钢骨—钢管混凝土组合柱压弯性能试验研究

通过钢骨—钢管混凝土组合柱单调压弯试验,分析了轴压比一定时,配骨指标不同的组合柱在水平荷载作用下的受力性能,讨论了这种新型组合柱的破坏形态、截面应变分布、荷载—位移关系曲线、承载能力和延性。试验结果表明,钢骨—钢管混凝土压弯组合柱具有很好的承载力和延性。

高层建筑中钢骨—钢管混凝土组合柱与梁的连结节点处理

大量的震害表明,建筑物会否倒塌在很大程度上取决于柱的设计,特别是随着高层建筑和大跨结构的发展,柱的轴力越来越大,柱不但需要很高的承载力而且需要较好的延性以防止建筑在大震情况下倒塌。文章在总结国内外文献的基础上,研究和分析了几种重载柱,重点研究了钢骨-钢管混凝土组合柱与钢梁或混凝土梁的联结方式,为实际应用提供参考。

钢骨—钢管混凝土组合柱的研究进展

介绍了钢骨—钢管混凝土组合柱的研究背景,论述了其结构形式,并探讨了钢管外置及内置型新型组合柱的受力性能,分析了该新型组合柱的研究进展,指出该新型组合柱在结构设计中具有一定的发展前景。

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。

某超高层项目钢管混凝土组合柱应用

某超高层项目荷载较大,导致框架柱截面较大,严重影响建筑空间使用。采用钢管混凝土组合柱,和型钢混凝土柱相比,标准层每根柱节约建筑有效使用面积1.5~1.8m^(2),结构主体成本节约近1000万元。提出了对钢管进行开孔的梁柱节点做法并分析五种不同节点方案,采用大型通用有限元软件ABAQUS进行仿真分析,充分考虑框架梁对节点的约束作用,得到五种节点方案的极限承载力及钢管的最大应力,结果表明采用钢管开孔的梁柱节点做法可行,并得到最合理的开孔形式;分别对7种不同箍筋形式进行受力性能分析,并考虑实际施工因素,得到最为合理的箍筋设置形式。

钢管混凝土柱-软钢板组合高墩受压性能试验

为改善传统钢筋混凝土高墩桥梁的抗震性能,基于能力设计原理和结构抗震韧性设计理念,本文提出一种可更换部件的四肢钢管混凝土柱-软钢板组合箱形截面高墩。本文设计制作了1/10比例的缩尺试件,通过轴心和偏心受压试验,研究荷载偏心率、软钢板厚度等对新型组合高墩受压性能的影响。试验结果表明:新型组合高墩试件在轴压作用下,四肢钢管混凝土柱基本整体协调变形;当加载至试件破坏时,四肢钢管及软钢板均早已受压屈服,钢管套箍作用充分发挥;破坏形态呈整体弯曲失稳。在受偏心压力作用且偏心率不超过0.405时,四肢钢管混凝土柱全截面受压,组合截面纵向应变分布在弹性阶段基本满足“平截面假定”,在弹塑性阶段近似满足“拟平截面假定”;当加载至试件破坏时,破坏形态亦呈整体弯曲失稳。此外,钢系梁受力较小,仅起构造作用;而增大软钢板厚度,可有效提高新型组合高墩的截面抗弯刚度和正截面受压承载力,降低其侧向挠度;故在计算新型组合高墩的受压承载力时,应充分考虑软钢板的“结构元件”作用。

钢管混凝土组合柱耐火性能对比分析

采用非线性有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土柱、复式钢管混凝土柱、内嵌十字型钢钢管混凝土柱和4腔钢管混凝土柱4种钢管混凝土组合柱开展火灾下的力学分析,并采用相关实验数据进行验证.分析不同荷载比下钢管混凝土组合柱的温度场、位移-时间曲线、截面内力重分布等.结果表明:内嵌型钢(钢管)有助于提升柱体的轴向刚度,钢管混凝土组合柱的破坏模态表现为压缩鼓曲破坏;低荷载比下内嵌钢管允许方钢管发生更高的温度材性劣化,进而提升了柱体的耐火性能,火灾荷载比越小,提升效果越显著.

