高强冷弯矩形钢管混凝土柱抗震性能试验

采用正交组合的方法制作了9根高强冷弯矩形钢管混凝土柱模拟在地震作用下构件的破坏模式、变形承载能力、延性与耗能性能以及刚度强度退化。实验设计变化参数有:截面长宽比、钢管宽厚比、轴压比。分析了高强冷弯钢管混凝土柱在拟静力荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线。研究各基本参数对钢管混凝土柱抗震性能的影响。结果表明:在拟静力荷载作用下,构件的滞回曲线大部分比较饱满,呈现出梭形,显示出构件具有优良的抗震性能。长宽比在一定范围内,轴压比越大,构件承载力越好,延性越差,宽厚比的影响相对较小;对于宽厚比相同的构件,长宽比越大,承载力越大,轴压比的影响相对较小;对于轴压比相同的构件,在一定范围内,长宽比越小,承载力越大,宽厚比越小;长宽比和宽厚比对试件的屈服位移影响显著;长宽比、宽厚比和轴压比对位移延性系数没有显著影响,但各因素对位移延性系数的影响主次关系为钢管宽厚比>截面长宽比>轴压比。

哑铃形钢管混凝土柱压弯扭复合作用下力学性能试验研究和有限元分析

以轴压比(n)、弯扭比(γ)为变化参数,开展了四根圆形和四根哑铃形钢管混凝土构件压弯扭复合作用下的试验,对不同轴压比和弯扭比参数下各构件的扭矩-转角曲线、扭矩-剪应变曲线、破坏模态的变化规律进行分析。结果表明:在轴压比一定的情况下,弯扭比较大时,构件以受弯为主,破坏模式接近“弯型破坏”;弯扭比较小时,构件以绕构件中心扭转为主,破坏模式接近“扭型破坏”。抗扭承载力随着轴压比增加而提高;在γ=2.80时,当n=0.00增大至n=0.11时,圆形和哑铃形钢管混凝土构件抗扭承载力分别提高23%和53%,增大到n=0.22时,圆形和哑铃形钢管混凝土构件抗扭承载力分别提高了23%和99%;抗扭承载力随着弯扭比增加而降低,其中γ=0.90增大至γ=2.80时,圆形和哑铃形钢管混凝土构件抗扭承载力分别下降了46%和51%。通过有限元软件ABAQUS,对压弯扭构件的扭矩-转角全过程关系曲线及破坏模态进行分析,有限元计算结果与试验结果吻合良好。

高强冷弯矩形钢管混凝土柱偏心受压力学性能数值模拟研究

为研究高强冷弯矩形钢管混凝土柱在偏心受压荷载作用下的力学性能,利用有限元分析软件ABAQUS建立矩形钢管混凝土柱偏心受压的三维实体模型进行数值模拟分析,并将有限元模拟数据与实验数据进行了比较。研究发现,长细比、偏心率、宽厚比等因素对偏压柱的受力影响较大,且长细比、偏心率、宽厚比相对较小时,高强冷弯矩形钢管混凝土柱的偏心承载能力越大。

高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱偏压性能试验

为研究高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱(CFST)在偏心受压荷载作用下的力学性能,对Q420型高强冷弯钢设计制作的矩形截面钢管混凝土柱进行偏心受压试验,获得试件在偏压荷载作用下的破坏形态、跨中挠度及应变分布规律,并分析不同参数对试件偏心受压承载能力的影响.试验结果表明:高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱的偏心受压性能受长细比、偏心率和宽厚比等参数影响较为明显,长细比、偏心率和宽厚比越大,高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱的偏心受压承载能力越小.

高强冷弯矩形钢管混凝土短柱轴压承载力试验

为研究高强冷弯矩形钢管混凝土(CFHCST)短柱在轴向荷载作用下的承载力,以钢管壁厚、钢材强度和截面尺寸3个不同参数进行实验.实验记录相关破坏现象,并分析试件荷载-位移和荷载-应变曲线在不同参数下的变化.结果表明:CFHCST短柱在承受轴向荷载时,实验过程主要描述弹性、弹塑性和破坏3个阶段,其与普通钢管混凝土短柱的工作机理大致相同;宽厚比的取值越小,构件的延性越低,但核心混凝土受到外部钢管的约束作用增大,且构件的极限承载能力也得到提高;长宽比越小,构件延性越低,但构件承载力增强;随着钢材强度的提高,构件极限承载力提升较为明显,但构件延性却降低.

