四肢钢管混凝土格构柱试验研究及参数分析

为研究四肢钢管混凝土格构柱的受力机理及抗震性能,对4根四肢格构柱进行拟静力试验研究及有限元分析。通过试验得到四肢钢管混凝土格构在低周往复荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线,分析了试件破坏过程。研究结果表明:格构柱的耗能能力及延性都较好;轴压比对试件的影响主要体现在破坏阶段,轴压比越大承载力下降段的斜率越大;长细比对试件受力性能有较大影响,随着长细比增大,试件的屈服位移和极限位移会增大,但水平承载力和破坏段的斜率会降低。建立了数值计算模型,并与试验结果进行对比,验证其正确性。并对不同高宽比、节间距与柱肢外径比等参数对试件弹性刚度和承载力的影响进行分析,结果表明:减小格构柱的高宽比和节间距与柱肢外径比对格构柱的受力性能有很大提升。建议实际工程中格构柱的高宽比不宜大于4.8;节间距与柱肢外径比低不宜大于7.0。

四肢和两肢钢管混凝土柱框架的用钢量对比

以实际工程石横特钢1780热连轧绿色智能产品结构调整项目热轧主车间为实例,选取热轧主车间框架为研究对象,对框架格构柱分别为两肢、四肢钢管混凝土柱的情况下,框架的整体耗钢量进行了分析。对比框架为两跨、三跨、四跨的不同情况时,采用四肢钢管混凝土柱和采用两肢钢管混凝土时,主车间框架的用钢量和混凝土用量,为类似的工程设计提供一定的参考和借鉴。

四肢钢管混凝土格构柱极限承载力的试验研究与理论分析

进行共计20根缀条为K形布置的四肢钢管混凝土格构柱偏压及轴压极限承载力试验,重点考察偏心率与长细比对钢管混凝土偏压构件受力性能的影响。试验结果表明,长细比对试件承载力有一定影响,偏心率对承载力影响明显,两者对承载力的影响接近独立,试件的斜缀条在试验过程中始终保持弹性状态,近载一侧钢管在试件进入非线性阶段后,泊松比明显增大,钢管开始发生套箍作用,远载一侧,套箍作用不明显,除个别短柱外,试件破坏均为整体失稳破坏。同时,采用半波正弦曲线模拟杆件的变形曲线,在考虑紧箍效应的钢管混凝土应力-应变关系和剪切变形影响的基础上,建立杆件中截面的平衡方程,提出钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力数值方法,该方法不仅适用于两端偏心相等的偏压构件,而且适用于两端偏心不等的偏压构件的弹塑性极限承载力的计算;理论分析结果与试验研究结果对比表明,提出的钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力计算方法具有相当高的精度。

四肢钢管混凝土格构柱极限承载力试验研究

进行共计22根四肢钢管混凝土格构柱的极限承载力试验,试验参数为长细比和偏心率。介绍试验过程和试件的破坏形态,对试件的荷载-挠度曲线、极限承载力及组成构件的受力等进行了分析。试验结果表明,格构柱的柱肢以受压为主,缀管受力较小且处于弹性阶段。近载侧柱肢在试件进入非线性后紧箍效应开始发生作用且不断增大。格构柱破坏时有较明显的面内弯曲,属整体破坏。随着长细比和偏心率的增大,构件整体侧向挠度增大、极限承载力降低。长细比和偏心率对极限承载力的影响基本上是独立的,格构柱总体承载力的折减系数可采用分离的偏心率折减系数和长细比折减系数相乘来计算。研究结果表明,偏心率折减系数可采用与单圆管钢管混凝土偏压柱相似的公式计算;长细比折减系数计算中,换算长细比可应采用简化的放大系数法。

四肢方圆钢管混凝土格构柱低周反复加载试验研究

完成2个四肢方钢管混凝土格构柱和1个四肢圆钢管混凝土格构柱的低周反复加载试验。为研究方、圆钢管混凝土格构柱的破坏特征、抗震性能及更好的分析两种不同柱肢截面形式构件的抗震性能差异,各试件的尺寸采用等材料原则确定。试验结果表明:1缀管与柱肢的连接被撕裂是钢管混凝土格构柱的主要破坏形态;2方、圆钢管混凝土格构柱均有良好的综合抗震性能;3与方钢管混凝土格构柱相比,各试件的强度及延性相差不大,但圆钢管混凝土明显具有高的耗能能力及更小的刚度退化。最后,对方、圆钢管混凝土格构柱的合理应用进行探讨。

