冲击荷载下内配圆形钢管混凝土的方形叠合柱剩余承载力研究

为研究内配圆形钢管混凝土方形叠合柱侧向冲击后剩余承载力性能,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了叠合柱冲击后受压承载力数值模型。对经典侧向冲击试验进行了数值模拟,分析表明该数值模型能够较好地模拟结构柱的破坏形态、冲击力和挠度。基于该模型研究了不同参数下叠合柱侧向冲击后剩余承载力特性,对比了未遭受冲击叠合柱轴心受压承载力,分析两者轴压极限承载力差异,并提出损伤程度评价指标(D_(dag)),量化分析了剩余承载力。结果表明:侧向冲击后叠合柱进行轴压加载直至破坏时易发生弯剪破坏,所消耗的能量相比于未遭受冲击叠合柱降低较多;在相同冲击条件下,冲击速度、轴压比和长细比对叠合柱耐冲击性能和冲击后剩余承载力影响最为显著和全面,而边界条件和钢管壁厚影响较小,但也不可忽视;基于损伤程度评价指标(D_(dag))及对应的损伤描述,可以快速地判定叠合柱的损伤程度,为结构安全提供应对策略。

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。

界面焊接环向钢筋的钢管混凝土叠合柱抗剪性能研究

为研究界面焊接环向钢筋的钢管混凝土叠合柱的抗剪性能,以环向钢筋的布置间距和直径为研究参数,对6根叠合柱试件进行了横向剪切静力试验和数值模拟,分析了各参数对试件的破坏过程、破坏形态、荷载-跨中挠度曲线以及抗剪承载力的影响规律。研究结果表明:界面环向钢筋布置方案不同的叠合柱试件破坏形态基本相同,均发生斜压破坏;试件的受力过程可划分为弹性阶段、弹塑性阶段、强化阶段和破坏阶段四个阶段;随着界面环向钢筋布置间距的减小,试件的抗剪承载力提高显著,最大增幅达22%;增大界面环向钢筋的直径可提高试件的抗剪承载力,但作用效果有限,最大增幅仅为6.1%。通过试验数据对有限元模型的有效性进行验证,并进一步分析了不同阶段有限元模型的应力状态,明确了此类叠合柱的受剪机理。

圆中空夹层钢管混凝土叠合长柱偏压性能分析

目的研究圆中空夹层钢管混凝土叠合长柱的偏压性能,提出其偏压承载力计算方法。方法以长细比、偏心率、混凝土强度、纵筋配筋率及外钢管直径为参数,利用ABAQUS有限元分析软件建立相应的有限元模型,考察不同参数对荷载-挠度曲线和荷载-弯矩曲线的影响,并进行工作机理分析;最后基于叠加理论给出偏压承载力计算方法。结果圆中空夹层钢管混凝土叠合长柱在偏压状态下的受力全过程可分为弹性、弹塑性和塑性3个阶段;长细比和偏心率是影响偏压承载力的主要因素,其中长细比由40增加到50和60时,承载力分别降低9.4%和18.9%;偏心率由0.2增加到0.4和0.6时,承载力分别降低31.0%和50.3%;由偏压承载力计算方法所得的结果与有限元模拟结果吻合较好。结论圆中空夹层钢管混凝土叠合长柱在减轻自重的情况下具有一定的承载能力和延性,偏压性能良好。

钢管混凝土叠合柱-H型钢梁外套筒式连接节点抗震性能试验与有限元研究

以钢管混凝土叠合柱为研究对象,设计了一种高强对穿螺栓连接的外套筒式梁柱节点。为了研究该新型节点的抗震性能和破坏机理,对3个缩尺比为1∶2的节点进行了拟静力试验。观察节点损伤过程及破坏模式,分析了梁端荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能能力,采用ABAQUS软件建立有限元模型,研究套筒宽厚比和加强肋板厚度对节点抗震性能影响。试验及有限元研究结果表明:节点滞回曲线饱满,延性系数介于3.13~4.19之间,等效黏滞阻尼系数介于0.211~0.296之间,节点域的变形较大且耗能能力较强;随着套筒厚度增大,核心区混凝土开裂减少,破坏位置由节点外移至梁端截面;减小套筒宽厚比和增大加强肋板厚度可以有效提高节点刚度。为保证外套筒式节点达到刚性节点要求,建议套筒宽厚比不大于25,加强肋板厚度不小于梁翼缘厚度。

HDFRC-钢管-混凝土叠合柱的轴压性能

提出了一种新型高延性纤维混凝土(HDFRC)-钢管-混凝土(HDCSTC)叠合柱,研究了螺杆列数、螺杆强度和螺母类型对HDCSTC叠合柱轴压性能的影响.结果表明:增加螺杆列数能够有效改善试件的峰值后延性;螺杆强度增加,对1列螺杆试件的延性无显著影响,对2列螺杆试件的延性影响较大;吊环螺母能够与外侧高延性纤维混凝土建立有效拉结,改善试件的峰值后性能;HDCSTC叠合柱具有与钢筋混凝土柱同等优异的轴压性能,且施工方便无技术限制,值得推广使用.

