L形多腔方钢管混凝土柱的抗火性能研究

为研究L形多腔方钢管混凝土柱的抗火性能,建立了42个不同荷载比、钢材屈服强度、柱肢宽度和混凝土抗压强度的有限元模型,并进行火灾模拟分析。结果表明:模型的测点温度和轴向位移的模拟值与试验值误差较小,模型具有可靠性,可用于异形多腔钢管混凝土柱的抗火性能模拟;荷载比的减小、钢材强度的减小、混凝土强度的增大和柱肢宽度的增大有利于构件耐火极限的提高;提出了L形多腔方钢管混凝土柱的耐火极限计算式并验证了其准确性,为此类构件在装配式住宅的工程应用中提供了抗火设计依据。

电力火灾后圆端形不锈钢管混凝土柱轴压性能研究

进行了14根电力火灾后圆端形不锈钢管混凝土短柱的轴压试验,分析截面高宽比、受火时间和含钢率对其火灾后剩余承载力的影响。试验表明:该类短柱的破坏模态均为局部屈曲、焊缝开裂和混凝土被压碎;试件的剩余承载力随着受火时间或高宽比的增加而降低,受火120 min后该类试件的承载力降低了7.8%~13.9%。接着建立了有限元模型,该模型可很好地模拟实测结果。基于有限元模型开展了理论分析,结果表明初始荷载对该类组合柱的剩余承载力影响较小。参数分析表明当混凝土强度从30 MPa增加到90 MPa时,其强度折减系数降低了15.8%;当截面周长从1 228 mm增加到4 913 mm时,其强度折减系数提高了20.5%;当受火时间从0 min增加到180 min时,其强度折减系数降低了8%;但含钢率、高宽比和钢材强度对其强度折减的影响较小。最后给出了电力火灾后圆端形不锈钢管混凝土短柱的剩余承载力的设计方法。

花瓣形钢管混凝土柱轴压受力机理和承载力研究

花瓣形钢管混凝土柱具有造型美观的优点,为具体研究其受力机理和承载力,定义了其截面组成,提出了截面偏移比和截面对称系数以反映花瓣形截面性质,提出在花瓣柱中设置十字形加劲肋以增强其组合效应。基于某工程中墩柱和有限元模型,研究了花瓣形钢管混凝土短柱在轴压荷载作用下的受力机理,分析了加劲肋厚度、混凝土强度、钢材强度、加劲肋开孔直径和间距等参数对轴压性能的影响,研究了加劲肋厚度与钢管壁厚的匹配关系。根据理论分析和大量有限元参数分析结果,建议了加劲肋厚度与钢管壁厚之比和钢管名义径厚比的取值范围,提出了花瓣形钢管混凝土短柱的轴压承载力计算式。

异形多腔钢管混凝土分叉短柱抗震性能试验及数值计算

针对某超高层巨型框架结构中异形截面多腔钢管混凝土(concrete-filled steel tube, CFT)分叉柱,为研究截面加强构造对分叉短柱抗震性能的影响,进行了4个试件在竖向轴压力及水平往复两次的低周反复荷载下的抗震性能试验研究,试件上部为五边形四腔体钢管混凝土双柱肢,下部为八边形十三腔体钢管混凝土单柱肢,以此形成分叉柱;研究的截面构造包括四种:基本构造,钢管钢板整体加厚构造,距中和轴较远的钢管角部钢板内表面贴焊等肢角钢的局部钢板加厚构造,距中和轴较远的钢管腔体内置圆钢管构造。基于试验结果及截面构造特点,进行了数值计算。试验及数值计算结果表明:异形截面多腔钢管混凝土分叉短柱的破坏主要发生在上柱根部分叉截面处,表现为距离中性轴较远处的钢板撕裂以及局部焊缝开裂引起的整块钢板撕裂;内置圆钢管的加强构造承载力提高7.6%、变形能力提高14.4%,综合耗能能力最强,局部钢板加强构造承载力提高9.2%、变形能力下降18.7%,钢管钢板整体加厚构造承载力略有提高、但变形能力下降较多;提出的异形多腔钢管混凝土柱简化建模方法计算效率较高,精度满足工程设计要求。

足尺拼接式方形高强钢管混凝土柱轴压承载力数值分析

对两种不同的新型拼接式方形高强钢管混凝土足尺柱的轴压承载性能进行了数值模拟,分析了混凝土强度、钢材强度、缀材间距和宽厚比对该类组合柱轴压承载力及荷载–位移曲线的影响规律,研究表明:同种参数影响下两种形式的组合柱荷载–位移曲线及承载力变化规律相似;材料强度和宽厚比对承载力影较为显著,如钢材屈服强度从345 MPa提升至460 MPa时,两种组合柱承载力分别提高了9.13%和9.42%,宽厚比从83.3增大至100时,两类柱子承载力分别降低了5.08%和5.00%;可初步采用GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》计算该类新型柱的轴压承载力。