双肢钢管混凝土格构柱稳定性研究

主要针对目前我国现有钢管混凝土计算规程中将单肢稳定和整体稳定看作互不相关的两个问题来考虑的现象,建议在做稳定计算时,采用单肢验算法,考虑整体初始缺陷对分肢稳定性的影响,研究双肢钢管混凝土格构柱的整体稳定性。并采用修正的单肢验算法,使其反映出实际存在的整体初弯曲和柱肢初弯曲的相关作用。

四肢圆钢管混凝土格构柱恢复力模型研究

为了探究钢管混凝土格构柱的弹塑性地震反应以便进行构件非线性理论分析,对2根四肢圆钢管混凝土格构柱进行了低周反复加载试验,并收集了12根四肢圆钢管混凝土格构柱低周反复荷载作用下的试验资料。通过理论分析及试验结果回归分析,提出了钢管混凝土格构柱的退化三折线恢复力模型,确立了构件轴压比、等效长细比及材料比例系数等主要参数与模型之间的关系,并将模型计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:计算结果和试验结果吻合较好,且该恢复力模型计算方法简单,便于进行结构地震反应分析及工程应用。

套环四肢钢管混凝土格构柱轴心受压承载力试验研究

套环四肢钢管混凝土格构柱(简称套环格构柱)适用于村镇化装配式低层建筑中,其运输、安装和维护方便,为探究其受力性能,设计制作了10个套环格构柱进行了轴心受压试验,分析了套环与柱肢钢管间的间隙处理方式、缀条连接方式和长细比变化等因素对套环格构柱承载力的影响,与普通轴心受压格构柱的承载力设计计算公式比较,提出了轴心受压套环格构柱承载力计算公式,可供设计参考。

四肢缀条轴压钢管混凝土格构柱承载能力分段合成法

采用泰勒级数作为分段插值函数,在考虑多个截面的平衡条件和紧箍效应钢管混凝土应力-应变关系、剪切变形及初弯曲影响的基础上,建立杆件截面的平衡方程,提出四肢缀条轴压钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力数值方法,并编制相应的计算程序。利用提出的计算方法和编制的程序对国内已有轴压四肢钢管混凝土格构柱试件进行计算,并与现有一些规程进行比较。同时,结合数值计算结果及长细比折减系数计算模型,提出长细比折减系数计算公式。利用提出的长细比折减系数计算公式对国内已有轴压四肢钢管混凝土格构柱试件进行计算,并与数值计算结果及试验结果进行比较。研究结果表明:该方法适用于轴压长柱和短柱的弹塑性极限承载力的计算。规程计算方法结果偏于保守,计算误差大,本文方法的计算结果与试验结果较吻合;本文提出的长细比折减系数计算公式正确。

四肢钢管混凝土格构柱地震损伤模型及试验研究

为了评价巨型组合结构体系中钢管混凝土格构柱的地震损伤情况,对4根四肢钢管混凝土格构柱进行了拟静力试验,得出了四肢钢管混凝土格构柱在水平低周反复荷载作用下的水平荷载-位移滞回曲线、破坏特征和构件损伤情况。在试验所获得滞回曲线的基础上,通过对能量系数和耗能因子的修正,在传统双参数地震损伤模型基础上建立了适用于巨型组合结构体系中钢管混凝土格构柱的考虑无效耗能的双参数地震损伤模型,与试验结果相吻合。结果表明,修正后的模型能够较为准确地反映四肢钢管混凝土格构柱各位移阶段的损伤系数,为巨型组合结构体系中钢管混凝土四肢格构柱及其结构的地震损伤分析提供参考依据。

