部分填充钢-混凝土组合柱整体稳定分析

研究采用厚实截面工字钢的部分填充钢-混凝土组合(PEC)柱构件在轴压和压弯作用下的整体稳定性能。利用ABAQUS有限元软件建立PEC柱模型,并对比文献中的实验数据以校核其正确性。应用该模型进行参数分析,考察纵向钢筋、翼缘系杆、截面高宽比等因素对PEC柱稳定极限承载力的影响。根据有限元计算结果选定了原用于纯钢构件的轴压稳定系数,并提出针对轴压和压弯PEC柱的整体稳定设计用公式。

部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点抗震性能试验研究

为研究不同连接构造的部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点(PEC梁柱节点)的抗震性能,对2个PEC梁柱节点试件进行了拟静力加载试验,研究了低周往复荷载作用下PEC梁柱节点试件的破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。结果表明:强轴连接PEC梁柱节点的滞回曲线呈梭形和弓形,在达到极限承载力后仍能保持一定的延性和耗能能力;弱轴连接PEC梁柱节点牛腿与梁间的焊缝处发生破坏,未展现出预期的耗能能力,PEC梁仍在弹塑性状态,没有达到极限状态;PEC梁柱节点核心区混凝土替换为加劲肋板后,试件仍具有较好的承载力、延性和耗能能力,刚度退化规律无明显变化,且强轴连接节点与弱轴连接节点刚度变化规律基本一致;PEC柱牛腿设计过短会导致焊缝连接处断裂,试件延性和耗能能力得不到发挥,剩余刚度较大。

新型部分填充钢-混凝土组合梁受剪性能试验及有限元模拟研究

采用合理的材料本构关系,利用ABAQUS有限元软件建立足尺有限元模型,对新型部分填充钢-混凝土组合梁进行受剪承载力分析。结合试验研究,通过改变剪跨比、型钢强度等级、梁高度、型钢腹板厚度、翼缘栓钉间距等因素对新型组合梁组合截面受剪承载力进行了研究。结果表明,新型组合梁有较好的受剪承载力,混凝土强度等级和新型组合梁高度对峰值承载力的影响不显著,但混凝土显著提高了新型组合梁的整体稳定性;而新型组合梁高度每增加50mm,其峰值剪力值约提高7%~21%;型钢腹板厚度每增大2mm,新型组合梁峰值剪力就提高10%左右,腹板对其受剪承载力影响较大。运用叠加原理,结合腹板、翼缘内侧混凝土、翼缘栓钉和箍筋的受剪贡献,对《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)中组合梁截面受剪承载力计算公式进行了优化。结果表明,修正后的计算公式具有良好精度。

工艺孔对大截面部分包覆钢-混凝土组合梁受弯性能影响的试验研究

为了研究工艺孔对大截面部分包覆钢-混凝土组合梁(大截面PEC梁)受弯性能的影响,对5根不同构造的大截面PEC梁进行了静力试验,研究了两点加载下主次梁腹板开洞方式对大截面PEC梁试件受弯性能、延性、破坏模式等的影响规律。结果表明:静力荷载作用下,各个试件均表现出良好的延性,腹部开孔对试件承载力和截面刚度有一定的削弱作用。型钢主钢件的应变与混凝土的应变沿截面高度方向均大致呈线性变化,符合平截面假定。按《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》(T/CECS 719—2020)计算得到的开工艺孔的大截面PEC梁抗弯承载力与试验值误差较小,受尺寸效应影响不大,所采用计算公式安全可靠。

局部半包裹部分包覆钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

针对部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点区域后浇筑混凝土不易密实的问题,研究了受拉侧混凝土对局部半包裹部分包覆钢-混凝土组合梁(局部半包裹PEC梁)受弯性能的影响,进行了2根不同构造的局部半包裹PEC梁的四点弯曲试验,模拟局部半包裹PEC梁负弯矩区受力状态,对其受弯性能、延性、破坏形式等展开分析。结果表明:局部半包裹PEC梁表现出良好的延性,挠度达到l_(0)/50时截面抗弯承载力并未下降。型钢主钢件、混凝土的应变沿截面高度方向大致呈线性变化,可引用平截面假定计算受弯承载力及刚度。局部半包裹PEC梁受拉侧混凝土对其极限承载力与破坏模式影响不大,在计算局部半包裹PEC梁柱节点受力时可不考虑受拉侧混凝土作用,节点后浇筑区域可采用半包裹填充,以加快施工进度。此外,对局部半包裹PEC梁进行建模,进行梁受弯过程的有限元分析,对比模拟结果与试验结果,二者荷载-挠度曲线吻合较好,误差均在10%以内。

