震性能的影响,本文运用数值模拟软件ABAQUS设计并建立了轴压比为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8的九个试件,进行有限元分析,系统分析了试件的抗震性能。分析结果表明:随着轴压比增大,T形钢管束混凝土组合剪力墙的承载能力有所降低,耗能能力有所提高;当轴压比大于0.6时,初始刚度显著降低。

钢材对L形钢管束高强混凝土组合剪力墙的滞回性能影响

文章采用ABAQUS软件建立试验试件精细化有限元模型,分析钢材、钢板厚度、钢管束厚度对L形钢管束高强混凝土组合剪力墙(ICSW-L)受力性能的影响,验证建模方法、参数设置的正确性和可靠性。对L形钢管束高强混凝土组合剪力墙的足尺模型进行有限元分析,评估钢材强度等参数对该类组合剪力墙滞回性能的影响规律,并给出参数变化所对应的结果。

部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥冲击系数

为研究部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥车激动力放大效应,以某3跨连续部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥为研究对象,通过桥梁冲击系数定义求得桁梁桥挠度冲击系数与轴力冲击系数。对比分析了不同车速、桥面不平度、车重、填充系数等因素对桁梁桥冲击系数的影响,并采用MATLAB软件对共867个冲击系数进行拟合优度检验,得到95%保证率下桁梁桥冲击系数统计值。结果表明:部分填充混凝土后能有效降低矩形钢管组合桁梁桥下弦杆动力响应,但并没有降低桁梁桥在车辆荷载作用下的动力放大效应;车速对桁梁桥冲击系数的影响规律不可预测;桥面不平度是影响冲击系数的重要因素,桁梁桥关键截面冲击系数随桥面恶化显著增大,最大增幅约为400%;随着车重降低,桁梁桥关键截面冲击系数增大,最大增幅约为200%;随着混凝土填充系数的增大(下弦杆混凝土填充长度增加),由于桁梁桥下弦杆相对刚度提高,其冲击系数值略有增大;桁梁桥关键截面轴力冲击系数大于挠度冲击系数。在95%保证率下,该部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥冲击系数统计值为0.223,小于美国规范、澳大利亚规范、英国规范和加拿大规范中的冲击系数取值,但大于中国规范中的冲击系数取值,应引起桥梁设计者的高度重视。

基于单位荷载法的钢管混凝土组合异形柱计算长度系数研究与验证

为解决钢管混凝土组合异形柱在进行构件稳定验算时计算长度系数不明确的问题,利用有限元软件Midas/Gen,采用单位荷载法在钢管混凝土组合异形柱框架-支撑结构整体模型下进行特征值屈曲分析,并通过欧拉公式反算得到钢管混凝土组合异形柱的计算长度系数.研究了网格划分、楼板、短梁对单肢柱计算长度系数分析结果的影响,结果表明各层异形柱沿其高度方向划分为10段、连接板宜沿其宽度方向划分为2段,同时去掉模型中的楼板、短梁可提高结果的安全度和软件分析速度.在上述分析结果基础上,建立了考虑组合异形柱网格划分、去掉模型中的楼板、短梁的整体结构模型,分析了不同异形柱平面位置、所在楼层、梁截面尺寸和楼层总数等因素影响下的单肢柱计算长度系数,结果表明:单肢柱计算长度系数随着所在楼层的上升呈现增大趋势,8~20层单肢柱计算长度系数随梁截面的增大而减小,大部分楼层的单肢柱计算长度系数随楼层总数减少而增大.根据所得数据,基于安全性和计算简便的考虑,给出了各层钢管混凝土组合异形柱中单肢柱计算长度系数建议值.基于计算长度系数的建议取值,分析得到整体模型中各单肢柱的应力比,并与直接分析设计法得到的应力比进行了对比,结果表明两种方法得到的应力比相差不大,验证了本文提出的计算长度系数建议值的可行性.

