高强方钢管高强混凝土柱单向偏压性能研究

分析了钢管屈服强度及偏心距对高强方钢管高强混凝土柱单向偏压性能的影响。结果表明:高强方钢管高强混凝土短柱的单向偏压破坏过程包括无现象阶段、混凝土破坏阶段及钢管屈服阶段;所有试件的荷载-中截面侧向挠度/应变曲线均呈现先线性增长后缓慢增长最后缓慢下降的趋势;高强方钢管高强混凝土短柱的极限承载力与钢材屈服强度呈现正相关关系,与偏向距呈现负相关关系;偏心率对短柱极限承载力及受拉区钢管屈服的影响程度更加显著。

高强钢管超高性能混凝土短柱轴压承载力性能试验研究

为研究高强钢管内填超高性能混凝土(UHPC)的钢管混凝土短柱轴压性能,该文设计22根高强钢管UHPC短柱进行轴压试验,从破坏模式、荷载-纵向应变关系对试件的轴压性能进行对比分析,旨在通过径厚比、混凝土强度、截面类型等变化来探究高强钢管UHPC短柱的实际承载力性能差异.试验结果表明:高强钢管UHPC短柱的轴压性能受径厚比、混凝土强度影响较大;试件承载力随钢管壁厚增加而增加,但相同钢管直径和不同钢管直径增幅呈现不同规律.该文从延性、核心混凝土强度提高程度两个角度进行分析并提出高强钢管混凝土试件的相关参数设计建议.最后,将高强钢管UHPC短柱的轴压试验承载力结果与国内外规范GB 50936—2014、AIJ计算承载力结果进行对比,并基于极限平衡理论推导出高强圆钢管UHPC试件的轴压承载力计算公式,同时结合该文试验数据对其进行验证,证明了公式的准确性.

高温后钢管高强混凝土柱的黏结性能

为了研究高温后钢管高强混凝土柱的黏结性能,通过有限元软件ABAQUS建立模型,并与已有试验结果进行验证,吻合良好。研究表明:钢管高强混凝土柱的黏结应力随着温度的升高呈现出先增加后减小的趋势;黏结应力随着混凝土强度的增大而增大,随着径厚比的增大而减小;长径比在2.74~7.72的范围内,随着长径比的增加,黏结力逐渐增加;黏结界面破坏的速度随温度的增加而减缓;随着温度的增加耗能因子呈现先增大后减小的趋势。

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。

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。

方钢管螺旋筋约束自密实高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究方钢管螺旋筋约束自密实高强混凝土柱的抗震性能,以轴压比、剪跨比、有无配制螺旋筋以及螺旋筋间距作为设计参数,进行了7个试件的低周反复加载试验,获取了各试件的滞回曲线以及应变分布。试验结果表明:试件破坏特征主要为方钢管柱脚区域出现明显鼓曲形成塑性铰区域;随轴压比的提高,试件抗剪承载力、环线刚度和耗能能力均有提升,剪跨比对试件抗震性能的影响规律不明显。配制螺旋筋对峰值承载力和刚度的影响较小,而对试件延性及耗能的提升明显,与无配筋试件相比试件延性平均提升了15.4%,耗能平均提升了114.9%。螺旋筋间距越密对试件抗震性能提升效果更优;适当增大轴压比,控制剪跨比在5以内以及增设螺旋筋对提升其承载能力和变形能力有积极作用。

C70高强混凝土在超高层项目钢管柱中的应用分析

将C70高强混凝土合理应用到超高层建筑当中,能减少构件的整个截面,对高层建筑有良好的适用性。钢管柱是钢筋混凝土框架结构的重要构成部分,在实践中需要用到C70高强混凝土,能否正确有效地运用该混凝土完成项目施工往往比较重要。鉴于此,本文主要结合超高层项目中钢管柱施工部分对C70高强混凝土的实践应用进行分析探讨,旨在为业内相关人士提供参考。

高层建筑钢管柱内高强自密实混凝土施工关键技术研究

为了提升现代高层建筑建设质量,以某高层建筑工程为例,介绍一种钢管柱内高强自密实混凝土施工技术。首先,对某高层建筑工程基本情况进行了简单介绍,并以此为基础,确定出最终的施工方案。之后详细探讨了施工流程与关键技术要点,最后,通过实例验证该施工技术的应用效果。通过实例验证可以发现,该技术施工更加简单,施工质量更高,所需成本更低,有利于高层建筑工程的建设。