高强冷弯矩形钢管混凝土柱抗震性能非线性有限元分析

基于试验结果,采用OpenSEES有限元软件模拟高强冷弯矩形钢管混凝土柱在低周往复荷载作用下抗震的受力全过程。分析试验构件的滞回性能,并基于纤维模型理论数值计算方法对高强矩形冷弯钢管混凝土的骨架曲线进行理论计算。探讨了截面长宽比、钢管的宽厚比、轴压比对高强冷弯矩形钢管混凝土柱的力学性能的影响。结果表明:采用OpenSEES计算得到的滞回曲线、骨架曲线与试验实际滞回曲线、骨架曲线吻合较好;在一定范围内,高强冷弯矩形钢管混凝土柱的截面长宽比越小,其水平承载力和刚度越大;钢管宽厚比减小可有效提高高强冷弯矩形钢管混凝土柱的水平承载力和刚度;轴压比越小,高强冷弯矩形钢管混凝土柱水平承载力越高且延性越好。

高强冷弯钢管混凝土轴压短柱力学性能非线性有限元分析

采用ABAQUS有限元软件对高强冷弯钢管混凝土轴压短柱的荷载变形曲线进行有限元分析,探讨钢材强度、宽厚比、长宽比参数对高强冷弯钢管混凝土轴压短柱承载力的影响.基于实验分析过程,对27根试件有限元模拟的结果采用非线性回归的方法,得出了随着宽厚比和长宽比的提高,钢管混凝土短柱的承载能力相应提高,随着钢管混凝土强度的提高而导致其对核心混凝土的约束能力增高,从而使整体承载能力提高.同时推导出高强冷弯钢管混凝土轴压短柱承载力的实用计算公式,以供实际工程参考.

钢骨-钢管混凝土受弯组合柱受力性能的试验研究

本文通过钢骨-钢管混凝土组合柱受弯试验,分析了这种组合柱受弯的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、承载力和延性等受力性能,并讨论了组合柱的弯矩-曲率曲线特性。

冷弯薄壁方钢管混凝土柱的非线性有限元分析

为了研究设肋方式、钢管厚度、钢材强度和混凝土强度对冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱力学性能的影响,本文采用ABAQUS有限元程序,对冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱进行非线性有限元分析,计算和分析了冷弯薄壁方形钢管混凝土组合柱轴压时的荷载-变形全过程关系曲线。给出了有限元计算中钢材和混凝土本构关系模型、钢管及其核心混凝土之间界面模型等确定方法,分析在轴压作用下四种不同截面形式的冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱的力学性能和破坏模态,理论计算结果与试验结果吻合较好。研究表明,设肋能有效改善冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱的力学性能,与不带肋截面钢管混凝土构件相比,四边肋截面钢管混凝土构件的轴压承载力提高了9.4%~14.8%,十字肋截面钢管混凝土构件提高了18.7%~39.9%,而空钢管构件降低了65.3%~89.7%。同时,混凝土强度和钢管厚度对冷弯薄壁方钢管混凝土柱的轴压承载力影响较大。

钢管混凝土柱压弯剪试验和有限环层分析

本文通过20个钢管混凝土柱试验表明,钢管混凝土柱比钢筋混凝土柱强度高、延性好。钢管混凝土柱的受力为空间应力状态,应力分布与剪跨比有关,本文采用有限环层法对钢管混凝土的应力应变分布进行了分析。理论分析及试验规律基本相符。

矩形钢管混凝土柱单向压弯承载力计算方法对比研究

现行设计规范针对矩形钢管混凝土柱承载力提供了3种不同的计算方法,在实践中发现各种计算方法之间存在一定程度的偏差。分别使用3本规范提供的承载力计算方法并结合试验数据,对不同高宽比截面和套箍系数的矩形钢管混凝土柱的轴压强度承载力、轴压稳定承载力、强弱轴抗弯承载力以及强弱轴单向压弯承载力进行对比分析。对比结果表明:当截面高宽比大于2.0时,《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014)得到的弱轴面内压弯承载力与试验值偏差较大;《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159:2004)在构件长细比大于50时,弱轴面内压弯承载力计算值与试验值相比偏不安全;《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)在计算强轴压弯承载力时偏于保守。采用结构稳定理论重新推导出了新的矩形钢管混凝土柱单向压弯承载力计算公式。最后对3本规范公式的适用范围给出了建议,可为设计人员在实际工程中选择合适的规范提供参考。