L形截面RC短柱核心区混凝土等效单轴本构关系研究

L形截面柱的箍筋约束机理不同于其他形式截面柱,为建立其核心区混凝土等效单轴本构关系,基于已有的7个混凝土L形截面RC短柱轴心受压试验研究结果,通过合理假定,将异形柱截面核心区混凝土划分成若干区域,给出了有效横向约束应力的推导过程。采用建议的本构关系对相关试验的试件进行了荷载变形全过程分析,计算结果和试验结果吻合良好。完成了L形截面短柱不同参数(箍筋间距、箍筋直径、箍筋屈服强度、截面形式)对箍筋约束作用的影响规律研究。结果表明:箍筋间距、箍筋直径、箍筋屈服强度对轴向荷载-变形曲线影响较大,与未考虑箍筋约束作用的轴向荷载-变形曲线相比,其轴压承载力、峰值变形及应变延性均有不同程度的提高;截面形式对荷载变形曲线影响较小。

型钢混凝土L形柱耐火性能模拟研究

利用有限元软件ABAQUS对型钢混凝土L形柱的耐火性能进行了模拟研究,并验证相关试验结果一致性。此外,考虑轴压比、偏心距、计算长度和受火方式的影响,研究了在ISO-834《建筑构件耐火试验方法 GB/T 9978.1—2008》标准升温曲线下型钢混凝土L形柱的耐火性能。结果表明:耐火极限随轴压比、偏心距、计算长度和受火面数量的增加而减小;轴压比从0.6增加至0.8,耐火极限下降幅度由13.3%降低为44.6%;偏心距从25 mm增加至75 mm,耐火极限下降幅度为9.3%~31.0%;计算长度从1 000 mm增加至2 000 mm,耐火极限下降幅度为5.2%~17.5%;受火面数量从单面增加至四面受火,耐火极限降低了27.6%。

方形截面不锈钢管混凝土短柱轴压性能有限元研究

不锈钢管混凝土(CFSST)结构在工程的应用愈发广泛,但目前对其轴压性能的研究较少。该文利用ABAQUS创建方形不锈钢管混凝土短柱(CFSSST)模型,并利用收集到试验结果对其进行验证。采用已被验证的模型进行参数分析,研究截面宽厚比和混凝土强度对其轴心受压性能的影响,并将参数分析轴压承载力结果与GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》、欧洲规范EN 1994-1-1和美国钢结构规范AISC 360-16中钢管混凝土(CFST)短柱轴压承载力的计算值进行对比,结果表明:规范的计算值偏于保守。最后,基于GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》提出适用于CFSSST短柱轴压承载力的计算公式,收集到的试验结果与计算值吻合良好。

内嵌轻质墙板L形方钢管混凝土组合柱框架结构抗震性能试验与数值模拟

针对内嵌轻质墙板双钢板连接L形方钢管混凝土组合柱(LCFST柱)框架结构的抗震性能,设计并制作了未安装墙板的LCFST柱框架试件SJ-1和内嵌轻质墙板的LCFST柱框架试件SJ-2进行低周反复荷载试验,并通过有限元软件对内嵌墙板厚度、墙板强度进行参数化分析.试验结果表明:两框架结构属于“强柱弱梁”的破坏模式;SJ-2中墙板破坏多出现墙板顶端和角部,内嵌墙板可在一定程度上延缓主体框架的破坏;SJ-1和SJ-2均具有良好的耗能能力、延性和变形能力;SJ-2较SJ-1,正、负向弹性刚度、极限承载力均有明显提高,耗能能力比SJ-1略有增加.参数分析表明:增大墙板的厚度或强度,整体结构初始刚度的提升很小,但其峰值荷载的提升较为明显;其中墙板厚度由100 mm增至200 mm,墙板对峰值荷载的贡献率从22.76%提升至30.70%;墙板强度由2.5 MPa增至7.5 MPa,墙板对主体结构峰值荷载的贡献率从23.68%提升至34.52%.