偏心率对工字型CFRP-高强圆钢管高强混凝土短柱力学性能的影响

目的研究偏心率对内置工字型CFRP型材的高强圆钢管高强混凝土短柱力学性能的影响。方法利用ABAQUS有限元软件建立了工字型CFRP-高强圆钢管高强混凝土短柱模型,分析不同偏心率下构件的受力-变形关系、各材料分担荷载以及应力发展,探究混凝土强度、钢材屈服强度、含钢率和CFRP型材对组合柱力学性能的影响。结果随着偏心率的增大,构件延性提高,初始刚度与极限承载力降低,且降低幅度减小,偏心率与极限承载力呈非线性关系;偏心率越小,加入CFRP型材对组合柱承载力的提高越显著。结论偏心率越大,混凝土强度的利用率越低,钢管力学性能发挥越充分。偏心率小于0.328时,建议采用增大混凝土强度的方式增加构件极限承载力;偏心率大于0.328时,建议采取增大钢材屈服强度和含钢率的方式增加构件的极限承载力。

内置钢筋笼高强钢管混凝土柱双向偏压试验研究

为研究内置钢筋笼高强钢管混凝土柱双向偏心受压的力学性能,以偏心率(两种)、钢筋笼构造(两种)、钢管壁厚(两种)为变量,设计并制作了8个高强钢管混凝土试件,对其开展双向偏心受压试验,获得了试件的破坏模式及侧向挠度曲线变化规律,并对试件的持荷能力和抗弯能力进行了分析和讨论。结果表明:小偏心率时,钢筋笼能够使得薄壁钢管构件材料性能发挥得更充分;大偏心率时,内置钢筋笼不能弥补由截面含钢率减小导致的性能退化。此外,在钢管混凝土柱内设置横向拉筋可以有效协助钢管约束核心混凝土,相较于等体积的纵筋而言,其持荷能力和抗弯能力均有提高。

巨型钢管高强混凝土柱水化热温度场分析

目的 研究巨型钢管C70高强混凝土柱水化热温度场,为巨型钢管高强度混凝土柱的混凝土配合比设计、热工计算及施工养护措施制定提供依据。方法 通过试验获得巨型钢管高强度混凝土柱的温度场发展规律并考察混凝土浇筑质量,进而采用有限元软件MIDAS FEA进行温度场数值模拟,研究不同混凝土热工参数下巨型钢管混凝土柱的温度场变化规律。结果 试件温控指标未达到《大体积混凝土施工标准》(GB50496—2018)要求,但混凝土浇筑质量能够满足施工质量要求;考虑内部钢构件的模型温度场计算结果与试验结果吻合较好,理论公式求得混凝土热工参数后,用于温度场模拟得到的结果与试验结果有较大差异。结论 C70高强混凝土的温控指标可适当放宽,且应降低水化反应速率以改善巨型钢管高强混凝土柱内混凝土温度场;进行巨型钢管高强混凝土柱水化热温度场分析时,应考虑其内部钢构件。

高强方钢管高强混凝土轴压短柱力学性能的有限元分析

目的对混凝土与钢管受力情况及构件破坏过程进行分析,研究其力学性能,以提高构件极限承载力.方法合理选取高强钢材与高强混凝土材料的本构关系,采用有限元分析软件ABAQUS建立了16根高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析模型,对混凝土与钢管受力情况及构件破坏过程进行分析.结果高强方钢管高强混凝土轴压短柱受力过程主要分为4个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、下降阶段、平缓阶段.提高钢管的屈服强度,构件的承载力增大,而延性变化不大;提高混凝土抗压强度,构件初始刚度变化不大,承载力增大,延性变差;增大构件含钢率,构件的初始刚度和承载力变大,且延性提高.结论高强方钢管高强混凝土轴压短柱充分利用了高强混凝土抗压与高强钢材抗拉的材性特点,其相互组合作用使构件极限承载力有了显著的提高.

工字形CFRP-高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析

目的将工字形CFRP型材置入钢管混凝土截面型心处,研究高强方钢管高强混凝土轴压短柱的受力性能.方法对典型构件的应力-应变曲线、组合柱的受力机理进行分析,并定义了6个特征点.研究在构件受力的各个特征点的方钢管、混凝土和工字形CFRP分担的纵向荷载,分析内置工字形CFRP配置率、核心混凝土抗压强度、钢材屈服强度、含钢率等因素对组合柱力学性能的影响.结果内置工字形CFRP的高强方钢管高强混凝土轴压短柱极限承载力随着混凝土强度、钢材屈服强度、CFRP配置率以及含钢率增加而增加,而钢材屈服强度以及混凝土强度对构件荷载-位移曲线初始刚度影响较小.结论高强方钢管高强混凝土的各组分受力随着高度变化而变化,构件受力性能较好并承载力较高.