竖向均布荷载作用下四肢钢管混凝土格构柱力学性能数值分析

针对竖向均布荷载作用下四肢钢管混凝土格构柱的力学性能进行了非线性数值模拟。通过建立三维有限元模型,模拟了四肢钢管混凝土格构柱的破坏形态,并根据该模型讨论了核心混凝土强度等级、钢材等级与钢管的壁厚、长径比等参数对构件受力性能的影响。模拟结果与试验数据吻合较好,可为工程设计提供参考依据。

无屈服台阶钢管混凝土(CFST)四肢格构柱轴压试验

为了对无屈服台阶钢管混凝土(CFST)四肢格构柱构件的变形及受力特征进行分析,进行了2根无屈服台阶钢管混凝土(CFST)四肢格构柱的轴压试验.该试验在5 000 kN压力试验机上进行.试验结果表明:无屈服台阶钢管混凝土(CFST)轴压四肢格构柱破坏形态为剪切破坏.其破坏前有较明显的征兆,属于延性破坏范畴;轴压四肢格构柱轴压破坏时多处肢柱部位被拉裂,这些部位都位于缀管与肢柱的焊接连接处,由此判断这些部位为构件的薄弱部位.在整个受压过程中斜缀管和平缀管的受力都较小且都处在弹性阶段,说明缀管的用量可能偏大,应该对缀管的用量进行优化.

竖向均布荷载作用下四肢钢管混凝土格构柱力学性能分析

针对竖向均布荷载作用下四肢钢管混凝土格构柱的力学性能,进行了非线性数值模拟,利用该模型,分析了四肢钢管混凝土格构柱的破坏形态及核心混凝土强度等级、钢材等级、钢管壁厚、长径比等因素对构件受力性能的影响,分析结果与试验数据吻合较好,为工程设计提供参考依据.

钢管混凝土格构柱极限承载力计算方法研究

提出钢管混凝土格构柱有限元分析方法,应用ANSYS通用程序对试件的分析结果与试验结果吻合良好。对钢管混凝土格构柱极限承载力,进行偏心率、长细比和构造参数的影响分析。对国内CECS 28∶90、JCJ 01-89和DL/T 5085-1999 3个钢管混凝土设计规程计算结果与有限元数值计算结果进行比较分析。分析结果表明CECS28∶90规程的偏心率折减系数计算公式较合理。柱肢的钢材种类和混凝土强度对稳定系数的影响较大,通过算例数值分析,提出换算长细比的材料修正系数γ的计算方法。斜缀条交角等构造参数对钢管混凝土格构柱整体承载力的影响均很小,验证了换算长细比的放大系数简化算法的合理性,并对国内3个规程中换算长细比的计算方法提出修正建议。最后,给出四肢钢管混凝土格构柱极限承载力的合理实用的计算方法。

平缀管式钢管混凝土格构柱拟动力试验研究

在平缀管式钢管混凝土格构柱拟静力试验研究的基础上,进行了2个1∶8缩尺模型的拟动力试验,分别采用2008年汶川大地震和1995年日本阪神大地震的地震动时程记录作为输入地震波,研究在不同强度地震和主余震作用下此类结构的变形、强度、刚度、耗能等抗震性能。研究结果表明:平缀管式钢管混凝土格构柱具有良好的抗震性能,在8度多遇、基本、罕遇、极罕遇地震作用下,结构处于弹性工作状态;在9度罕遇地震作用下,钢管混凝土柱肢发生屈服,结构进入弹塑性工作状态;随着地震动峰值加速度的增加,柱底钢管应变急剧增加,柱顶最大响应位移非线性增长;直至试验加载结束,柱肢底部塑性铰区域未形成屈服环,结构无明显破坏。主余震作用加剧了结构的累积损伤,结构的刚度退化现象比较明显,在经历1次9度罕遇主震和2次同等强度的余震作用后,结构弹性阶段刚度相比初始弹性刚度减小约50.0%,最大位移增大约41%。通过钢管混凝土格构柱在各地震工况下的强度与变形的验算,进一步表明此类结构具有足够的强度储备和良好的变形能力,在经历多次强震后仍能保持一定的承载能力,在我国高烈度地区的桥梁工程中具有极大的应用前景。