低周反复荷载作用下外包钢套加固方钢管混凝土柱试验研究

通过3根方钢管混凝土框架柱试验,研究了外包钢套加固后柱的抗震性能,进行了柱加固和加固后的低周反复试验,探讨了不同钢套厚度对外包钢套加固柱抗震性能的影响。通过分析柱的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、极限承载力、耗能能力及刚度退化等参数可知,外包钢套固柱的破坏形态仍为压弯破坏,该方法显著提高了柱的承载力和刚度,抗震性能得到了很大提高,说明外包钢套加固是一种合理且有效的抗震加固方法。提出了外包钢套加固方钢管混凝土柱的受弯承载力计算公式,计算与实测结果吻合较好。

方中空夹层钢管混凝土叠合构件抗弯性能研究

目的 基于方中空夹层钢管混凝土叠合构件抗弯性能有限元分析,研究构件抗弯受力状态,提出抗弯承载力计算方法。方法 建立并验证方中空夹层钢管混凝土受弯构件有限元模型,定义构件荷载-跨中挠度曲线上5个力学特征点,分析不同特征点处试件截面应力分布。研究空心率、配筋率、材料强度、截面径宽比等因素对构件抗弯承载力与抗弯刚度的影响。采用叠加法提出构件抗弯承载力计算公式。结果 方中空夹层钢管混凝土叠合构件抗弯性能受纵筋配筋率与外部混凝土强度影响显著。采用叠加法得到的构件抗弯承载力计算结果与有限元结果之比的平均值和标准差分别为1.030和0.080。结论 方中空夹层钢管混凝土叠合构件具有较好的抗弯性能,基于叠加原理得出的简化公式可较好计算其抗弯承载力。

装配式矩形钢管混凝土柱-钢梁侧板连接节点抗震性能研究

为解决侧板式焊接梁柱节点震后修复困难的问题,提出一种装配式矩形钢管混凝土柱-钢梁侧板连接节点,该节点通过侧板固定不同形式的金属阻尼器和销轴实现梁柱韧性连接。分别对设置约束型阻尼器、U形阻尼器、S形阻尼器的5个节点试件进行了低周反复试验和有限元分析,研究了金属屈服型阻尼器类型、耗能板约束形式和厚度等因素对装配式矩形钢管混凝土柱-钢梁侧板连接节点抗震性能及震后易修复性能的影响,并通过有限元参数分析研究了S形阻尼器耗能板弯弧角度对节点抗震性能的影响。结果表明:5个节点试件均具有良好的抗震性能,更换阻尼器可实现节点功能的快速恢复;对比3种节点试件的极限荷载和初始刚度,设置约束型阻尼器节点试件的最高,S形阻尼器节点试件的其次,U形阻尼器节点试件的最低;垫板刚度对约束型阻尼器节点试件极限荷载和抗震性能的影响很小,采用刚性垫板可提高节点试件的残余承载力;设置S形阻尼器节点试件的延性和总耗能显著高于其他节点试件的;增大耗能板厚度可提高设置U形阻尼器节点试件的受力性能,但效果不够显著。有限元参数分析结果表明,减小耗能板弯弧角度可显著提高设置S形阻尼器节点试件的极限荷载和初始刚度,耗能板弯弧角度宜在60°~90°范围内。

复式钢管混凝土柱-钢梁上焊下栓节点抗震性能研究

为研究复式钢管混凝土(CFDST)柱-钢梁上焊下栓节点的抗震性能,进行了5个缩尺比为1∶2.4节点试件的低周往复荷载试验,分析了试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度与承载力、耗能能力等抗震性能指标;根据试验破坏特征,建立了组合节点的塑性分析模型,推导了节点的受弯承载力计算式,并将其计算结果与本文及已有文献中的试验结果进行对比验证。结果表明:节点发生梁端破坏,表现为钢梁上翼缘与上环板连接处发生断裂或出现波浪状塑性变形,钢梁腹板与连接板产生竖向滑移,下环板螺栓连接处产生水平滑移。组合节点试件滞回曲线稳定饱满无捏缩;延性系数介于2.88~4.60之间,等效黏滞阻尼系数介于0.472~0.579之间,节点域变形和耗能能力较强;该类组合节点为半刚性节点;节点环板厚度、宽度、外伸长度和下环板螺栓数量的增加有利于提高节点的刚度、承载力、延性、耗能能力等抗震性能指标;受弯承载力计算结果与试验结果均吻合较好,说明所提出的组合节点受弯承载力计算方法具有较好的精度。