内置方钢管高强再生混凝土叠合柱轴压性能有限元分析

为研究内置方钢管高强再生混凝土柱的轴压性能,使用ABAQUS软件对现有试验的2个试件进行建模分析,验证了模型的准确性,并在可靠的模型基础上进行了13个试件的参数分析,变化参数为方钢管厚度、方钢管强度和长细比。结果表明:所建立的有限元模型出现了与试验结果一致的纵筋屈曲和钢管撕裂变形,荷载–轴向位移曲线高度一致,极限承载力平均误差在5%以内;钢管厚度的提高对轴压承载力和刚度影响不大,钢管屈服强度的提高对轴压承载力和残余承载力提升较大;随着长细比的增大,叠合柱的轴压刚度和极限承载力出现明显退化,拟合了轴压稳定系数与长细比之间的数值计算方法,可供叠合柱设计参考。

高强方钢管高强混凝土长柱偏压性能

为研究高强方钢管高强混凝土偏压长柱力学性能,基于已有的偏压试验研究,进一步分析了偏压柱破坏形态、荷载-挠度曲线、弯矩-曲率曲线和应变发展规律,探讨了偏心率与长细比对构件塑性发展等力学性能的影响。结合ABAQUS数值模拟研究了不同偏心率的偏压柱工作机理,并由此进一步分析了材料性能参数与构件几何参数对偏压柱的受力性能影响。基于试验与数值模拟,采用《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014)和人工神经网络模型对68个试件的极限荷载P_(u)及其弯矩M_(p)值进行预测。结果表明,《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014)计算的P_(u)值平均比试验与模拟值高2.3%,而计算的M_(p)值则偏于保守且平均偏低13.8%。神经网络模型对P_(u)及M_(p)值的预测结果均与试验和模拟结果吻合较好,验证了神经网络模型的有效性;且该模型可准确预测未知试验结果条件下的试件P_(u)及M_(p)值。

高温后高强方钢管混凝土短柱轴压机制

为了研究高温后高强方钢管混凝土短柱的轴压力学性能,选取了正确的本构关系和建模方法,通过与已有的试验曲线对比确定了正确的有限元模型。运用有限元软件ABAQUS,利用有限元模型分析构件所经历的历史最高温度、钢管强度、混凝土强度参数对高温后高强方钢管混凝土轴压短柱极限承载力的影响,剖析了构件工作机制,并对典型构件应力应变曲线进行分析。结果表明:构件极限承载力随着构件所经历的历史温度的升高而降低,随着钢管强度和混凝土强度的增加而增大;构件经历高温条件后,混凝土的各项性能损失严重,后期承载力主要由高强钢材承担。

加劲薄壁高强方钢管混凝土短柱的轴压性能

为评价不同加劲措施的效果,对比研究了加劲和未加劲薄壁高强方钢管混凝土短柱的轴压性能。首先,设计并完成了加劲试件和未加劲对比试件的轴压试验,考察了钢管屈服强度和加劲措施类型对试件的破坏形态、荷载-轴向位移(应变)曲线及承载力、组合弹性模量和延性系数等力学指标的影响。结果表明,与未加劲试件相比,加劲措施可以改变试件的破坏进程与钢管的破坏形态,并改善试件的轴压性能,但不存在可以全面提高试件力学指标的加劲措施。然后,基于合理的钢材与核心混凝土本构模型,建立了轴压荷载作用下加劲和未加劲薄壁高强方钢管混凝土短柱的有限元模型,并通过试验验证了模拟结果。最后,利用有限元模型进一步分析了主要参数对加劲薄壁高强方钢管混凝土短柱轴压性能的影响。结果表明,不同加劲组合短柱的荷载-轴向位移曲线不同阶段分界点与力学指标存在差异,带圆孔斜拉钢板肋的加劲措施对提高承载力和延性更为有效,而双排钢板肋加劲措施对提高组合弹性模量更为有效。

高强方钢管-混凝土-圆钢管组合短柱轴压性能

为研究高强方钢管-混凝土-圆钢管(HSCS)组合短柱的轴压性能,以环混凝土轴心抗压强度(f ck)、外高强方钢管的抗拉强度、壁厚和宽度、内圆钢管的抗拉强度、壁厚和直径,以及试件的长细比和空心率等为控制参数,共设计27根试件。基于合理的材料本构模型、网格合理性分析和既有试验试件验证分析,确定该模型的预测精度,进而获得各个参数对足尺寸HSCS组合短柱轴压性能的影响规律。结果表明:随宽度、壁厚、内钢管抗拉强度、外钢管抗拉强度和混凝土抗压强度的增加,HSCS组合短柱的轴压承载力显著提高;随试件空心率增加,组合短柱的轴压承载力逐渐减小,建议空心率最佳取值为0.1~0.3。HSCS组合短柱轴压承载力计算表达式具有较高的预测精度,可满足工程实践需要。

带加强筋的双钢管高强混凝土柱轴压性能研究

将普通螺纹钢置于内外钢管间的空隙制成带加强筋的双钢管高强混凝土柱,借助数值模拟研究该柱与普通双钢管混凝土柱在轴向荷载下的受力差异,以及加强筋平面角度、竖向间距和强度等级等参数对其轴向荷载下力学性能的影响。结果发现:带加强筋的双钢管混凝土柱前期力学性能略高于普通双钢管混凝土柱,后期延性显著高于普通双钢管混凝土柱;不同参数对其轴压性能的影响程度不同,加强筋平面角度显著,竖向间距次之,加强筋强度影响极小。

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。