L形双连接板实体式方钢管混凝土组合柱抗震性能研究

提出了一种采用双连接板的L形实体式方钢管混凝土组合柱,为了研究其抗震性能,设计了3个采用不同的钢管连接件的尺寸(宽度分别为100mm或200mm)、不同轴压比(0.4和0.6)的试件。对各试件施以不同的竖向恒载,进行了拟静力试验,讨论了试验参数对试件抗震性能的影响。结果表明:连接板宽度与水平峰值荷载和刚度呈正相关,增加连接板宽度对两者的提升很大,与延性和耗能能力呈负相关,增大连接板宽度两者有所下降,而且更宽的连接板会加剧强度退化和刚度退化;竖向恒载与水平峰值荷载和耗能能力呈负相关,加大轴压比导致两者均变小,且加剧了刚度衰减,但是能在一定程度上改善延性,强度退化也更均匀。通过有限元模拟研究了钢管壁厚度、钢管管径和钢材强度等级对组合柱受力性能的影响。结果表明:增大钢管壁厚度、钢管管径都可以显著加强L形双连接板实体式方钢管混凝土组合柱的水平峰值荷载和刚度,但变形能力即延性也明显下降;提高钢材强度等级则能使水平峰值荷载和延性都得到改善。

内嵌轻质墙板L形方钢管混凝土组合柱框架结构抗震性能试验与数值模拟

针对内嵌轻质墙板双钢板连接L形方钢管混凝土组合柱(LCFST柱)框架结构的抗震性能,设计并制作了未安装墙板的LCFST柱框架试件SJ-1和内嵌轻质墙板的LCFST柱框架试件SJ-2进行低周反复荷载试验,并通过有限元软件对内嵌墙板厚度、墙板强度进行参数化分析.试验结果表明:两框架结构属于“强柱弱梁”的破坏模式;SJ-2中墙板破坏多出现墙板顶端和角部,内嵌墙板可在一定程度上延缓主体框架的破坏;SJ-1和SJ-2均具有良好的耗能能力、延性和变形能力;SJ-2较SJ-1,正、负向弹性刚度、极限承载力均有明显提高,耗能能力比SJ-1略有增加.参数分析表明:增大墙板的厚度或强度,整体结构初始刚度的提升很小,但其峰值荷载的提升较为明显;其中墙板厚度由100 mm增至200 mm,墙板对峰值荷载的贡献率从22.76%提升至30.70%;墙板强度由2.5 MPa增至7.5 MPa,墙板对主体结构峰值荷载的贡献率从23.68%提升至34.52%.

内置约束拉杆横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱轴压力学性能研究

为探究约束拉杆对横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱轴压力学性能的影响,采用有限元软件ABAQUS数值仿真模拟和轴压试验分析了内置横向拉杆的横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱的轴压性能,通过对比分析了内置横向拉杆的数量对横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱的荷载-轴向应变曲线、延性、屈服荷载以及核心混凝土约束效应的影响规律。研究表明,内置横向拉杆能够增强对核心混凝土的约束效应,提高横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱的轴压承载力和延性。

预制节段拼装双层钢管-混凝土组合墩柱抗震性能分析

为研究预制节段拼装CFDST墩柱的抗震性能,开展了预制节段拼装CFDST墩柱拟静力试验,并采用有限元软件ABAQUS对墩柱力学行为进行数值模拟,分析素混凝土层、初始预应力度和节段数量对墩柱抗震性能的影响.结果表明:在水平往复荷载作用下,墩柱未出现明显破坏,滞回曲线呈明显旗帜形,最大残余偏移率为0.18%,具有良好的自复位性能;最大偏移率为5.25%时,轴向预应力损失约为10.20%,墩身变形主要来自接缝处开口,正、负向最大累计开口量分别达到10.70和12.35 mm,存在明显的多转角变形模式;数值模型可以较好地模拟墩柱的非线性力学行为;考虑节段间素混凝土层可以更为合理地模拟墩柱滞回性能,提高初始预应力度可增强墩柱强度和耗能能力,而节段数量则对墩柱滞回性能影响较小.

