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。

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。

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-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。

考虑双重约束的钢管混凝土叠合柱计算模型

在钢管混凝土叠合柱中,钢管混凝土部分与管外钢筋混凝土部分之间的双重约束显著地影响了叠合柱的轴压性能,传统钢管混凝土本构和钢筋混凝土本构难以对叠合柱的力学行为进行较好的模拟。对此考虑叠合柱中的双重约束效应,建立了叠合柱增量迭代应力应变模型,对叠合柱的轴压性能进行分析。模型基于新的反映双重约束的叠合柱横向应变模型,可以考虑双重约束的计算程序。将叠合柱增量迭代应力应变模型的计算结果与试验结果进行比较,发现该模型能较好地反映叠合柱的轴压性能,验证了该模型的合理性、有效性,适用于实际工程对桥墩的设计。

圆中空夹层钢管混凝土叠合柱偏压力学性能研究

目的研究圆中空夹层钢管混凝土叠合柱在偏心受压作用下的力学性能,为该类构件的设计和工程应用提供参考。方法采用有限元软件ABAQUS建立精细化非线性分析模型,在模型可靠性得到验证的基础上,对构件进行受力全过程分析。研究叠合柱在不同破坏模态下的工作机理,量化组成部件的内力分配和相互作用关系,考察不同参数对N_(u)-M_(u)曲线的影响。结果增大偏心率,试件的初始刚度和偏压承载力降低,延性提高;名义含钢率由7.1%增至19.8%时,偏压承载力提高了87.5%。结论圆中空夹层钢管混凝土叠合短柱在偏心受压作用下界限破坏的标志为外钢管达到受拉屈服时,受压区边缘的混凝土被压碎;增大钢管屈服强度和名义含钢率可提高试件的偏压承载力。

侧向撞击荷载作用下方套方形钢管混凝土叠合柱动力响应的数值研究

为研究方套方形钢管混凝土叠合柱在侧向撞击荷载作用下的动力响应,本文基于有限元软件ABAQUS,建立了方套方形钢管混凝土叠合柱撞击模型,并通过已有的试验数据验证了模型的可靠性。在此基础上,利用该模型分析在侧向撞击荷载作用下方套方形钢管混凝土叠合柱的撞击力响应和动力变形。结果表明:(1)叠合柱在撞击荷载作用下的破坏模式主要包括撞击点位损伤型、叠合柱损伤型、撞击点位破坏型;(2)跨中位移随着撞击速度、撞击质量增大而增大,随着叠合柱自身刚度增加而减小,撞击力峰值、撞击力平台值受各参数影响各有不同的规律;(3)跨中位移和残余位移受撞击体的影响比自身材料和刚度的影响更加明显。研究结果可为该类结构的抗撞性能研究提供参考。

相对两面受火下钢管混凝土叠合柱力学性能分析

为研究钢管混凝土叠合柱在偏心荷载和相对两面火灾共同作用下的耐火性能,文中基于ABAQUS有限元软件,采用热力顺序耦合的方法,分别建立了叠合柱温度场模型和力学分析模型,并用已有试验数据进行验证。利用数值模型对钢管混凝土叠合柱在相对两面火灾作用下的温度场变化、破坏形态和内力重分布等力学性能进行分析;基于参数分析结果,给出了钢管混凝土叠合柱在相对两面受火下耐火极限的简化计算公式。研究结果表明:叠合柱在相对两面受火下达到耐火极限时,叠合柱的破坏类型为整体弯曲破坏,温度场呈双轴对称分布;荷载比、长细比、核心面积比、含钢率、外围混凝土强度和截面尺寸是影响钢管混凝土叠合柱耐火极限的主要因素。

方形钢管混凝土叠合柱三面受火下力学性能分析

利用有限元软件ABAQUS建立方形钢管混凝土叠合柱三面受火下的有限元模型,通过现有相关文献试验数据对有限元分析方法的有效性进行验证后,分析方形钢管混凝土叠合柱三面受火下的温度场分布、破坏形态、轴向位移-时间关系、内力重分布、应力、应变等力学性能,并对影响构件耐火性能的相关因素进行参数分析。结果表明,方形钢管混凝土叠合柱三面受火下的横截面温度场分布呈单轴对称形态,荷载比、长细比、柱截面尺寸、外部混凝土抗压强度、截面含钢率是影响构件耐火极限的主要影响因素。基于对各主要参数影响规律的系统分析,提出三面受火下方形钢管混凝土叠合柱耐火极限简化计算公式,为此类构件在该种受火工况下的抗火设计提供参考。