钢管混凝土叠合柱-RC梁空间节点耐火性能分析

目的 研究钢管混凝土叠合柱-RC梁空间节点耐火性能,为实际工程提供参考。方法 通过ABAQUS有限元分析软件建立ISO-834标准火灾下钢管混凝土叠合柱-RC梁空间节点的温度场模型和力学模型;在试验与有限元模拟相吻合的基础上,分析此类构件空间节点的温度场分布、破坏模态、变形和内力分布等工作机理。结果 由于梁板的保护作用,节点区温度远低于非节点区;当梁、柱火灾荷载比相同,梁由2根增加至3根、4根时,空间节点耐火极限分别降低了41.58%和43.75%;高温和轴向荷载的共同作用下,内部钢管混凝土承担内力从常温的43.27%增加至180 min的52.9%。结论 钢管混凝土叠合柱-RC梁空间节点具有较好的耐火性能,能够满足实际工程中对耐火性能的要求。

中空角钢-钢管混凝土叠合柱轴压性能研究

目的研究中空角钢-钢管混凝土叠合柱的轴压性能,给出相应的轴压承载力简化计算公式。方法采用有限元法对叠合构件荷载-应变关系计算,与已有试验数据对比验证;在此基础上,分析叠合构件破坏模态、内力分布以及接触应力等工作机理;以不同材料强度下空心率和含钢率为主要参数分析叠合柱轴压承载力。结果空心率由30%增加至50%和70%时,叠合柱极限承载力分别降低了9.64%和22.69%;含钢率由5.0%增加至6.0%和7.0%时,叠合柱极限承载力分别增大了8.72%和16.21%。引入混凝土强度增强系数k后得到的轴压承载力公式计算结果与有限元结果最大误差为2.8%,简化计算公式可以较好地预测构件轴压承载力。结论中空角钢-钢管混凝土叠合柱具有较好的轴压承载能力,可满足工程应用。

钢管混凝土叠合柱及梁柱节点施工技术探析

文中以某体育馆为例,阐述了钢管混凝土叠合柱及梁柱节点处的施工技术并验证其施工效果。通过对施工后的叠合柱、梁柱以及节点处进行检测并与设计规范进行对比,结果显示,各个施工环节的变形及性能指标均满足设计要求,且改良后的焊接工艺缩短了施工周期,节约了施工成本,确保了施工质量。本工程采用的钢管混凝土叠合柱及梁柱节点施工技术具有较高的推广应用价值。

钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点抗震性能

为研究钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土(RC)梁节点的抗震性能,以某地铁车站钢管混凝土柱为原型,基于等效刚度方法,将钢管混凝土叠合柱与钢管混凝土柱进行刚度等效计算,通过pushover得到其抗弯刚度,探究钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的力学性能;采用ABAQUS建立钢管混凝土柱-RC梁节点和钢管混凝土叠合柱-RC梁节点模型,通过既有文献试验数据验证节点模型的准确性,对两种节点的滞回特性、骨架曲线退化、刚度以及延性进行对比分析。结果表明:小轴压比作用下,钢管混凝土柱节点的耗能能力、滞回性能以及极限荷载都要优于钢管混凝土叠合柱节点;随着轴压比的增大,两者差别较小,在0.9轴压比时,钢管混凝土叠合柱节点的抗震性能优于钢管混凝土柱节点,采用钢管混凝土叠合柱-RC梁节点替换钢管混凝土柱-RC梁节点不会造成结构抗震性能的明显下降。

钢管混凝土叠合柱轴压强度试验研究

钢管混凝土(CFST)叠合柱是一种抗震结构的新型结构构件,它是在钢筋混凝土柱中内置钢管混凝土而形成。为了建立钢管混凝土叠合柱的轴压计算公式,进行了18个叠合柱试件的轴压试验。试验参数有:钢管的直径与壁厚、钢管外部混凝土强度等级和箍筋配箍特征值。试验得到了试件破坏过程、轴压力-应变关系曲线。试验结果表明:钢管混凝土叠合柱的轴压强度可由钢管混凝土强度和管外钢筋混凝土强度两部分叠加而成,从而给出了叠合柱的强度计算公式。试验结果同时表明核心钢管混凝土的轴压强度可作为叠合柱的残余强度。

钢管高强混凝土叠合柱抗震性能与受力机理的试验研究

本文通过四个钢管高强混凝土叠合柱与一个普通高强混凝土柱在周期往复荷载作用下抗震性能的试验研究，比较了两种柱的抗震能力和破坏形式；然后根据试验结果，分析了叠合柱受水平荷载作用时，外围钢筋混凝土与核心钢管混凝土之间轴力及水平力的分配关系；

