Ductility and Ultimate Capacity of Concrete-Filled Lattice Rectangular Steel Tube Columns

A kind of concrete-filled lattice rectangular steel tube(CFLRST)column was put forward.The numerical simulation was modeled to analyze the mechanical characteristic of CFLRST column.By comparing the load-deformation curves from the test results,the rationality and reliability of the finite element model has been confirmed,moreover,the change of the section stiffness and stress in the forcing process and the ultimate bearing capacity of the column were analyzed.Based on the model,the comparison of ultimate bearing capacity and ductility between CFLRST column and reinforced concrete(RC)column were also analyzed.The results of the finite element analysis show that the loading process of CFLRST column consists of elastic stage,yield stage and failure stage.The failure modes are mainly strength failure and failure of elastoplastic instability.CFLRST column has higher bearing capacities in comparison with reinforced concrete columns with the same steel ratio.In addition,the stiffness degeneration of CFLRST column is slower than RC column and CFLRST column has good ductility.

内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压力学性能

钢管混凝土作为一种发展前景广阔的结构形式,具有较好的承载力和塑性变形能力。矩形钢管混凝土柱作为其中常见的一种形式,在实际工程中的应用较为广泛。该研究基于矩形钢管混凝土在实际应用中存在的长短边约束不一致和对核心混凝土约束不足两个问题,探究一种新型的矩形钢管混凝土构件,即内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱。为此,对11根内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱、2根内置跑道形箍筋的矩形钢管混凝土柱、2根普通矩形钢管混凝土柱开展了轴压力学性能试验,重点分析了并束距、钢管壁厚、混凝土强度等级、箍筋间距、箍筋直径、内置用钢量等重要参数对内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力和延性的影响规律。结果表明:在总用钢量不变的情况下,将矩形钢管的壁厚减薄,并加工成异形箍筋内置于核心混凝土中,能够有效地提高试件的轴压承载力和延性;内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压过程可以分为4个阶段——弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段、下降段;相比于普通矩形钢管混凝土柱,内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱有更为饱满的塑性强化段。在试验和参数分析结果的基础上,采用已有的约束混凝土本构模型,推导得到内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式。该研究可为实际工程应用提供科学依据和数据参考。

矩形冷弯型钢钢管混凝土柱的力学性能研究

进行了8个冷弯型钢钢管混凝土构件的试验,表明其具有良好的力学性能。在确定组成矩形冷弯型钢钢管混凝土的钢材和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,利用数值解法对其轴压、纯弯和压弯构件的荷载-变形关系进行了全过程分析,分析结果与试验结果吻合良好。最后在参数分析的基础上,提供了轴压、纯弯和压弯构件承载力的实用计算方法。

长期荷载作用对矩形钢管混凝土轴心受压柱力学性能的影响研究

考虑长期荷载作用效应的影响 ,进行了矩形截面钢管混凝土 (以下简称矩形钢管混凝土 )轴心受压构件变形和承载力的试验研究。基于美国混凝土学会 (ACI 1992 )提供的混凝土徐变和收缩模型 ,对长期荷载作用下矩形钢管混凝土构件的变形进行了计算 ,理论结果和试验结果吻合较好。利用数值方法分析了考虑长期荷载作用影响时 ,矩形钢管混凝土轴心受压柱的荷载 -变形关系曲线 ,理论计算曲线和试验曲线基本吻合。在系统分析了长细比、截面含钢率、钢材种类和混凝土强度等因素影响的基础上 。

爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应及破坏机理

方钢管混凝土柱是被广泛采用的组合构件之一。爆炸发生时产生的爆炸冲击波可能会对框架结构内部的方钢管混凝土柱造成严重破坏,然而目前对其动力响应及破坏机理的研究成果相对较少。本文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应和破坏机理进行了研究分析。建立了方钢管混凝土柱实体有限元模型,其中混凝土采用HJC模型,方钢管采用考虑应变率的塑性随动强化模型,爆炸荷载施加在柱子一侧表面。通过对方钢管混凝土柱的破坏过程的模拟,比较分析了其在不同"比例距离"下的动力响应和破坏形式,进而得出方钢管混凝土柱的破坏机理。在爆炸荷载作用下,方钢管对其核心混凝土有一定的约束作用,使其处于复杂应力状态之下,从而使混凝土强度得以提高,塑性和韧性同时得到改善;同时,由于混凝土的存在,延缓了方钢管柱底和柱顶过早地发生局部屈曲。随着"比例距离"的增大,柱中水平位移逐渐减小。结果表明,方钢管混凝土柱具有良好的延性、优越的抗爆性能,所提出的破坏机理可供结构抗爆设计的进一步研究参考。

矩形钢管混凝土柱的超声波检测试验及计算公式研究

分析了目前用于矩形钢管混凝土柱计算的三种理论,依据理论分析和钢管混凝土超声波检测的试验数据,提出了矩形钢管混凝土柱计算中叠加原理的应用论据。基于日本矩形钢管混凝土柱计算的叠加理论,按照计算简洁、概念明确和安全可靠的原则,确定了矩形钢管混凝土柱的计算公式,并用于天津市钢结构住宅设计规程(DB29—57—2003)。

