L形冷弯钢管混凝土柱轴压受力性能研究

为研究L形冷弯钢管混凝土柱在轴心受压荷载作用下的受力性能和承载力计算方法,建立L形钢管混凝土柱轴压有限元模型,并将有限元分析结果与文献中的试验结果进行对比,二者吻合较好。通过对L形冷弯钢管混凝土短柱进行有限元模拟,分析了L形冷弯钢管组合形式、钢管壁厚、材料参数、柱肢长宽比以及钢管成型工艺对其轴压承载力的影响。研究表明:冷弯型钢应用于L形钢管混凝土柱时,可利用其角部冷弯效应及倒角特性约束内部混凝土,有效提高柱轴压承载力;L形钢管成型工艺和钢管壁厚、柱肢长宽比对承载力提升有一定影响;当柱肢的长宽比为2.5左右时,钢管对混凝土的约束效率最高;屠永清等提出的承载力计算方法与有限元分析结果较为符合。

冷弯型钢钢管混凝土柱-钢梁装配式节点抗震性能研究

为考察多高层框架结构体系中新型冷弯型钢装配式钢管混凝土柱-冷弯型钢拼合梁节点的抗震性能,设计并制作了一组足尺节点试件,对其进行不同轴压比下的拟静力试验.结合ABAQUS有限元分析,以轴压比、钢管柱壁厚、内填充混凝土强度等级为主要参数,研究节点试件在低周往复水平荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力、耗能能力、刚度退化等抗震性能.结果表明:在冷弯型钢柱内填充混凝土时,新型冷弯型钢装配式梁柱节点的承载力和耗能能力相比于空钢管柱节点整体有所提高,节点延性增加,节点仍保持“强柱弱梁”的失效模式.在低轴压比(0.2)下,钢管柱壁厚的增加对节点的耗能能力与承载力有一定的提升,其延性也有所增加;混凝土强度等级的变化对本文所研究“强柱”构造下的节点抗震性能几乎无影响,节点的滞回曲线基本一致,骨架曲线基本重合,节点的破坏形态保持不变,随着混凝土强度等级的增加,节点延性有所降低.但在高轴压比(0.8)下,钢管柱壁厚为2 mm和3 mm时柱刚度过弱,节点出现柱端压弯破坏;当钢管柱壁厚增加到4 mm时,节点破坏形态转变为梁端塑性铰破坏,因此应注意限制梁柱线刚度比,保证“强柱弱梁”的失效模式.本文研究成果对该新型节点用于多高层框架结构体系中的适用性及设计构造有一定参考意义.

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。

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。

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%.

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。

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%。

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形钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

本文进行了四根有加劲和二根无加劲的L形钢管混凝土短柱轴压试验。对试件破坏过程及结果进行了较为详细的描述,在此基础上,考察了不同宽厚比和内部有无加劲肋对试件承载力和延性的影响。结果表明:L形钢管混凝土柱延续了钢管混凝土的特性,有良好的受力性能;当钢管宽厚比不大于60(即短肢柱)时,加劲肋虽然对L形钢管混凝土的承载力没有明显的贡献,但是可以有效地提高其延性;而当钢管宽厚比大于60(即长肢柱)时,加劲肋对L形钢管混凝土柱的承载力及延性均无明显影响。最后,在选择合理的钢材和核心混凝土本构关系基础上,采用大型通用有限元分析程序ABAQUS建立了轴压荷载下L钢管混凝土柱的三维非线性有限元分析模型,分析了构件的荷载-变形关系,计算表明,计算曲线与试验曲线吻合良好。

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压试验研究

对8个带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱试件进行了试验研究,讨论其在不同约束拉杆设置、偏心率以及荷载角下的偏压性能.结果表明,约束拉杆的设置改变了钢管的屈曲模态,延迟了局部屈曲的发生,有助于L形钢管混凝土偏压短柱的承载力和延性的提高.在加载后期,处于加载肢的拉杆比处于非加载肢的拉杆对核心混凝土的约束作用明显,其中双列拉杆试件的肢端拉杆比肢内拉杆的约束作用更大.临近或达到极限承载力后,近力侧钢管壁对核心混凝土的约束作用较明显.利用纤维模型法计算的试件偏压极限承载力结果与试验结果吻合良好.

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱轴压性能的试验研究

进行了6个带约束拉杆和1个不设约束拉杆L形钢管混凝土短柱的轴心受压试验,分析了钢管壁厚度、约束拉杆直径和间距等主要参数对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱轴压性能的影响.试验研究表明,在轴心压力作用下,设置了的L形钢管混凝土短柱的极限承载力有所提高,拉杆的设置能改善核心混凝土的约束作用,延迟或避免钢管在应力达到屈服强度前发生局部屈曲而导致构件的过早破坏,从而使L形钢管混凝土轴压短柱的延性有较大幅度的提高.