内置开孔钢板加劲肋的L形宽肢钢管混凝土组合柱轴压性能研究

为研究内置开孔钢板(PBL)加劲肋的宽肢钢管混凝土组合柱(W-LCFST)的轴压性能,以L形双板连接钢管混凝土组合柱(LCFST-D)的轴压试验为基础,开展了W-LCFST柱参数化分析。结果表明:添加PBL加劲肋可增强混凝土和钢板之间的相互作用,与未添加PBL加劲肋的试件相比,添加1组PBL加劲肋,承载力提高了3.8%~5%,延性系数提高了14.3%~25.7%;添加2组PBL加劲肋,承载力提高了7.9%,延性系数提高了29.2%。最后,基于Mander理论,提出了预测W-LCFST柱截面承载力的计算公式,并将预测公式计算结果、日本规范Recommendations for design and construction of concrete filled steel tubular structures(AIJ-CFT(1997))、美国规范Load and resistance factor design specification for structural steel buildings(AISC-LRFD(1999))、《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159:2004)分别与有限元结果进行了对比。结果表明:上述公式计算结果均较为保守,但所提出的预测公式计算结果更加准确,平均误差为7%。

H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱偏压性能研究

为提升方钢管混凝土组合异形柱加工制作的便捷性与精度、减小焊接对板件变形的影响,提出了新型H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱(LCFST-H),并研究其偏压荷载下的力学性能。设计了两个试件进行偏压加载试验,建立计算模型开展有限元分析。在验证有限元模型准确性的基础上,分析了H型钢连接板尺寸、方钢管截面尺寸、柱高度等参数对组合异形柱偏压受力性能的影响。结果表明:构件破坏形式为整体弯曲失稳与局部屈曲破坏,达到极限承载力后,单肢柱之间仍能通过H型钢连接板很好地协同工作,具备一定承载能力,体现出较高的延性性能。方钢管截面尺寸和柱高度对其偏压性能影响较大。结合相关规范,给出了H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱单向偏压承载力计算公式,公式计算结果与有限元结果吻合较好。

L形钢管混凝土柱抗震性能与应用研究

为研究L形钢管混凝土柱在抗震性能方面的特点,并推广其在建筑结构中的应用。通过利用ABAQUS软件进行计算分析,以轴压比和钢管厚度作为参数,研究L形钢管混凝土柱的滞回曲线和骨架曲线。同时,结合实际建筑结构设计,利用ETABS软件进行整体框架结构的抗震计算。研究结果表明,L形钢管混凝土柱具有施工简便、装配性高等优点,在提高建筑抗震性能方面具有应用潜力,适合在村镇建筑中广泛推广使用。

L形方钢管再生混凝土组合异形柱压弯扭力学性能有限元分析

目的研究不同粗骨料取代率下L形方钢管再生混凝土组合异形柱在压弯扭等复合受力下的力学性能。方法采用ABAQUS软件建立L形方钢管再生混凝土组合异形柱有限元模型,分析其在压弯扭等复合受力下的受力机理,及常见参数对其力学性能的影响。结果在压弯扭复合受力作用下,不同粗骨料取代率下各试件的受力全过程均分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段,当试件承受的轴压力大于0.4 F p且弯矩值大于0.6 M p时,试件抗扭承载力降低、延性较差。在相同的轴压力及弯矩作用下,随着粗骨料取代率的增大,试件的峰值扭矩和延性逐渐降低。结论在工程设计中,大轴压比试件应重点考虑扭矩对L形方钢管再生混凝土组合异形柱的影响。

L形钢管混凝土芯柱正截面承载力研究

目的研究L形钢管混凝土芯柱的承载力变化规律以及影响因素,为钢管混凝土在工程中的应用提供参考依据.方法根据L形钢管混凝土芯柱的工作机理和有限元计算原理,编写MATLAB程序求其承载力,通过改变加载角、偏心距、钢管直径以及钢管厚度等参数研究其对L形钢管混凝土受力性能的影响,并与有限元模拟值进行对比.结果偏心距一定时,加载角在0～45°内变化,L形钢管混凝土芯柱的承载力随加载角的增大而逐渐减小;当钢管厚度不变直径增加,或者钢管直径不变厚度增加时,试件承载力随含钢率的增加而逐渐增大.结论数值模拟结果与有限元模拟结果吻合良好,验证了程序的可行性.可以利用本套程序对L形钢管混凝土芯柱进行进一步的研究,得出不同参数变化下试件承载力的变化规律.

L形方钢管混凝土组合异形柱弱轴抗震性能研究

L形方钢管组合异形柱建筑效果好、抗震性能强,目前已应用于汶川等高烈度区的灾后重建。但是当下对L形方钢管组合异形柱抗震性能的研判多是基于其强轴的抗震性能,而对其弱轴的抗震性能研究较少。因此,通过对27个L形方钢管组合异形柱ABAQUS有限元模型的数值模拟,对其弱轴的抗震性能进行研究,得到其弱轴的破坏现象、极限层间位移角及延性系数的线性拟合公式。可为方钢管组合异形柱结构的推广及实际应用提供参考。