钢管高强混凝土叠合柱的抗震性能研究

通过周期性往复试验，研究了钢管高强混凝土叠合柱的破坏形态、耗能能力、延性、承载力以及各组成部分共同工作等内容，并与钢管高强混凝土核心柱进行了对比；随后通过计算，讨论了叠合柱中有关参数对其极限承载力的影响；最后给出了叠合柱正截面极限承载力的简化计算方法。

钢管混凝土叠合柱边框组合核心筒抗震性能试验研究

为了比较带钢管混凝土叠合柱边框组合核心筒与带钢管混凝土边框组合核心筒的抗震性能,进行了1个钢管混凝土叠合柱边框组合核心筒模型和1个钢管混凝土柱边框组合核心筒模型的低周反复荷载试验研究,2个模型均按1/6缩尺.在试验基础上,分析比较了2个核心筒的承载力、延性、滞回特性、刚度及其衰减过程、耗能能力和破坏特征.研究表明,钢管混凝土叠合柱边框组合核心筒比钢管混凝土柱边框组合核心筒的抗震性能显著提高;承载力简化计算模型的计算结果与实测结果符合较好.

钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架核心筒抗震性能试验研究

为进一步改善混凝土核心筒的抗震性能,本文提出了钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架组合核心筒。进行了2个1/6缩尺的核心筒模型在低周反复荷载下的抗震性能试验研究,1个为钢管混凝土叠合柱边框组合核心筒,1个为钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架组合核心筒。通过试验,对比分析了2个核心筒的承载力、延性、刚度及其衰减、滞回特性、耗能能力及破坏特征,给出了钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架组合核心筒的承载力计算模型,计算结果与实测值符合较好。研究表明,钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架组合核心筒与钢管混凝土叠合柱边框组合核心筒相比,其抗震性能明显提高。

钢管混凝土叠合柱施工技术研究与应用

钢管混凝土叠合柱具有承载力高、抗震性能好和施工较方便等优点,在我国高层及超高层建筑结构中具有广阔的应用前景。结合实际工程,采用Midas软件对施工过程进行分析,确定了满足设计叠合比要求的叠合柱施工进度,并对穿筋式节点叠合柱施工工艺和施工技术进行了研究和应用。由施工结果可知,结构的施工质量满足要求,取得了较好的效果。

钢管混凝土叠合柱的抗震延性研究

震害表明,高层建筑中轴压比较大的钢筋混凝土柱的变形能力较弱。为了提高大轴压比柱的变形能力,进而改善结构的抗震性能,采用钢管混凝土叠合柱是最有效的方法之一。本文首先通过截面分析,阐释了钢管混凝土叠合柱在高轴压比下提高柱子延性的机理。然后基于已有的钢管混凝土叠合柱试验,采用通用非线性有限元软件ABAQUS建立了钢管混凝土叠合柱的有限元模型。有限元分析结果与试验结果吻合良好,说明了有限元模型的合理性。在此基础上,分析了名义轴压比、套箍系数等参数对钢管混凝土叠合柱位移延性系数的影响,得到了影响外围钢筋混凝土与核心钢管混凝土之间轴力重分配和叠合柱延性的关键参数。通过回归分析,得到反映各关键参数影响的叠合柱位移延性系数的简化计算公式,在此基础上,计算得到了各抗震等级叠合柱位移延性系数的下限值,为叠合柱的延性估算和复核提供参考。

钢管高强混凝土叠合柱弯矩-曲率关系的合成模型

本文采用现有高强混凝土及钢管混凝土本构关系 ,运用合成法编制了计算程序 ,对钢管高强混凝土叠合柱的截面弯矩 -曲率关系进行了全过程分析 ,并讨论了主要参数对上述关系的影响 ;经大量回归分析 ,建立了钢管高强混凝土叠合柱截面弯矩—曲率关系的三折线模型 。

底部加强型矩形截面钢管混凝土叠合柱抗震性能研究

提出了一种底部加强型矩形截面钢管混凝土叠合柱,采取在柱底部区域钢管周边贴焊钢板的构造措施,以提高其抗震耗能能力。进行了3个不同构造尺寸的矩形截面钢管混凝土叠合柱模型的水平低周反复荷载试验。模型的原型为北京平西府地铁超大平台结构的一种组合柱,模型按1/5缩尺。试件1为普通矩形截面钢管混凝土叠合柱试件,试件2为在试件1的底部钢管受弯应力较大的管壁外侧贴焊钢板的试件,试件3为在试件1的底部钢管四周外侧贴焊钢板的试件。分析了各试件的承载力、刚度及其退化过程、延性、滞回耗能特性和破坏特征。提出了底部加强型矩形截面钢管混凝土叠合柱正截面及斜截面承载力计算公式,计算结果与实测符合较好。研究表明:所提出的底部加强型矩形截面钢管混凝土叠合柱与普通矩形截面钢管混凝土叠合柱相比,承载力、延性和抗震耗能能力显著提高。