基于施工全过程健康监测的装配式部分包覆钢-混凝土组合结构体系动力特性研究

为研究装配式部分包覆钢-混凝土组合结构的动力特性,基于世博文化公园双子山项目,采用全过程健康监测手段对装配式PEC结构体系施工全过程的应力、加速度进行监测,研究其阻尼比和自振频率在施工过程中的变化情况,将实测结果与有限元计算结果进行对比。结果表明:结构应力计算值、自振频率计算值等均与实测值吻合较好,验证了结构施工全过程仿真模拟计算的合理性。施工过程中PEC框架梁柱及节点后浇区的型钢及混凝土应力实际监测结果均满足强度要求。节点后浇区混凝土浇筑前后,结构自振周期和阻尼比差别较小;结构顶部覆土恒载施加完成后,结构的自振周期和阻尼比均较之前有所增大。结构设计时阻尼比取0.04,小于施工完成后的阻尼比实测值最小值0.046,阻尼比取值偏于安全,设计阻尼比取值合理。

多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向抗震性能试验研究

用于异形柱框架结构的各种截面型式的多腔钢-混凝土组合柱具有良好的使用功能和可装配建造性能,与异形柱面外有侧肢不同,保证矩形截面壁式柱弱轴方向的抗震性能更为重要。为了探究多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向的抗震性能与受力机制,运用低周往复荷载试验与有限元分析相结合的方法开展研究。结果表明:压弯荷载作用下,多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向的滞回曲线饱满,其全过程受力可划分为稳定承载、转化过渡和峰后二阶效应显现三个阶段,试件对应的两个特征分界点的层间位移角分别为1/57和1/27;试件屈服点和失效破坏点对应的层间位移角分别为1/85和1/23,均大于规范限值,延性系数为3.73;两端钢管、中间钢板和腔内混凝土可协同受力,混凝土未见明显压碎和开裂,钢管和钢板未见明显损伤;所得有限元模拟结果与试验结果吻合度高,骨架曲线平均相对误差为4.6%。上述成果深化了对多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向抗震性能的认知,为工程应用提供了参考。

装配式部分包覆钢-混凝土组合剪力墙受弯承载力计算

为研究装配式部分包覆钢-混凝土组合短肢剪力墙的受弯承载力和抗震性能,设计制作了5片短肢剪力墙。通过拟静力试验,分析轴压比、翼缘板厚度、混凝土强度和型钢强度对试件破坏形态、滞回性能、受弯承载力、变形能力、刚度退化和耗能能力的影响。试验结果表明:短肢剪力墙表现为典型的压弯破坏;轴压比由0.4增大至0.6,试件的承载力及延性均降低;翼缘板厚度的变化对试件的承载力和延性影响较小;随着混凝土和型钢强度的增大,试件的承载力随之增大;罕见地震作用下,试件表现出良好的抗震性能,提出部分包覆钢-混凝土组合剪力墙受弯承载力计算公式,计算结果与试验值吻合度较高。

十字形部分包覆钢-混凝土组合柱轴压性能数值分析与承载力计算方法

为研究十字形部分包覆钢-混凝土组合柱(PEC柱)轴向荷载作用下的受力性能,通过有限元软件ABAQUS建立了足尺十字形PEC柱模型,并利用已有的试验数据验证了其可靠性;在此基础上,进行了典型十字形PEC柱轴压全过程受力分析,揭示了其在轴压作用下的受力机理和破坏模式,并对该构件进行了受力性能参数分析,系统分析了含钢率、截面高宽比、钢材强度、混凝土强度、系杆间距和截面面积等参数对其轴压性能的影响规律。研究结果表明:十字形PEC柱受力性能良好,其破坏模式主要表现为柱中部混凝土被压碎,钢筋骨架向外发生鼓曲,横向系杆间的型钢翼缘发生波纹状的局部屈曲;极限轴压承载力随截面含钢率、钢材强度、混凝土强度和截面面积的提高而增大,但截面高宽比和系杆间距等对其承载能力影响不大。最后,考虑混凝土约束效应分区,提出了十字形PEC柱轴压承载力简化计算方法,计算结果与有限元模拟结果吻合较好。研究结果将为十字形PEC柱的设计和应用提供参考。

