方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

基于非线性和再生混凝土损伤因子的塑性损伤本构,建立了外加强环全焊接刚性连接、外套管式端板连接半刚性连接以及顶底角钢全螺栓连接半刚性连接3种形式的方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析了各模型的抗震性能。结果表明:在低周循环加载下,柱内含有支撑骨架且没有穿柱构件时,有利于提高节点域核心再生混凝土的整体性,受力简单;采用外套管约束节点域,核心再生混凝土的应力、应变较小,有利于再生混凝土耐久性的提高;在相同轴压比、梁柱线刚度比的情况下,外加强环全焊接刚性节点承载能力和滞回耗能能力较高,但延性相对较差;顶底角钢全螺栓连接半刚性节点承载能力、滞回耗能能力相对较低,延性较好;外套管式端板连接半刚性节点的极限承载力、滞回耗能能力和延性性能都有良好的表现;在此基础上,对外套管式端板连接半刚性节点进行了荷载-位移影响参数分析。结果表明:轴压比在弹性阶段对节点的影响不大,在进入屈服和塑性强化阶段,随着轴压比的增高,节点的极限承载力和延性下降;在强柱弱梁的前提下,梁柱线刚度比的增加有利于节点弹性刚度和水平极限承载力的提高,屈服后梁柱线刚度比对节点刚度退化影响不大;钢材屈服强度影响主要体现在节点的极限水平承载力上;再生骨料取代率对节点的延性性能稍有影响;外套管和端板的厚度变化在一定范围时对节点的弹性刚度和极限承载力有一些影响,但增幅随着厚度的增加越来越小。

钢管约束型钢再生混凝土的研究进展和展望

作为新型复合材料,钢管约束型钢再生混凝土在多高层工程应用中可以有效提高结构的承载力与抗震能力,弥补了钢管再生混凝土柱在多高层的工程应用中截面尺寸偏大的不足。基于钢管再生混凝土、钢管约束型钢混凝土等材料的国内外研究现状,分别从本构关系、力学性能、损伤模型及抗震性能等方面阐述了钢管约束型钢再生混凝土的研究进展,对今后的研究方向进行了展望,对实际应用中需要解决的问题进行了探讨,有利于促进钢管约束型钢再生混凝土在工程建设中的推广应用。

钢管约束型钢再生混凝土柱的抗震性能分析

针对再生混凝土相对普通混凝土而言延性较差,承载力较低的特点,在进行外围钢管约束的基础上,内部增设骨架支撑形成钢管型钢再生混凝土柱。考虑构件的非线性和再生混凝土的塑性损伤本构,建立了非线性有限元模型,分别以相同含钢率下,不同截面构造为变化参数,建立了不同支撑形式的钢管约束再生混凝土柱有限元模型,通过对模型进行低周循环加载,与无骨架支撑的钢管再生混凝土柱进行对比,分析各模型试件的抗震性能。结果表明:在相同含钢率下,相较其他截面构造,钢管再生混凝土内增设工字型钢后,具有更大的初始刚度、水平极限承载力,延性和滞回耗能系数等抗震性能提升明显。在此基础上,对钢管型钢再生混凝土和的钢管再生混凝土试件进行了P-Δ影响参数对比分析。

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱恢复力模型研究

为建立圆钢管型钢再生混凝土组合柱的恢复力模型,对11根圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验研究,考虑了再生骨料取代率、配钢率及钢管径厚比等不同设计参数的影响,分析了组合柱的地震破坏形态及滞回性能。基于组合柱的力学特征及曲线形状,提出了圆钢管型钢再生混凝土组合柱骨架曲线的三折线参数模型,采用理论推导与数据拟合的方法确定了组合柱骨架曲线的模型参数。在此基础上,给出了组合柱的滞回规则和卸载规律,构建了组合柱的恢复力模型,计算滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好,表明该恢复力模型较好地反映了反复荷载下组合柱的受力特征点及滞回性能,可为此类组合柱的推广提供技术参考。

内置型钢增强钢管约束钢筋混凝土柱节点抗震性能研究

采用钢管对传统RC柱进行约束,形成的钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱具有优越的承载能力和耗能性能。但在应用于框架节点设计时,节点区域仍采用普通RC柱节点构造,可能导致节点处没有钢管约束而成为薄弱点,节点处易发生破坏。针对钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱节点抗震性能薄弱的现状,提出采用内置型钢短柱进行增强。基于ABAQUS工作平台对具有相同构造形式的节点试件建立有限元模型,将数值计算所得破坏形态、滞回曲线和型钢应力与试验结果进行对比,两者吻合较好,在此基础上探讨内置型钢长度和轴压比对节点抗震性能的影响。结果表明:随着内置型钢长度增加,试件的承载力、极限位移和延性均有不同程度的提升,轴压比对试件受力性能影响较小。通过进一步分析试件的破坏机制、型钢抗弯性能和耗能能力,提出满足节点抗震性能需求的内置型钢长度建议取值。