钢管混凝土叠合柱在轨道交通场段结构中的应用探讨

随着城市轨道交通的建设发展,车辆基地的数量日渐增大,对车辆基地上盖进行合理开发利用,对节约土地、提高城市地块利用率具有重大意义。特别是在北京、上海、广州、深圳等特大城市,土地资源宝贵,各地均积极推进车辆基地上盖开发,实现车辆基地地块的有效综合利用。盖上开发由早期50 m高逐渐发展到目前150 m高,首层结构柱由原来的普通钢筋混凝土柱到现在的型钢混凝土柱,可见盖上结构柱也经历一个演变阶段。为响应高质量发展目标,进一步节省车辆段、停车场的工程投资,文章以深圳市轨道交通5号线上水径停车场为例,探讨不同于以往柱体结构的钢管混凝土叠合柱在轨道交通场段结构应用中的优缺点,为后续的工程建设提供参考。

方形钢管混凝土叠合柱三面受火后偏压力学性能研究

为研究方形钢管混凝土叠合柱三面受火后的偏压力学性能,合理选取材料本构关系,建立方形钢管混凝土叠合柱三面受火后力学数值模型,对构件三面受火后的破坏形态、承载力-位移曲线、轴力分布进行分析.参考实际工程常用范围,对影响方形钢管混凝土叠合柱三面受火后偏压极限承载力的主要因素进行参数分析.结果表明:方形钢管混凝土叠合柱三面受火后破坏形态为弯曲破坏;受火时间、截面尺寸、长细比、核心面积比、偏心率、截面配筋率对方形钢管混凝土叠合柱三面受火后的偏压极限承载力影响较大.

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.

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。

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。

钢管混凝土叠合柱施工偏差对极限承载力的影响

钢管混凝土叠合柱高墩在施工过程中模板或钢管安装发生偏差容易导致极限承载力下降,然而采用传统的线弹性分析方法常不能有效的计算该部分下降.为更加准确的模拟施工偏差对钢管混凝土承载能力的影响,采用ABAQUS及其非线性梁板单元,充分考虑几何非线性和材料非线性,通过线弹性屈曲和非线性后屈曲分析计算,详细研究了施工偏差对钢管混凝土叠合柱桥墩极限承载力所产生的影响.结果表明:随着钢管混凝土叠合柱桥墩顶部偏移值的增大,其极限承载力也在逐步减小,说明施工偏差导致整个钢管叠合柱桥墩发生弯曲之后,极大地降低了桥墩的极限承载力.该承载力的下降呈现显著的几何非线性,荷载和施工偏差存在二阶效应,所以在实际施工过程中,要严格控制钢管安装时的误差.

钢管混凝土叠合柱高墩的概率抗震能力模型

为评估钢管混凝土叠合柱高墩的抗震性能,以曲率为性能指标,采用拉丁超立方抽样方法,对截面样本偏心受压进行了全过程数值模拟.根据破坏形态,将叠合柱截面损伤划分为轻微损伤、中等损伤、严重损伤和完全损伤4种极限状态并进行量化.将曲率指标的统计特征值与轴力进行三次多项式回归分析,建立了以轴力为变量的钢管混凝土叠合柱高墩的概率抗震能力模型.结果表明:以外围箍筋约束混凝土破坏为分界,叠合柱分别表现出钢筋混凝土和钢管混凝土的破坏特征;不同轴力作用下4种极限损伤状态的曲率指标均服从对数正态分布,其均值随轴力增大而减小.

钢管混凝土叠合柱抗震性能界限状态研究

为了研究及完善钢管混凝土叠合柱结构基于性能的抗震设计方法,首先根据普通钢筋混凝土柱性能界限点的定义确定了钢管混凝土叠合柱的5个性能界限状态。基于钢材和混凝土非线性材料本构关系,采用MATLAB编制了截面条带法计算分析程序,分析研究了钢管混凝土叠合柱的各性能点所对应的截面变形情况。然后根据影响钢管混凝土叠合柱各个性能点的参数分析结果,得到了各性能点所对应的截面曲率计算公式。最后采用塑性铰理论建立钢管混凝土叠合柱的各性能状态的控制方程。同时分析了叠合柱在性能界限状态下的延性和位移角需求,为叠合柱的工程设计提供参考。

钢管混凝土叠合柱偏心受压承载力的计算方法

介绍了13根钢管混凝土叠合柱短柱(长细比4.67)的偏心受压试验结果,研究结果表明:钢管混凝土叠合柱偏心受压短柱正截面的破坏类型分为大偏心和小偏心受压破坏两种,以受拉区钢筋达到屈服强度,同时混凝土受压边缘达到极限压应变为界限破坏准则,同时其N-M具有抛物线的相关关系;叠合柱横截面应变符合平截面分布,不论偏心距大小,受压钢筋屈服总是先于受压区混凝土压碎。与试验结果相比,现行规程大幅度(51%~77.4%)低估了叠合柱偏心受压承载力。基于试验采用截面极限平衡理论提出了叠合柱偏心受压短柱的正截面承载力公式,公式形式简单,与我国现行的规范体系相协调,计算结果与试验结果吻合良好。