方钢管混凝土柱与U形钢组合梁分离式内隔板节点抗震性能试验研究

为研究方钢管混凝土柱与U形钢组合梁分离式内隔板节点的抗震性能,对4个节点试件进行低周反复加载试验,试验参数为内隔板形式和梁柱交界面处有无加强连接。分析各试件的破坏模式、滞回性能、延性、耗能等指标,并给出加劲板的设计建议。结果表明:4个节点试件的破坏模式均为梁端受弯破坏,滞回曲线呈反S形、有明显的捏缩现象;试件的位移延性系数μ为2.3~3.1,弹性层间位移角θy为1/68~1/53,弹塑性层间位移角θu为1/28~1/19,等效黏滞阻尼系数ζeq为0.12~0.16,变形能力较好,并具备一定耗能能力;改变内隔板形式对试件的承载能力影响较小,但相较于传统内隔板节点试件,分离式内隔板弱轴节点试件的耗能能力有所降低;加强梁柱交界面处的连接可减缓刚度退化速度、显著提高节点的承载能力和耗能能力。

多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向抗震性能试验研究

用于异形柱框架结构的各种截面型式的多腔钢-混凝土组合柱具有良好的使用功能和可装配建造性能,与异形柱面外有侧肢不同,保证矩形截面壁式柱弱轴方向的抗震性能更为重要。为了探究多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向的抗震性能与受力机制,运用低周往复荷载试验与有限元分析相结合的方法开展研究。结果表明:压弯荷载作用下,多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向的滞回曲线饱满,其全过程受力可划分为稳定承载、转化过渡和峰后二阶效应显现三个阶段,试件对应的两个特征分界点的层间位移角分别为1/57和1/27;试件屈服点和失效破坏点对应的层间位移角分别为1/85和1/23,均大于规范限值,延性系数为3.73;两端钢管、中间钢板和腔内混凝土可协同受力,混凝土未见明显压碎和开裂,钢管和钢板未见明显损伤;所得有限元模拟结果与试验结果吻合度高,骨架曲线平均相对误差为4.6%。上述成果深化了对多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向抗震性能的认知,为工程应用提供了参考。

L形双连接板实体式方钢管混凝土组合柱抗震性能研究

提出了一种采用双连接板的L形实体式方钢管混凝土组合柱,为了研究其抗震性能,设计了3个采用不同的钢管连接件的尺寸(宽度分别为100mm或200mm)、不同轴压比(0.4和0.6)的试件。对各试件施以不同的竖向恒载,进行了拟静力试验,讨论了试验参数对试件抗震性能的影响。结果表明:连接板宽度与水平峰值荷载和刚度呈正相关,增加连接板宽度对两者的提升很大,与延性和耗能能力呈负相关,增大连接板宽度两者有所下降,而且更宽的连接板会加剧强度退化和刚度退化;竖向恒载与水平峰值荷载和耗能能力呈负相关,加大轴压比导致两者均变小,且加剧了刚度衰减,但是能在一定程度上改善延性,强度退化也更均匀。通过有限元模拟研究了钢管壁厚度、钢管管径和钢材强度等级对组合柱受力性能的影响。结果表明:增大钢管壁厚度、钢管管径都可以显著加强L形双连接板实体式方钢管混凝土组合柱的水平峰值荷载和刚度,但变形能力即延性也明显下降;提高钢材强度等级则能使水平峰值荷载和延性都得到改善。

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。

预制节段拼装双层钢管-混凝土组合墩柱抗震性能分析

为研究预制节段拼装CFDST墩柱的抗震性能,开展了预制节段拼装CFDST墩柱拟静力试验,并采用有限元软件ABAQUS对墩柱力学行为进行数值模拟,分析素混凝土层、初始预应力度和节段数量对墩柱抗震性能的影响.结果表明:在水平往复荷载作用下,墩柱未出现明显破坏,滞回曲线呈明显旗帜形,最大残余偏移率为0.18%,具有良好的自复位性能;最大偏移率为5.25%时,轴向预应力损失约为10.20%,墩身变形主要来自接缝处开口,正、负向最大累计开口量分别达到10.70和12.35 mm,存在明显的多转角变形模式;数值模型可以较好地模拟墩柱的非线性力学行为;考虑节段间素混凝土层可以更为合理地模拟墩柱滞回性能,提高初始预应力度可增强墩柱强度和耗能能力,而节段数量则对墩柱滞回性能影响较小.

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%.