FRP-自密实混凝土-钢双壁空心组合柱轴压力学性能分析

本文所研究的组合柱,可以使三种材料优势相融合,力学性能良好,有利于加快施工速度,并保证混凝土在构件各位置分布均匀,但存在一定的不足,具体表现为力学性能不稳定,各材料之间容易出现孔隙。本文将针对该组合结构力学性能进行分析,通过试验与试件设计、材性试验、试件制作、观察试验现象、分析试验结果,明确结构稳定性变化规律,希望为相关行业提供参考。

丹江口水库特大桥钢-混凝土组合围堰施工技术

丹江口水库特大桥为主跨760 m双塔双索面部分地锚式混合梁斜拉桥,主墩采用整体式承台+大直径群桩基础,主墩承台平面为八边形,尺寸为48 m(横桥向)×26 m(顺桥向)×6.5 m(高),承台底部设置26根直径2.8 m钻孔灌注桩。为适应库区倾斜裸岩地形,降低施工难度及施工费用,主墩围堰采用下部混凝土挡墙围堰+上部单壁钢围堰的钢-混凝土组合围堰方案。下部混凝土挡墙围堰采用衡重式挡墙围堰及抗滑桩挡墙围堰,高3~11 m;上部单壁钢围堰分块设置,其长度与下部挡墙围堰匹配,高8 m。钢-混凝土组合围堰施工时,首先根据地形条件进行挡墙围堰分段,之后采用破碎锤开挖混凝土挡墙围堰基础;混凝土挡墙围堰采用分层、分块施工,顶部圈梁与挡墙围堰同步浇筑;上部单壁钢围堰采用加工厂预制+现场分块安装,并预留竖向型钢接长部分;最后进行单壁钢围堰底部及组合围堰山体连接处止水混凝土施工,完成钢-混凝土组合围堰施工。钢-混凝土组合围堰的应用,有效缩短了基础施工周期,降低了围堰施工难度及施工费用,经济合理,满足现场施工各项要求。

十字形部分包覆钢-混凝土组合异形柱轴压性能试验研究

为研究十字形部分包覆钢-混凝土组合异形柱(PEC柱)的轴压受力性能和破坏模式,设计制作了一根十字形PEC柱并进行轴心受压试验研究,并参考相关规范对试验数据进行理论分析对比。研究结果表明:在轴心受压的情况下,试件经历的工作阶段为弹性工作阶段、弹塑性工作阶段与塑性工作阶段,试件的最终破坏现象为柱中部的混凝土被压溃、部分混凝土脱落、柱中部的钢翼缘局部屈曲、钢翼缘与混凝土脱离、柱整体产生弯曲变形;试件破坏模式为整体失稳破坏;试件的试验承载力比参考《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》计算的理论计算值低,比考虑稳定系数后的理论计算值高,验证了十字形PEC柱的破坏模式,说明十字形PEC柱的承载力良好,该结构具有良好的工程应用前景。

部分包覆蜂窝钢-混凝土组合柱轴心受压数值分析

部分包覆蜂窝钢-混凝土组合柱是将传统的部分包覆钢-混凝土组合柱和蜂窝钢柱结合起来的一种新型结构构件形式,目前国内外相关研究较少。利用ABAQUS有限元软件建立模型,对PEC蜂窝柱进行参数化分析,研究不同参数下其轴压性能的差异。研究结果表明:PEC蜂窝柱的极限承载力受主钢件截面扩高比、翼缘宽厚比及混凝土强度的影响较大,受纵筋配筋率、连杆配置及孔洞形式的影响较小;PEC蜂窝柱中的混凝土强度等级建议选择常用的C30、C40;PEC蜂窝柱在孔洞形式为圆形时承载力最高,方形最差。

部分包覆钢-混凝土组合结构设计方法及实践

介绍了一栋全预制装配式钢-混凝土组合结构多层办公楼的结构设计,主体结构采用了部分包覆钢-混凝土组合框架柱(PEC柱)与钢蜂窝梁组成的组合框架结构,楼板采用预制的局部叠合板。部分包覆钢-混凝土组合结构是一种性能优越的全装配式结构,体系新颖、性能良好、连接可靠、拼接方便、经济合理。PEC柱能充分发挥钢材和混凝土的优势,与纯钢结构相比,可以节省资金约30%,有良好的经济效益和社会效应。蜂窝梁通过实腹钢梁经二次加工组合而成,提高了刚度,在第一个孔周边加强后,能节约钢材用量20%以上,有良好的经济效益,且蜂窝孔洞中适宜设备管线穿越,可提高净空,便于设备管线安装、集成,实现设备管线与主体结构的脱离,符合装配式设备的要求。文章阐述了该结构体系特点、设计方法、注意事项等,可为国家相应标准的编制提供依据,也可为类似结构的设计提供参考。

