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。

多腔T形钢管混凝土柱轴压性能试验研究

为研究多腔T形钢管混凝土柱的轴压性能,开展了7根多腔T形钢管混凝土柱和2根普通T形钢管混凝土柱试件轴压试验研究,主要考察钢管壁厚、混凝土强度和高宽比对多腔T形钢管混凝土柱轴压性能的影响。试验结果表明,与同条件的普通T形钢管混凝土柱相比,多腔T形钢管混凝土柱具有更高的轴压承载力及更好的变形性能。多腔T形钢管混凝土柱的轴压极限承载力随着钢管壁厚增大而显著提高,随着高宽比增大而呈下降趋势;当采用高强混凝土时,应匹配较厚的钢管以更加充分地发挥两种材料的性能。将美国规范ANSI/AISC 360⁃16、欧洲规范Eurocode 4、日本规范AIJ⁃CFT和中国规范GB 50936—2014公式计算与试验的轴压极限承载力进行比较。结果表明,Eurocode 4规范公式的计算精度最高且离散性最小。

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%.

H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱偏压性能研究

为提升方钢管混凝土组合异形柱加工制作的便捷性与精度、减小焊接对板件变形的影响,提出了新型H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱(LCFST-H),并研究其偏压荷载下的力学性能。设计了两个试件进行偏压加载试验,建立计算模型开展有限元分析。在验证有限元模型准确性的基础上,分析了H型钢连接板尺寸、方钢管截面尺寸、柱高度等参数对组合异形柱偏压受力性能的影响。结果表明:构件破坏形式为整体弯曲失稳与局部屈曲破坏,达到极限承载力后,单肢柱之间仍能通过H型钢连接板很好地协同工作,具备一定承载能力,体现出较高的延性性能。方钢管截面尺寸和柱高度对其偏压性能影响较大。结合相关规范,给出了H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱单向偏压承载力计算公式,公式计算结果与有限元结果吻合较好。

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。

L形方钢管混凝土组合异形柱弱轴抗震性能研究

L形方钢管组合异形柱建筑效果好、抗震性能强,目前已应用于汶川等高烈度区的灾后重建。但是当下对L形方钢管组合异形柱抗震性能的研判多是基于其强轴的抗震性能,而对其弱轴的抗震性能研究较少。因此,通过对27个L形方钢管组合异形柱ABAQUS有限元模型的数值模拟,对其弱轴的抗震性能进行研究,得到其弱轴的破坏现象、极限层间位移角及延性系数的线性拟合公式。可为方钢管组合异形柱结构的推广及实际应用提供参考。

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。

多腔钢管混凝土T形柱H型钢梁装配节点抗震性能研究

文章基于滑移耗能思想,提出一种可以控制损伤并实现震后修复的多腔钢管混凝土T形柱H型钢梁装配节点;通过改变上下连接板件的厚度与腹板连接方式改变连接处刚度,对6个试件进行模拟分析,得到相应的滞回曲线、骨架曲线、力学性能指标及转动能力。研究结果表明:合理控制翼缘连接盖板厚度可以转移塑性铰、保护节点核心区,使节点具有及时修复的功能;腹板连接件可以提高节点的刚度、承载力及延性;腹板连接件不宜过大,应该与翼缘保持一定的缓冲距离。

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。

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。

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。

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形钢管混凝土组合柱抗震性能分析及水平承载力设计方法

为研究不同构造参数对L形双板连接钢管混凝土组合柱(LCFST-D柱)抗震性能的影响规律,通过建立有限元模型并与已有试验结果进行对比,在验证模型合理准确的基础上,对轴压比、钢管截面尺寸、宽厚比、连接板厚度、长细比、混凝土及钢材强度进行参数化分析。结果表明:轴压比小于0.6时,提高轴压比可以适当提高峰值荷载;随着轴压比的继续增大,峰值荷载都降低;单肢截面尺寸的增加,可以明显提高承载力、延性、耗能能力和极限变形能力;随着长细比的增加,承载力急剧降低,但耗能能力提高;连接板厚度的减小可以提高耗能能力。水平承载力设计公式预测值与试验值吻合良好,平均误差小于6%。

L形缀板式方钢管混凝土组合柱压弯性能试验研究

对L形缀板式方钢管混凝土组合柱进行偏压试验,分析了在偏压荷载作用下缀板对L形钢管混凝土组合柱的承载能力和破坏状态等参数的影响。结果表明,在偏压荷载作用下,L形缀板式方钢管混凝土组合柱的极限承载力要比普通方钢管混凝土组合柱高,且L形缀板式方钢管混凝土组合柱通过缀板的连接使组合柱的整体性较强,各肢柱可以协调变形。研究结果为后期L形缀板式方钢管混凝土组合柱的其他性能研究提供了参考。

L形缀板式方钢管混凝土组合柱轴压性能试验研究

在L形方钢管混凝土组合异形柱基础上,设计L形缀板式方钢管混凝土组合柱,对L形方钢管混凝土组合柱进行轴压荷载试验,研究在轴压荷载作用下缀板对L形钢管混凝土组合柱承载力和破坏形态的影响。由试验结果可知,焊接缀板有效地提升了L形钢管混凝土组合柱的整体性和轴压承载力,且当缀板面积超过60%后承载力提升不明显,综合比较缀板面积为60%时构件性价比最高。研究成果为后期L形缀板式钢管混凝土组合柱的压弯和抗震等性能研究提供了基础。

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。