圆钢管型钢再生混凝土组合柱滞回性能非线性有限元分析

基于圆钢管型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验研究,采用OpenSees软件对该组合柱进行了滞回性能数值分析,获取了组合柱的滞回曲线及抗震性能指标,并与试验结果进行了比较,验证了组合柱数值模型的合理性。在此基础上,对组合柱的滞回性能开展了参数影响分析。结果表明:再生骨料取代率从0增大到100%,组合柱的峰值荷载下降了7.78%,延性略有降低;提高再生混凝土强度、型钢强度及圆钢管强度,对于提升组合柱的承载力及刚度是有利的,但却使组合柱的脆性增大;随着轴压比的增大,组合柱的承载力呈现先上升后下降的趋势,而延性逐渐变差;型钢配钢率从5.54%增至9.99%,组合柱的峰值荷载提高了24.34%,但对于改善组合柱的延性不明显;增大钢管壁厚对组合柱的承载力和延性均是有利的。

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱地震损伤模型研究

为研究圆钢管型钢再生混凝土组合柱的地震损伤性能,对11根组合柱试件进行了低周反复荷载试验,分析了再生骨料取代率、轴压比、管径径厚比、型钢配钢率及型钢截面形式等对组合柱地震损伤性能的影响规律;通过数值反演法确定了再生骨料取代率和轴压比影响的组合系数,综合考虑了变形和能量的影响,对Park-Ang损伤模型进行了修正,建立了圆钢管型钢再生混凝土组合柱的地震损伤模型,并验证了损伤模型的有效性。基于试验研究,将组合柱划分为正常使用、暂时使用、修复后使用、生命安全和防止倒塌等5个性态水平,结合性态水平对损伤指标进行量化,建立了组合柱在不同抗震性态水平下相应的量化指标、损坏程度和损伤指标区,为抗震性能设计提供参考。

柱中设缝的方钢管约束型钢混凝土中长柱受压性能研究

钢管约束混凝土柱的钢管通常在柱端设缝以使其不直接承受荷载。该文主要对两种设缝模式的方钢管约束型钢混凝土柱(仅柱两端设缝、柱两端和柱中均设缝)的受力性能进行分析对比。以钢管宽厚比、荷载偏心率为主要变化参数,对柱中设缝的方钢管约束型钢混凝土中长柱进行了受压力学性能试验。分析对比了各组试件的破坏模式、承载能力及钢管应力发展规律,结果表明:设缝模式对试件破坏形态无明显影响,柱中设缝试件的轴压承载力略有提高,而偏压承载力呈降低趋势。采用精细化的有限元模型进行了参数分析,依据试验及有限元结果,提出用于计算构件弯矩增大效应的刚度折减系数公式,进而建立柱中设缝构件偏压作用下的承载力计算方法。

内置H型钢再生混凝土钢管柱抗震性能有限元分析

为研究内置H型钢再生混凝土钢管柱的抗震性能,利用ABAQUS有限元分析软件研究了6根试验柱在低周反复荷载作用下,再生混凝土强度、再生粗骨料取代率和型钢配钢率对其破坏形态、滞回性能、骨架曲线、耗能能力和刚度退化曲线的影响规律。结果表明:试验柱均呈弯曲型破坏,滞回曲线均较为饱满,刚度退化较慢,表现出良好的耗能能力以及抗震性能;试验柱的峰值承载力和耗能能力随再生混凝土强度的提高而提高,随再生粗骨料取代率的提高而降低;随着型钢配钢率的增加,试验柱的承载力和耗能能力均显著提高;各试验柱的位移延性系数均在5.0~6.0,具有良好的弹塑性变形能力。

高性能钢管型钢再生混凝土轴压力学性能研究分析

随着人们对建筑结构安全性需求的提高,越来越多的建筑材料被开发出来,本文以高性能钢管型钢再生混凝土为研究对象,通过轴向压试验和力学分析等手段对其力学特性进行了深入研究。结果表明,钢管型钢再生混凝土试件具有较好的延性、韧性和抗裂性等特点,在受力过程中表现出明显的塑性变形和裂纹延伸,并且相比普通混凝土更为适用于抗震、抗风等场合。