部分包覆钢-混凝土组合空腹梁受弯性能试验研究

为了研究部分包覆钢-混凝土组合空腹梁(简称PEC空腹梁)不同构造的效果及优劣,对5根不同构造措施的PEC空腹梁进行四点弯曲试验,研究其破坏形态、承载能力、变形性能、型钢与混凝土应变、型钢翼缘与腹部混凝土之间的滑移量等指标。试验结果表明:静力荷载作用下,5根PEC空腹梁均具有良好的延性和变形能力;从承载力和位移延性系数等来看,π型桁架构造形式较优;蜂窝及空腹构造形式在截面变化处易出现应力集中,使型钢下翼缘发生断裂破坏;型钢、混凝土应变沿截面高度基本符合平截面假定;型钢翼缘与混凝土之间的滑移量不大,对受弯承载力计算的影响可忽略不计。按全截面塑性准则来计算PEC空腹梁的受弯承载力是可行的,理论值与试验值误差较小。

部分包覆T形蜂窝钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

进行了2个主钢件为T形蜂窝钢的部分包覆钢-混凝土组合梁(PECCS-T梁)的静力单调弯矩加载试验研究,并将其与已有的部分包覆H形蜂窝钢-混凝土组合梁(PECCS梁)的试验研究结果进行对比,考察主钢件受压翼缘对组合梁受弯性能的影响,并研究用钢量相近情况下增大蜂窝式主钢件截面扩张比对PECCS-T梁受弯性能的影响。研究结果表明:PECCS-T梁的破坏模式与PECCS梁的破坏模式不同,表现为受拉钢翼缘屈服后受压区混凝土被压碎。组合梁中的受压钢翼缘能有效地约束混凝土,显著提高组合梁的抗弯承载力、变形能力和延性。PECCS-T梁按主钢件最大削弱截面计算得到的理论值Mu与试验值Mtest比较接近。增大T形主钢件的截面扩张比,能够有效提高PECCS-T梁的抗弯承载力,且保持变形能力不降低。

泵站框架混凝土-钢复合柱力学行为研究

为研究泵站框架柱在火灾发生时,高温对柱变形行为的影响,文章通过设置多组对比试验分析了组合柱耐火性能和轴向变形影响因素。结果表明:柱的长细比、骨料类型等因素对组合柱的奈火性能有较大影响。为提高钢-混凝土组合柱的耐火性能,设计时应降低结构柱的长细比,增强骨料强度。研究结果为水利工程设计提供参考。

部分包覆钢-混凝土组合梁抗火性能研究

为研究部分包覆钢-混凝土组合梁(PEC梁)的抗火性能,基于既有试验建立PEC梁有限元分析模型,对PEC梁高温下的受力性能展开研究,考察防火涂层厚度、截面尺寸等因素对构件温度场的影响,考察荷载比、防火涂层厚度、截面尺寸、纵筋配筋率等因素对构件耐火极限的影响。结果表明:温度越高,构件的跨中变形速率越大;构件的升温速率随截面尺寸和防火涂层厚度的增加而减小;荷载比、防火涂层厚度和截面尺寸是影响PEC梁耐火极限的主要因素。在参数分析的基础上,提出PEC梁耐火极限计算公式,计算结果与数值模拟结果的误差在5%以内,因此该公式可为PEC梁的抗火设计提供参考。

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。

部分包覆钢-混凝土组合蜂窝框架梁抗震设计研究

部分包覆钢H形蜂窝钢-混凝土组合梁(简称PEC-H梁)是在H形主钢件腹板开孔的水平受力构件,开孔后使得PEC构件能一次浇筑完成且方便通过孔洞铺设设备管线。随着PEC相关规范的发布,PEC这种结构形式得到了更多的研究和应用,但对PEC-H梁抗震的研究较少,本文结合已有试验实测数据,通过理论分析,结合相关规范研究了弯剪共同作用下PEC框架梁受弯承载力和受剪承载力之间的相关性,提出了适用于已有试验中PEC框架梁试件的弯剪相关性方程;PEC框架梁设计时可优先考虑圆形孔洞且选用主钢件由错位成孔法形成的圆孔PEC-H梁;PEC-H梁的承载力于高跨比、截面高宽比及孔洞尺寸有关,其孔洞边缘与梁端最小距离应在设计时进行验算。