加肋L形钢管再生混凝土短柱轴压性能分析

为研究加肋L形钢管再生混凝土短柱的轴压性能,运用ABAQUS建立15根钢管柱进行模拟,分析了试件的荷载-纵向应变曲线,研究了再生骨料取代率、有无肋、截面长宽比D/B、宽厚比B/t、再生混凝土强度、加肋形式等对试件轴压性能的影响。研究结果表明:宽厚比B/t、再生混凝土强度、截面长宽比D/B的变化对试件轴压性能影响较大,再生骨料取代率对试件轴压性能影响较小,加肋在一定程度上提高试件的轴压极限承载力。再生混凝土强度、截面长宽比D/B、宽厚比B/t对试件的初始轴压刚度影响较大,且随着截面长宽比的增大、再生混凝土强度的提高、钢管宽厚比的减小,其初始轴压刚度都明显增大,15根L形再生混凝土短柱的轴压刚度曲线变化趋势基本一致,都是在屈服前减小,在达到屈服后,刚度值有缓慢增加的趋势。

L形钢管混凝土柱轴压力学性能影响因素研究

为研究不同因素对L形钢管混凝土柱轴压承载力的影响,以是否浇灌混凝土、管壁厚度、有无设加劲肋为参变量,对4组不同参数构造的L形钢管混凝土进行轴压试验,分析试验现象、荷载-位移曲线;利用有限元软件ABAQUS建立数值分析模型,将结果与试验结果进行对比,验证可靠性,对L形钢管混凝土柱进行优化设计。结果表明,L形钢管混凝土柱在轴压荷载作用下构件以强度破坏为主,钢管宽厚比较大处表面易出现局部鼓曲变形;钢管对混凝土有约束作用,可提高柱的轴压承载力和延性,阴角处设肋能减小柱的阴角处变形,提高延性,但对轴压承载力没有明显影响;实际工程中L形钢管混凝土中浇灌C30混凝土,钢材强度取Q345,钢管厚度取3 mm时,符合实际工程需求。

L形截面单钢板连接钢管混凝土组合异形柱轴压承载力试验研究

设计了一种L形钢管混凝土组合异形柱,对单钢板连接异形柱进行轴压试验。试验结果表明,单钢板连接试件破坏时,柱肢钢管局部鼓曲现象较明显,单钢板连接各柱肢协同变形能力较弱,分析了应变沿柱截面的分布规律。

等肢L形钢管混凝土异形柱强度承载力解析法

对钢管混凝土异形柱的强度承载力计算方法,提出了一种计算等肢L形钢管混凝土异形柱强度承载力的解析法。利用单轴对称的横截面,内力之间线性相互作用的条件(将截面内力根据内力方向与主轴的关系,进行坐标变换,得到主轴方向的内力值),基于现有规范双轴对称截面的压弯构件强度承载力计算方法,在这两者基础上对计算方法进行修正,推导单轴对称等肢L形钢管混凝土异形柱截面的双向压弯强度承载力公式。分别对截面不同受压区情况,基于图形分解法和中和轴平移相结合方法,推导了可直接计算全截面塑性弯矩的计算公式。通过有限元分析对算例进行了复核,计算结果表明该方法与有限元分析相比较为保守,相关计算方法可供设计院对钢管混凝土异形柱的强度承载力验算的参考。

变截面圆钢管混凝土短柱轴心受压性能研究

为研究变截面圆钢管混凝土短柱的轴压性能,开展6个变截面和2个等截面圆钢管混凝土短柱的轴压试验,试验参数包括变角度和套箍指标。从短柱整体轴压性能(破坏形态、荷载-位移曲线和变形能力)和截面轴压性能(钢管应变)两个层面对比分析变截面与等截面圆钢管混凝土短柱的异同,并得到各设计参数对整体和截面轴压性能的影响。在此基础上,建立了变截面圆钢管混凝土的截面轴压承载力计算方法,并通过对比所提计算方法和规范计算公式计算得到的轴压承载力与试验实测值,验证了计算方法的准确性。结果表明:试件上部截面的钢管纵向应变和环向应变发展较下部截面更快,弹塑性阶段和下降阶段试件整体的受力性能更多取决于试件的顶部区域和顶截面;相比于等截面短柱,在相同荷载作用下变截面圆钢管混凝土短柱中间截面的钢管纵向和环向应变更大;变截面圆钢管混凝土的钢-混相互作用非常明显;提出的计算方法不仅能考虑圆钢管与混凝土的相互作用,而且能合理考虑钢-混相互作用随变角度的增大而逐渐增强这一特性,计算得到的轴压承载力与试验值吻合较好;与其他规范相比,GB 50936—2014和CECS 28:2012中公式的计算结果更加准确,考虑到其简单实用,也可用来偏于安全地计算变截面钢管混凝土构件的截面轴压承载力。