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。

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。

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。

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。

轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱耐火性能研究

目的解析轴压下三面受火的中空钢管混凝土叠合长柱的力学行为,建议耐火极限简化计算公式。方法采用有限元分析软件ABAQUS建立轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱温度场和力学分析模型,研究轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱的温度场分布、破坏模态、变形特点、内力分布等,分析空心率、截面边长、荷载比和长细比对中空钢筋混凝土柱耐火极限的影响。结果在高温下中空钢管混凝土叠合长柱发生了内力重分布;截面边长由300 mm分别增加至600 mm、900 mm和1200 mm时,构件耐火极限分别增长了131.83%、221.81%和312.02%;长细比由22增加至44和66时,构件耐火极限分别降低了25.46%和62.77%;荷载比由0.4分别增加至0.5、0.6和0.7时,构件耐火极限分别降低了39.03%、65.71%和85.54%。结论中空钢管混凝土叠合柱的耐火性能优于中空钢筋混凝土柱,提出的耐火极限简化计算公式与有限元模型计算结果吻合程度较好。

方中空夹层钢管混凝土叠合长柱轴压性能

目的 基于方中空夹层钢管混凝土叠合长柱轴压性能有限元分析,阐述轴压长柱受力状态,提出轴压承载力计算方法。方法 建立并验证方中空夹层钢管混凝土叠合长柱有限元模型,定义荷载-变形曲线上6个力学特征点,分析不同特征点处柱中部截面应力分布。研究材料强度、配筋率、空心率、截面径宽比、钢管径厚比及长细比等因素对叠合长柱轴压性能的影响。运用叠加法和折减法计算长柱轴压稳定承载力。结果 方中空夹层钢管混凝土叠合长柱力学性能良好,轴压性能受外钢管径厚比、外部混凝土强度以及长细比影响显著;综合叠加法与折减法计算的叠合长柱轴压承载力与有限元计算结果之比的平均值和标准差分别为1.013和0.038。结论 方中空夹层钢管混凝土叠合长柱具有较好的轴压性能,基于叠加与折减理论提出的计算公式可较好地计算其轴压承载力。

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。

方钢管再生混凝土叠合柱轴压性能有限元非线性分析

为研究方钢管再生混凝土叠合柱的轴压性能与非线性力学性能,在叠合柱轴压性能试验研究基础上,利用ABAQUS软件建立了叠合柱精细化模型,对其轴压性能进行非线性数值模型分析研究。并在此基础上进一步扩展分析了再生混凝土强度等级、拉结筋间距、箍筋间距、方钢管壁厚及长细比对叠合柱轴压性能的影响,获得了叠合柱的应力应变云图以及荷载-位移曲线。结果表明:试验结果与数值模拟结果基本吻合,验证了叠合柱有限元模型的合理性;加载结束,叠合柱中部呈鼓曲破坏,表现为再生混凝土保护层压碎脱落,钢筋和钢管局部鼓曲,核心再生混凝土压碎等;随着再生混凝土强度等级增加,叠合柱承载力和耗能均逐渐提高;设置拉结筋可显著提高叠合柱承载力和耗能能力,但延性仅有小幅度提高;增大箍筋间距和长细比,叠合柱承载力、延性和耗能均降低;随着方钢管壁厚增加,叠合柱承载力、变形性和耗能能力均显著增强。

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。

装配整体式地下车站钢管混凝土柱-型钢混凝土叠合梁节点力学性能研究

目的:为了保障新型节点的传力有效性与车站安全性,需对城市轨道交通装配式车站的新型钢管混凝土柱-型钢混凝土叠合梁节点的力学性能进行研究。方法:针对车站正常使用阶段,建立足尺模型;采用原位对拉方式加载,研究新型钢管混凝土柱-型钢混凝土叠合梁节点静载作用下的力学性能;结合力学试验结果,利用ANSYS软件中的纤维单元建立数值分析模型,对影响节点受力性能的重要参数进行分析。结果及结论:节点连接区的破坏形态为靠近柱端受压区位置部分混凝土压碎剥落,梁顶的裂缝增多并发展;通过荷载-位移曲线及应变分析验证了节点的破坏是经过了裂缝出现、屈服变形和塑性变形等几个阶段,力学试验表明预制混凝土、现浇混凝土和型钢的粘结良好并共同工作,节点具有良好的整体性能;通过数值模拟及其参数分析可得出,叠合梁节点的混凝土强度等级增加可使承载力提高,但延性降低,节点型钢的翼缘宽度对承载力及刚度的影响很小。