下栓上焊梁柱连接节点纯弯试验研究与有限元分析

为研究下栓上焊连接节点在纯弯荷载作用下的受力性能、典型破坏特征、纯弯承载力的计算方法,设计并制作了4个足尺试件,采用三等分点加载方式,利用分配梁制造纯弯段进行纯弯试验。采用ABAQUS有限元软件建模分析,并将有限元结果与试验结果对比验证。分别考虑下翼缘螺栓未发生滑移与发生滑移两种情况,并提出纯弯承载力计算公式。试验和有限元结果表明:在纯弯荷载作用下,全螺栓连接节点屈服荷载与极限荷载最大,栓焊混合连接节点极限荷载最小,但其屈服荷载大于下栓上焊连接节点,在正弯矩与负弯矩加载作用下荷载差别较小,认为翼缘不对称连接不会对节点受弯承载力产生不利影响。破坏现象均为节点出现整体弯曲变形,钢梁上翼缘节点核心区与加载点间出现鼓曲变形,形成局部屈曲。鼓曲出现的位置:全螺栓连接节点距离核心区最远,其次为下栓上焊连接节点,栓焊混合连接节点鼓曲位置距离核心区最近。通过对比有限元模拟与试验结果可知,典型破坏现象一致,且峰值弯矩平均误差较小,约为5%,精度较高。

钢管混凝土叠合柱节点环梁受弯承载力计算方法

钢管混凝土叠合柱环梁节点是一种连接叠合柱与钢筋混凝土梁的连接节点,其环梁受弯承载力计算方法有待研究。考虑管外混凝土的轴压作用,采取极限平衡法对环梁破坏隔离体受力分析,对现有钢管混凝土柱节点环梁受弯承载力计算方法进行了修正,使其更加适用于钢管混凝土叠合柱节点环梁,计算结果与静力试验结果对比显示,后者高约28%。根据试验结果研究对公式进行修正,采用ABAQUS有限元静力模型对不同轴压比下环梁的受弯承载力公式进行了验证,对比显示有限元分析结果略高于修正后的计算值,二者吻合较好。结果表明,考虑轴压力修正后的公式可以用于钢管混凝土叠合柱节点环梁受弯承载力的计算,公式计算结果偏于保守。

压-弯-扭耦合荷载作用下钢管约束钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为了研究钢管约束钢筋混凝土柱在轴压-弯曲-扭转耦合荷载下的抗震性能,开展了2个钢管约束钢筋混凝土柱在压-弯-扭耦合荷载下的拟静力试验,得到了弯-扭和压-弯-扭两种荷载工况下的荷载-变形曲线。试验结果表明:钢管约束钢筋混凝土柱在弯-扭荷载下的荷载-变形滞回曲线存在比较明显的"捏拢"效应,但在压-弯-扭荷载下的荷载-变形滞回曲线"捏拢"效应较小,当轴压力为受压承载力的30%时,压-弯-扭荷载下的钢管约束钢筋混凝土柱较弯-扭作用时具有更高的受弯和受扭承载力及良好的耗能能力。

弯-剪-扭耦合荷载作用下钢管混凝土短柱受力性能研究

为研究钢管混凝土短柱在剪切和扭转复合作用下的受力性能,开展了10个钢管混凝土短柱试件在纯扭、弯-剪和弯-剪-扭荷载作用下的拟静力往复加载及单调加载试验,得到了钢管混凝土短柱的荷载-变形曲线和钢管应变分布规律。试验结果表明:钢管混凝土短柱具有良好的承载能力和塑性性能;在纯扭作用下,圆形钢管混凝土短柱在往复扭转荷载作用下钢管发生低周疲劳破坏;方形钢管混凝土短柱在单调及往复扭转荷载作用下钢管面外发生斜向局部屈曲;纯扭往复荷载作用下的钢管混凝土柱的荷载-变形骨架曲线与单调加载下基本一致;在弯-剪及弯-剪-扭复合荷载作用下,在进入塑性工作阶段前截面的轴向变形基本满足"平截面假定";在弯-剪-扭耦合荷载作用下,短柱的破坏模式取决于弯扭比,在弯扭比较大(为1.90)时,其类似于弯剪破坏,在弯扭比较小(为0.96)时,其类似于扭转破坏。在有限元模拟及大量参数分析的基础上,得到了钢管混凝土短柱的弯-剪-扭承载力相关方程,承载力计算结果与有限元分析结果吻合较好。