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。

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。

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%.

钢管混凝土Y形柱抗震性能试验研究

为了检验地铁车站地下大空间结构柱的抗震性能,对北京市某地铁车站公共设备区地下空间结构使用的单层钢管混凝土Y形柱进行低周反复荷载试验研究,主要介绍了缩比试件的设计、制作、安装和试验的方案、进行过程及结果,给出了钢管混凝土Y形柱的水平荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、等效刚度曲线和等效阻尼比曲线统计数据,以及部分主要位置的荷载-应变曲线.试验结果及分析表明:Y形铸钢件、圆形截面钢管混凝土柱、顶板等各部分连接安全可靠,能够保证整体结构工作性能良好;试件滞回曲线较饱满,试件等效阻尼比随水平位移的增加而增大,试件耗能规律稳定,表明弹塑性变形能力和抗震性能较好.据实测应变推测,可能的薄弱部分是钢管柱底部、圆钢管与Y形铸钢件连接处和Y形铸钢节点分叉处.

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。

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。

内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能的有限元分析

为研究内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能,通过有限元软件ABAQUS进行建模分析,并使用现有试验数据进行验证,研究了工字钢参数变化对内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能影响。结果表明,有限元模型建立准确;当含钢率小于34%时,纵向放置工字钢腹板厚度参数变化对局压承载力影响较大;当含钢率大于34%时,横向放置工字钢翼缘厚度参数变化对局压承载力影响较大;对比工字钢高度与工字钢宽度变化对局压承载力的影响,纵向放置工字钢宽度参数变化对局压承载力影响较大。同时提出局压承载力计算公式,经过模拟结果验证,所提公式计算承载力与模拟承载力比值为0.86~1.06,计算结果较为准确。

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。

T形钢管混凝土异形柱单偏压性能研究

为研究H型钢连接的T形钢管混凝土异形柱的单偏压性能,使用ABAQUS建立3个偏压柱模型,得到3个模型的破坏形态、荷载-位移曲线,将有限元结果与已有试验结果进行对比,验证模型的有效性。建立长细比、偏心距、加载位置3个变量的有限元模型系列,得到各个变量与该T形柱受压极限承载力的关系曲线。研究结果表明,ABAQUS能较好地模拟H型钢连接的T形柱的单偏压受力过程;H型钢与钢管混凝土柱有效连接,整体截面能协同工作;增大长细比或偏心距均会降低柱的偏压承载力,加载位置影响柱的偏压承载力;随长细比的增大,H型钢连接的T形钢管混凝土柱的N/N_(u)-M/M_(u)相关曲线逐渐由曲线向直线过渡,为这种T形钢管混凝土柱在工程上的应用提供参考。

钢结构工程中Y形钢管混凝土的应用

钢管混凝土柱是一种新兴的组合结构,具有承载力高、塑形和韧性好、施工方便、耐火性能高等特点,主要应用于室外工程。随着理论研究及施工工艺的提升,钢管混凝土柱广泛应用到工程实践中,主要讨论钢结构工程中Y形钢管混凝土柱在工程实践中的应用。

多腔约束圆端形钢管混凝土纯弯柱试验研究

圆端形钢筋混凝土(RC-Reinforced Concrete)桥墩具有较大的纵横向刚度,造型美观,施工工艺成熟,在大跨桥梁建设中应用普遍。本文开展了4根多腔约束圆端形钢管混凝土柱纯弯试验,探讨腔室布置对构件承载力的影响。记录实验过程中承载力等数据,结果表明腔室布置越多,构件承载力越大。单腔室与2腔室构件承载力相当,3腔及4腔室试件极限承载力明显较高。建议对于长宽比较大的圆端形钢管混凝土纯弯试件,3腔室布置较为合适。

组合T形截面钢管混凝土柱正截面受压承载力试验研究

在总结分析各种异形钢管混凝土柱工程应用的基础上,提出矩形钢管混凝土组合焊接T形柱(WeldedRectangular Composite T-shaped Concrete-Filled Steel Tubular Column,简称WRC-T钢管混凝土柱)。考虑约束效应系数、长径比、肢长腹比等参数的影响,设计制作34个WRC-T钢管混凝土柱试件;通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线、强度承载力和稳定承载力,分析各参数对此类试件轴心受压力学性能的影响。通过试验数据回归分析,参考国内外相关规范的计算条文,提出WRC-T钢管混凝土柱轴心受压强度承载力和稳定承载力的实用计算公式。研究表明,WRC-T钢管混凝土柱的两个组成部分能很好地协同工作,力学性能好;长径比L/i≤14.4的试件可视为短柱,长径比14.4<L/i≤33.6的可视为中长柱。文中所提强度承载力和稳定承载力公式的计算结果与试验值符合良好,可供工程设计参考。

带约束拉杆T形钢管混凝土短柱轴压性能的试验研究

介绍11个带约束拉杆和5个不带约束拉杆的T形钢管混凝土轴压短柱试件的试验研究,讨论在不同约束拉杆间距与直径、钢板厚度与屈服强度、截面尺寸下带约束拉杆T形钢管混凝土短柱的破坏特点、承载力、拉杆与钢管的应变特点等轴压性能。结果表明:约束拉杆的设置改变了钢管的屈曲模态,延迟钢管局部屈曲的发生,有助于T形钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性的提高。采用现有规范或规程的计算公式对试件轴压承载力进行计算,对不同计算方法的适用性进行探讨。

钢管混凝土组合T形短柱轴压力学性能研究

在总结分析各种异形钢管混凝土柱工程应用的基础上,提出矩形钢管混凝土组合焊接T形柱(Welding Rectangular Composite T-shaped Concrete-Filled Steel Tubular Column,简称WRC-T钢管混凝土柱).考虑约束效应系数、长径比、肢长腹比等参数的影响,设计制作20个WRC-T钢管混凝土短柱试件,通过短柱的轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-变形曲线和极限承载力,分析各参数对此类短柱轴压力学性能的影响.应用大型有限元软件ABAQUS6.5进行数值模拟分析,将数值模拟结果与试验结果进行比较,两者符合较好.研究表明,WRC-T钢管混凝土短柱的两个组成部分能很好地协同工作,力学性能好,便于施工;利用有限元软件ABAQUS6.5中的C3D8R单元进行实体建模可以较好地模拟WRC-T钢管混凝土短柱的力学性能.

圆端形钢管内约束混凝土轴压短柱的力学性能

为改善圆端形钢管混凝土(CFRT)柱的力学性能,采取在钢管内部焊接拉筋的方式来提高对核心混凝土的约束效果,并采用ABAQUS对4种不同约束方式的圆端形钢管内约束混凝土(SCFRT)轴压短柱进行三维实体有限元分析,发现双向均匀对拉箍筋为最佳约束方式.最后,对2根圆端形钢管混凝土轴压短柱及2根双向均匀对拉约束方式的圆端形拉筋约束混凝土轴压短柱进行了试验研究,结果显示试验结果与数值模拟结果吻合较好,验证了双向均匀对拉约束方式的合理性.

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。