轴压下带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的试验研究

对7根轴压下L形钢管混凝土短柱(6根带约束拉杆,1根无约束拉杆)进行试验,介绍试件和试验方案的设计,分析钢板厚度、约束拉杆的直径和水平间距等主要参数对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱极限承载力和延性的影响。试验表明,在L形钢管混凝土短柱上设置约束拉杆,可以有效地延缓钢管壁的局部屈曲,改善钢板对核心混凝土的约束效应,提高该类构件的极限承载力和延性。最后,将带约束拉杆L形钢管混凝土短柱划分成1个方形和2个带约束拉杆的矩形钢管混凝土短柱,并借鉴带约束拉杆方形钢管混凝土承载力的计算公式,对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的极限承载力计算方法作初步探讨。

L形加肋钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

为考察不同加肋形式对L形钢管混凝土轴压力学性能的影响,共设计8根钢管混凝土轴压短柱试件(2根无肋,6根加肋),进行加压试验,并对比所有试件受压后的截面破坏模态、屈曲形态和位置以及荷载-纵向应变关系曲线,通过ABAQUS有限元软件进行仿真建模,并结合有限元计算轴压全过程曲线、钢管与混凝土的相互作用力分布以及钢管截面上的应力云图纵向分布情况对不同加肋形式构件进行轴压工作机理分析。结果表明:钢管外壁鼓曲、焊缝开裂是8根L形钢管混凝土轴压试验构件在破坏时的普遍表现;布置纵向加劲肋能显著提高试件的极限承载力和延性;对于间断加肋试件,减小其肋间间距可显著提升试件的约束效果;设置在阴角处的加劲肋对提升试件受压性能的效果不明显;钢管对混凝土的约束在无肋试件中主要集中在角部,加肋试件的约束主要集中在肋与角部处;综合考虑焊缝数量、加劲肋面积以及加肋后效果,L-WR-5的加肋方式最优。

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.

带肋薄壁L形钢管混凝土柱温度场研究

为研究高温下带肋薄壁L形钢管混凝土柱的抗火性能,建立了该类构件的ABAQUS温度场计算模型,并用相关试验结果验证了模型的正确性。采用该模型对所设计构件进行温度场计算,结果表明:构件横截面温度场呈现明显梯度分布,由受火面向截面中心逐渐降低;截面阳角处温度较阴角处更高,且阳角附近高温区域面积较阴角处大;构件内部钢筋温度较受火面呈现明显滞后现象,且中心温度较两端降低幅度更大。分析了受火时间、加劲肋尺寸和构件截面尺寸对构件温度分布的影响,可知随着受火时间的延续,构件各部位温度以不同幅度升高;钢筋加劲肋直径对钢筋温度影响比较明显,但对钢管和混凝土温度影响较小;截面尺寸越大,构件同一位置温度越低。

带约束拉杆L形钢管混凝土轴压柱受力性能分析

本文采用三维有限元分析软件ANSYS,针对带约束拉杆L形钢管混凝土轴压柱的受力性能,以试验中C1、C2试件作为研究对象,建立了三维有限元数值分析模型。其中,不考虑钢管与核心混凝土之间的滑移;拉杆与核心混凝土、钢管之间的连接采用节点耦合法;为了避免应力集中,在柱顶和柱底均设置刚性垫块。计算结果表明,该模型是合理的。利用该模型,对影响带约束拉杆L形钢管混凝土轴压柱受力性能的因素:拉杆纵向间距、拉杆横向间距、拉杆直径、钢管壁厚和偏心距等,进行了参数分析,为工程设计及应用提供了参考依据。

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。

方钢管混凝土组合L形柱轴压性能研究

为研究新型方钢管混凝土组合L形柱的轴压性能,以钢管厚度、钢材强度和长细比为参数,对5个方钢管混凝土组合L形柱进行轴压试验,分析各试件的破坏模式、极限承载力和荷载-位移曲线;基于Mander约束混凝土本构关系,考虑不同位置钢管对混凝土约束水平的强弱,建立有限元分析模型,并将有限元分析结果与试验结果进行对比,验证了数值模型的准确性,在此基础上提出了方钢管混凝土组合L形柱的轴压强度和稳定承载力计算公式。结果表明:方钢管混凝土组合L形柱具有良好的轴压力学性能,各钢管之间能够协同变形、共同工作,短柱试件的破坏模式以钢管局部鼓曲破坏为主,中长柱试件的破坏模式以整体弯曲破坏为主,数值模拟结果与试验结果吻合较好,提出的轴压强度和稳定承载力公式的计算结果与试验值吻合较好。

带约束拉杆L形钢管混凝土轴压短柱的承载力计算

在试验的基础上,分析了带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的受力机理,将带约束拉杆L形钢管混凝土短柱划分成一个方形和两个带约束拉杆的矩形钢管混凝土短柱,提出了轴压下带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的承载力计算公式,并结合试验数据确定了计算公式中的参数。用建议计算公式对有关试件进行计算,计算结果与试验结果吻合良好。