钢管约束钢筋再生混凝土受压力学性能研究

随着城市建设和人民生活水平的不断提高,对于再生资源的需求也越来越大。而随之而来的问题是,许多原材料的产量难以满足需求,因此重复利用废弃物成为了一种有效的途径[1]。钢管约束钢筋再生混凝土作为一种代表性的再生材料,在工程应用中具有广泛的推广前景[2]。基于此,本研究采用实验室试验的方式,对钢管约束钢筋再生混凝土的受压性能进行了研究,并探讨了其应力-应变关系、破坏模式及变形特征等方面的内容,为该材料在工程中的应用提供参考和支持。

火灾下圆钢管约束型钢混凝土柱承载力分析

结构构件承载力分析是结构力学分析中的重要内容。迄今为止,关于钢管约束型钢混凝土柱在火灾高温下的轴压承载力特性的研究还比较少,因此其具有较高的应用研究价值。首先综合考虑材料的相关力学性能在高温下的折减,得到了火灾下钢管约束型钢混凝土柱承载力的计算公式;然后运用有限元软件建立了火灾下构件轴心受压力学分析模型对该公式的准确性进行了验证,两者吻合良好;最后采用该公式分析了不同参数对火灾下构件轴心承载力的影响。

钢管约束再生混凝土的受力机理及强度计算

为揭示钢管约束再生混凝土的受力机理,设计33个钢管再生混凝土试件进行轴心受压加载试验,其中圆钢管试件22个、方钢管试件11个。试验考虑再生粗骨料取代率、截面形式和套箍指标3个变化参数。试验观察试件的受力破坏全过程,获取荷载-位移曲线、峰值应力等重要参数。研究结果表明:圆钢管再生混凝土试件的破坏形态表现为腰鼓状斜剪压破坏,而方钢管再生混凝土则呈现斜压破坏;试件受力破坏全过程曲线均经历峰值点、下降段、再次上升段等历程,各试件的峰值应力和峰值应变与普通再生混凝土相比有明显提高,且圆钢管试件较方钢管提高更为显著。取代率对钢管再生混凝土的破坏机理有影响但不明显。基于试验实测数据,分别采用全过程分析法和极限分析法对钢管约束再生混凝土的极限承载力进行理论分析,并提出应力-应变全过程曲线的数学表达式和极限强度计算公式,理论计算结果与试验实测结果吻合良好,研究结果可供钢管约束再生混凝土的科学研究和工程应用参考。

钢管约束型钢高强混凝土压弯构件的抗震性能研究

进行两个圆钢管约束型钢混凝土和两个方钢管约束型钢混凝土压弯构件的滞回性能试验研究,并进行两个普通型钢混凝土对比试件的试验研究。试件的混凝土为C70高强混凝土,试验中的主要参数为轴压比(n0=0.3和0.5)。试验结果表明,型钢混凝土和钢管约束型钢混凝土压弯构件易发生黏结破坏,因此工程实践中应在型钢翼缘设置抗剪连接件以防止黏结破坏的发生。相同用钢量条件下,圆钢管约束型钢高强混凝土柱的抗弯承载力、延性、极限层间变形能力和耗能性能明显高于型钢混凝土柱。随轴压比的提高,圆钢管约束型钢高强混凝土压弯构件的抗弯承载力提高,但轴压比对构件的层间变形能力无明显影响。相同用钢量条件下,方钢管约束型钢高强混凝土柱的抗弯承载力与型钢混凝土柱基本相同,但方钢管约束型钢高强混凝土柱的延性、极限层间变形能力和耗能性能明显高于型钢混凝土柱。随轴压比的提高,方钢管约束型钢高强混凝土压弯构件的抗弯承载力提高,但轴压比对构件的层间变形能力无明显影响。根据试验结果和理论分析结果建议了钢管约束型钢混凝土柱的截面抗弯承载力计算方法,提出设计建议,可为工程实践提供参考。

圆钢管约束型钢高强混凝土短柱的受压性能试验研究及有限元分析

文章对6根圆钢管约束型钢高强混凝土短柱进行受压力学性能的试验研究,重点探究不同的偏心距及径厚比对试验柱力学性能的影响。结果表明,内部型钢与外部钢管的双重约束效应能够有效改善高强混凝土的脆性并显著提高柱极限承载力,钢管的约束作用随着径厚比的减小而显著增加,即径厚比越小,试件的延性越好,极限承载力越高,但试件延性与承载力的提高幅度均与偏心距呈负相关。在此基础上,利用ABAQUS软件对试验结果进行了有限元分析,数值模拟结果与试验结果吻合较好,具有较高的精确度,而后通过相同的建模方法对偏心距、径厚比、钢材强度、混凝土强度等因素进行系统的参数分析,发现减小试件的径厚比并增加混凝土的强度将显著提高试件的极限承载力与延性,但提高幅度将随着偏心距的增大而减小,最后根据有限元参数分析结果提出相应的实用设计建议。