内置约束拉杆横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱轴压力学性能研究

为探究约束拉杆对横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱轴压力学性能的影响,采用有限元软件ABAQUS数值仿真模拟和轴压试验分析了内置横向拉杆的横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱的轴压性能,通过对比分析了内置横向拉杆的数量对横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱的荷载-轴向应变曲线、延性、屈服荷载以及核心混凝土约束效应的影响规律。研究表明,内置横向拉杆能够增强对核心混凝土的约束效应,提高横肋波纹钢-钢管混凝土组合柱的轴压承载力和延性。

轴心受压钢骨-钢管高强混凝土组合柱力学性能的研究

提出了一种重载柱设计的新模式 ,即钢骨钢管混凝土组合柱 .该组合柱是将钢骨插入钢管中 ,然后内填混凝土形成 .通过 1 3根组合柱的轴心受压试验 ,研究了钢骨钢管高强混凝土组合柱的工作机理、延性和极限承载力 ,讨论了影响这种组合柱性能的主要因素 ,包括套箍指标、配骨指标和长细比等 .研究结果表明 ,这种新型组合柱具有较高的承载力和良好的延性 ,可减小柱截面尺寸 ,增大建筑物使用空间 .根据试验结果 。

轴心受压下钢骨-钢管混凝土组合短柱承载力研究

目的提出钢骨-钢管混凝土柱的概念.解决钢骨-钢管混凝土组合柱的破坏机理、受力性能问题,合理确定其承载力.方法对3个含钢率不同的轴心受压钢骨-钢管混凝土短柱进行试验,并利用试验研究和理论分析的方法进行了分析.结果通过试验,明确了钢管-钢骨混凝土柱的破坏特征.试验表明,含钢率越大,构件的承载力及延性相应增加.通过理论研究得到承载力的计算公式,计算得出理论值与试验值吻合较好.结论当含钢率大于0.36%时,钢管混凝土柱与其外测的钢骨混凝土能够共同工作直至破坏,其承载力明显高于钢管混凝土核心柱的承载力,根据试验结果推导的钢骨-钢管混凝土柱承载力计算公式,为组合结构的发展提供了一种新的结构型式.

钢管-钢骨混凝土组合柱试验研究

目的分析钢管混凝土组合柱研究中的不足,提出了钢管-钢骨混凝土组合柱的概念,研究钢管-钢骨混凝土组合柱的破坏机理、受力性能.方法对钢管-钢骨混凝土组合柱的破坏机理、受力性能,进行了3个含钢率不同的偏心受压钢管-钢骨混凝土短柱的试验.结果钢管混凝土柱存在内外部分破坏不同步的可能,通过试验,明确了钢管-钢骨混凝土柱的破坏特征,含钢率对承载力的影响,含钢率越大,构件的承载力及延性的相应增加.结论试验结果表明,当含钢率大于0.36%时,钢管混凝土柱与其外测的钢骨混凝土能够共同工作直至破坏,其承载力明显高于钢管混凝土核心柱的承载力,为组合结构的发展提供了一种新的结构型式.

钢骨-钢管混凝土组合柱延性的试验研究

本文通过14根钢骨-钢管混凝土组合柱在较高轴压比和低周反复水平荷载作用下的试验,研究了这种新型组合柱的破坏形态,分析了轴压比(n)、钢骨(As)和套箍指标(Φ)等因素对构件滞回特性、承载力和延性的影响。试验结果表明,钢骨-钢管混凝土组合柱具有很好的延性和很高的承载力。

钢骨钢管混凝土柱-钢骨混凝土梁组合节点试验研究

结合钢骨混凝土和钢管混凝土的优点形成钢骨钢管混凝土柱,结合钢梁和混凝土梁的优点形成钢骨混凝土梁,为研究其组合而成的节点的力学性能,进行了两组共4个足尺的钢骨钢管混凝土柱-钢骨混凝土梁组合节点在梁端低周反复荷载作用下的抗震性能试验。以组合柱与组合梁相对强度的变化为参数,设计一组为2个强节点试件,另一组为2个弱节点试件。试验结果表明,该类型的节点整体抗震性能优越,但节点试件的整体受力过程有所不同:强节点在试验初期的强度和刚度比弱节点低,但其滞回曲线呈饱满的纺锤形;节点后期的延性和耗能性能比弱节点优越。相比之下,强节点的设计更符合工程实际。而节点中的内钢骨起到了结构抗震设防的第二道防线的作用。

钢管-钢骨混凝土组合柱轴压比限值的研究

目的研究使钢管-钢骨混凝土组合柱发生延性破坏时所需要确定的轴压比限值.方法通过对钢管、钢骨的简化处理,从界限破坏出发,分析了钢管-钢骨混凝土组合柱轴压比限值的组成,建立了界限破坏时的计算简图,进而推导出轴压比限值的理论计算公式.结果在确定了轴压比限值的计算公式基础上,对其进行了简化计算,根据不同的抗震等级确定了试验中3个试件的轴压比限值.结论钢管-钢骨混凝土框架柱比钢管混凝土核心柱的轴压比限制提高10%左右,其值随着钢骨含率的增加而提高.因此相比钢管混凝土核心柱,钢管-钢骨混凝土组合柱具有更好的延性.