H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱偏压性能研究

为提升方钢管混凝土组合异形柱加工制作的便捷性与精度、减小焊接对板件变形的影响,提出了新型H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱(LCFST-H),并研究其偏压荷载下的力学性能。设计了两个试件进行偏压加载试验,建立计算模型开展有限元分析。在验证有限元模型准确性的基础上,分析了H型钢连接板尺寸、方钢管截面尺寸、柱高度等参数对组合异形柱偏压受力性能的影响。结果表明:构件破坏形式为整体弯曲失稳与局部屈曲破坏,达到极限承载力后,单肢柱之间仍能通过H型钢连接板很好地协同工作,具备一定承载能力,体现出较高的延性性能。方钢管截面尺寸和柱高度对其偏压性能影响较大。结合相关规范,给出了H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱单向偏压承载力计算公式,公式计算结果与有限元结果吻合较好。

轴压比对一字型钢管束高强混凝土组合剪力墙滞回性能影响分析

为评估轴压比对一字型钢管束高强混凝土组合剪力墙滞回性能的影响,设计并采用了轴压比为0、0.3、0.6、0.9的四种不同轴压比的钢管束混凝土组合剪力墙试件,采用有限元分析软件ABAQUS建立其精细化有限元模型,系统地分析了四种试件在循环荷载作用下的滞回性能。分析结果表明:随着轴压比的增大,钢板与混凝土进入塑性的面积均增大,变形也有所增加;试件的承载力随着轴压比增加而降低。钢管对混凝土的约束作用随着轴压比的增加而降低;随着轴压比的增大,试件初始刚度有所降低;钢管束混凝土组合剪力墙的耗能能力较好,所有试件等效粘滞阻尼系数均在0.4以上,试件的耗能能力随着轴压比的提高而提高。

内置开孔钢板加劲肋的L形宽肢钢管混凝土组合柱轴压性能研究

为研究内置开孔钢板(PBL)加劲肋的宽肢钢管混凝土组合柱(W-LCFST)的轴压性能,以L形双板连接钢管混凝土组合柱(LCFST-D)的轴压试验为基础,开展了W-LCFST柱参数化分析。结果表明:添加PBL加劲肋可增强混凝土和钢板之间的相互作用,与未添加PBL加劲肋的试件相比,添加1组PBL加劲肋,承载力提高了3.8%~5%,延性系数提高了14.3%~25.7%;添加2组PBL加劲肋,承载力提高了7.9%,延性系数提高了29.2%。最后,基于Mander理论,提出了预测W-LCFST柱截面承载力的计算公式,并将预测公式计算结果、日本规范Recommendations for design and construction of concrete filled steel tubular structures(AIJ-CFT(1997))、美国规范Load and resistance factor design specification for structural steel buildings(AISC-LRFD(1999))、《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159:2004)分别与有限元结果进行了对比。结果表明:上述公式计算结果均较为保守,但所提出的预测公式计算结果更加准确,平均误差为7%。

矩形钢管混凝土-波纹腹板组合梁局部受压承载力研究

利用数值模拟方法对矩形钢管混凝土-波纹腹板组合梁(RCFTFG-CW)的局部承压承载力进行研究。建立了在集中荷载作用下RCFTFG-CW与波纹腹板工字形梁(IG-CW)腹板发生局部承压破坏的有限元分析模型。通过与相关文献结果对比,验证了有限元模型的可靠性。利用验证后的有限元模型研究了RCFTFG-CW的局部承压承载力、应力发展过程以及荷载作用位置对承载力的影响。分析了几何尺寸、材料特性、荷载作用长度(沿梁跨度方向)以及波纹展开长度和波长的比值对RCFTFG-CW局部承压承载力的影响。在参数分析的基础上,提出了RCFTFG-CW的局部承压承载力的设计表达式,并利用有限元分析结果验证了公式的准确性。结果表明,与IG-CW相比,RCFTFG-CW具有更高的局部承压承载力;RCFTFG-CW的局部承压承载力分别与钢管混凝土上翼缘等效惯性矩的1/4次方、腹板厚度、波纹展开长度与波长的比值、荷载作用长度呈线性增长关系;所提出的计算公式能够精确预测RCFTFG-CW的局部承压承载力。

L形方钢管混凝土组合异形柱弱轴抗震性能研究

L形方钢管组合异形柱建筑效果好、抗震性能强,目前已应用于汶川等高烈度区的灾后重建。但是当下对L形方钢管组合异形柱抗震性能的研判多是基于其强轴的抗震性能,而对其弱轴的抗震性能研究较少。因此,通过对27个L形方钢管组合异形柱ABAQUS有限元模型的数值模拟,对其弱轴的抗震性能进行研究,得到其弱轴的破坏现象、极限层间位移角及延性系数的线性拟合公式。可为方钢管组合异形柱结构的推广及实际应用提供参考。