圆钢管型钢再生混凝土组合柱偏心受压性能试验研究

为研究圆钢管型钢再生混凝土组合柱的偏压力学性能,进行了14个组合柱强轴单调偏心受压试验,观察了试件的偏心受压破坏过程及破坏形态,分析了设计参数对试件荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、侧向挠度及承载力等偏压性能指标的影响规律。结果表明,组合柱偏心受压破坏始于受压侧中部型钢屈服,随后钢管受压侧达到屈服强度,进而核心再生混凝土被压碎,钢管中部出现局部明显鼓曲,最终导致试件丧失承载力;组合柱的偏压承载力分别随着再生粗骨料取代率和钢管径厚比的增加而逐渐降低;适当增大型钢配钢率可有效提高试件的偏压承载力和变形能力;增大偏心距和长细比对于组合柱的偏压承载力是明显不利的;总体上,圆钢管型钢再生混凝土组合柱具有较高的偏压承载力和良好的变形能力。

方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴压性能非线性分析

在方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴心受压试验研究的基础上,选择合理的再生混凝土和钢材本构模型,结合现有结构非线性分析理论,采用Abaqus有限元软件建立该组合短柱的有限元模型,并对该短柱轴压性能进行全过程非线性分析。主要研究其破坏形态、应力分布及荷载-应变关系曲线,分析再生骨料取代率、方钢管宽厚比、型钢配钢率和再生混凝土强度对该短柱轴压性能的影响规律,并将其与试验结果进行对比,同时对短柱进行有限元参数分析。结果表明,有限元计算结果与试验结果吻合较好,该有限元模型能较好地模拟方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴压性能;组合柱轴向承载力随再生骨料取代率的增加而有所降低,而随方钢管宽厚比、型钢配钢率和再生混凝土强度的增加而增加。总体上看,该组合短柱承载力高,变形能力较好,研究结论可为方钢管型钢再生混凝土组合柱的工程应用提供一定参考。

钢管/GFRP管约束再生混凝土柱偏心受压试验

以再生粗骨料取代率和膨胀剂掺量为参数,完成了4个钢管约束和4个玻璃纤维增强塑料(GFRP)约束再生混凝土柱试件的偏心受压试验,对钢管约束和GFRP管约束再生混凝土试件的极限荷载和轴向变形进行了对比分析,并对试件的极限荷载试验值与计算值进行了对比。结果表明:100%再生粗骨料取代率再生混凝土试件的极限荷载比普通混凝土试件低,混凝土强度相同时,GFRP管约束再生混凝土试件偏心受压极限荷载比钢管约束试件低;膨胀剂可以提高钢管和GFRP管约束试件的偏心受压极限荷载,并且对GFRP管约束试件作用更为显著;GFRP管约束试件的变形能力比钢管约束试件大,100%再生粗骨料取代率再生混凝土试件的变形能力比普通混凝土试件大。

钢管约束再生混凝土柱的变形性能及承载力计算

为研究钢管约束再生混凝土柱的变形性能和承载力,以再生粗骨料取代率、钢管截面形式、套箍系数为主要参数,制作了33个柱试件进行轴压试验。试验结果表明:圆形截面柱呈腰鼓状斜剪压破坏,方形截面柱呈斜压破坏;钢管截面形式、套箍系数比再生粗骨料取代率对柱构件极限承载力和变形能力的影响更明显;圆形截面柱的承载力稳定性、变形能力、耗能能力要优于方形截面柱。利用现有规范计算方法进行承载力计算发现,DL/T5085-1999标准适用于圆形截面柱的轴压承载力计算,DBJ 13-51-2003、CECS 159:2004、GJB 4142-2000标准适用于方形截面柱的轴压承载力计算。

圆钢管型钢再生混凝土短柱偏压力学性能退化研究

为研究圆钢管型钢再生混凝土短柱在偏压荷载作用下的性能退化,进行了10个短柱试件偏心受压试验。主要分析了再生粗骨料取代率、圆钢管径厚比、型钢配钢率和偏心距等参数对试件的荷载-挠度曲线、变形能力、刚度退化及耗能能力的影响。结果表明:该短柱具有较高的承载力和抗弯刚度;与普通混凝土相比,取代率的增加对短柱的承载力和变形是不利的,试件的挠度变形随着取代率的增加而增大,再生粗骨料取代率为100%的试件偏压承载力降低了8.98%,试件刚度退化速率随着取代率的增加而加快,耗能能力逐渐降低;试件的挠度变形随着圆钢管径厚比的增大或型钢配钢率的减小而增大;试件刚度退化速率随圆钢管壁厚、型钢配钢率的增加逐渐变慢,耗能能力增强;另外,偏心距对试件偏压性能影响较为显著,随着偏心距的增大,试件刚度退化和承载力降低更加明显。