钢管混凝土格构柱偏压承载能力分析的数值方法

采用泰勒级数作为分段插值函数,在考虑多个截面的平衡条件和紧箍效应钢管混凝土应力-应变关系基础上,提出了钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力数值方法,并编制了相应的计算程序。与现有的分段合成法相比,该方法考虑了剪力对柱变形的影响,不仅适用于两端偏心相等的偏压构件,而且适用于两端偏心不等的偏压构件的弹塑性极限承载力的计算。利用提出的计算方法和编制的程序对国内已有两端偏心相同的四肢钢管混凝土格构偏压长柱的试验结果进行了计算,并与现有规程进行了比较,结果表明:现有计算方法结果偏于保守,计算误差大,本文提出的计算结果与试验结果吻合良好。

变截面钢管混凝土格构柱轴压极限承载力

变截面钢管混凝土格构柱的轴压试验结果表明,随着试件高度的增大和柱肢坡度的减小,其极限荷载逐渐降低。基于上述规律,在等截面钢管混凝土格构柱计算框架的基础上,研究了变截面钢管混凝土格构柱轴压极限承载力的计算方法。提出变截面钢管混凝土格构柱等效长度的概念和等效长度法的计算公式,其承载力计算结果与试验结果吻合良好。最后在有限元数值分析验证的基础上,给出适合工程应用的四肢变截面钢管混凝土格构柱轴压极限承载力的实用算法,为钢管混凝土设计规程的进一步完善提供参考。

钢管混凝土双肢柱改进型单腹板肩梁承载能力试验研究

针对宝钢三期1580热轧、1420/1550冷轧及二炼钢连铸等工程中改进的钢管混凝土双肢柱单腹板肩梁,进行了4个轴压比为0.1,缩尺比为1∶3的单腹板肩梁模型试件的水平单调加载试验研究.对单腹板肩梁的试验现象进行了描述,分析了肩梁腹板的主应变分布规律,得到了肩梁试件的承载力和破坏模式,并将试验结果与现行的肩梁设计方法进行了比较,以期对这种肩梁形式的受力性能和设计方法有进一步的认识.

钢管混凝土边框内藏分块钢板双肢剪力墙振动台试验研究

提出了钢管混凝土边框内藏分块钢板组合双肢剪力墙,为研究分块钢板布置型式对其抗震性能的影响,进行了3个1/15缩尺的不同分块钢板布置型式的双肢剪力墙试件的模拟地震振动台比较试验,试件1为钢管混凝土边框双肢剪力墙,试件2为钢管混凝土边框内藏分块钢板双肢剪力墙,试件3为钢管混凝土边框内藏整块钢板双肢剪力墙。台面输入EL-Centro地震波。试验研究了不同峰值加速度输入下试件的加速度、位移地震反应,分析了钢管、钢板、混凝土的损伤演化过程以及双肢墙震后自振频率衰减特征。结果表明:内藏分块钢板双肢剪力墙与无内藏钢板双肢剪力墙相比,抗侧刚度大,承载力高,性能退化慢;与内藏整块钢板双肢剪力墙相比,抗侧刚度略小,承载力略低,性能退化慢,延性性能好。钢管混凝土边框组合双肢剪力墙可用于抗震设计。

钢管混凝土叠合边框内藏钢板-钢桁架双肢剪力墙抗震研究

在大连国际会议中心核心筒墙体抗震设计中,采用了一种钢管混凝土叠合边框墙肢内藏钢板、连梁内藏钢桁架的组合双肢剪力墙。为研究其抗震性能,进行了1个1/7缩尺的这种新型组合双肢剪力墙模型的低周反复荷载试验,分析了其承载力、延性、刚度及其退化、滞回特性、耗能能力和破坏特征,重点研究了钢管混凝土叠合边框、墙肢内藏钢板、连梁内藏钢桁架之间的共同工作性能。研究表明:内藏钢板-钢桁架可显著提高钢管混凝土叠合边框双肢剪力墙的承载力和延性性能;钢管混凝土叠合边框可充分发挥其承载力高、不易开裂、延性好的优势。文中提出了该新型组合双肢剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。