底部加强型矩形截面钢管混凝土叠合柱抗震性能研究

提出了一种底部加强型矩形截面钢管混凝土叠合柱,采取在柱底部区域钢管周边贴焊钢板的构造措施,以提高其抗震耗能能力。进行了3个不同构造尺寸的矩形截面钢管混凝土叠合柱模型的水平低周反复荷载试验。模型的原型为北京平西府地铁超大平台结构的一种组合柱,模型按1/5缩尺。试件1为普通矩形截面钢管混凝土叠合柱试件,试件2为在试件1的底部钢管受弯应力较大的管壁外侧贴焊钢板的试件,试件3为在试件1的底部钢管四周外侧贴焊钢板的试件。分析了各试件的承载力、刚度及其退化过程、延性、滞回耗能特性和破坏特征。提出了底部加强型矩形截面钢管混凝土叠合柱正截面及斜截面承载力计算公式,计算结果与实测符合较好。研究表明:所提出的底部加强型矩形截面钢管混凝土叠合柱与普通矩形截面钢管混凝土叠合柱相比,承载力、延性和抗震耗能能力显著提高。

基于统一强度理论的矩形钢管混凝土短柱轴压承载力计算

考虑矩形钢管长边、短边对核心混凝土的不同约束作用,将其对核心混凝土所产生的侧向压力等效为圆形钢管对核心混凝土产生的均匀侧向压力,并采用双剪统一强度理论对钢管内核心混凝土的受力进行分析;提出了矩形钢管混凝土短柱简单、实用的轴压承载力计算公式,并对影响因素进行了分析;将该公式计算值与相应文献试验值、其他公式计算值进行了比较,吻合较好。结果表明:所推公式具有很好的适用性,为矩形钢管混凝土柱的研究提供了一定的理论依据。

长期荷载作用下矩形钢管混凝土轴压短柱力学性能

基于AC I209(1992)的徐变和收缩计算模型,在合理考虑长期荷载作用下钢管和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,利用ABAQUS软件建立了长期荷载作用下的矩形钢管混凝土轴压构件的数值分析模型。基于此理论模型,对长期荷载作用下矩形钢管混凝土短柱的受力特性进行了分析,对比了考虑长期荷载效应与否时钢管对混凝土的约束力、核心混凝土应力场等的影响。结果表明:长期荷载作用下矩形钢管混凝土的纵向应变随着截面高宽比β的增大而不断减小,外包钢管对混凝土角部横向约束力在高度L/2处最大,然后向构件两端逐渐减小。由于核心混凝土的徐变与收缩,构件截面出现了应力重分布。

底部加强型矩形钢管混凝土柱抗震性能试验与分析

提出了一种底部加强型矩形钢管混凝土柱,采取在柱底部区域钢板外侧贴焊钢板的构造措施,以提高其抗震耗能能力。进行了3个不同构造的矩形钢管混凝土柱模型的低周反复加载试验,模型1为普通矩形钢管混凝土柱,模型2为矩形截面底部垂直加载方向钢板外侧贴焊钢板的钢管混凝土柱,模型3为矩形截面底部双向外侧钢板均贴焊钢板的钢管混凝土柱。模型按1/5缩尺。分析了各模型的承载力、刚度及退化过程、延性、滞回耗能特性和破坏特征。给出了底部加强型矩形钢管混凝土柱正截面及斜截面承载力的计算公式,计算与实测结果符合较好。研究表明:所提出的底部加强型矩形钢管混凝土柱与普通矩形钢管混凝土柱相比,其承载力明显提高,延性和抗震耗能能力显著提高。

带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的偏压性能

通过对7个带约束拉杆和2个不设约束拉杆矩形钢管混凝土短柱的单向偏心受压试验,研究了偏心率、约束拉杆水平间距对矩形钢管混凝土短柱偏压性能的影响.试验结果表明:约束拉杆的设置有助于提高矩形钢管混凝土偏压短柱的延性,延迟钢管的局部屈曲;带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的偏压承载力随偏心率的增大而减小;在偏心率相同的条件下,试件延性随拉杆水平间距的减小而增大.试件承载力的数值计算结果与试验结果吻合良好,而国内现有规程的计算结果总体上低估了带约束拉杆矩形钢管混凝土偏压试件的承载力.

冷弯矩形钢管框架非线性有限元分析

冷弯矩形钢管冷成型过程提高了材料的屈服点和抗拉强度同时降低了延性,因而冷弯矩形钢管作为柱材在建筑结构抗震中的应用有待进一步研究。为了验证冷弯矩形钢管整体结构在抗震工程中的有效性,本文对冷弯矩形钢管框架(一榀两层两跨)与焊接箱形框架(一榀两层两跨)进行低周反复荷载作用模拟分析。非线性有限元分析表明,冷弯矩形钢管柱有很好的抗震性能。

方钢管混凝土组合异形柱传热性能

为了研究方钢管混凝土组合异形柱结构的传热性能,本文以河北省某方钢管混凝土组合异形柱钢结构住宅工程为研究对象,分析了采用钢管混凝土组合异形柱的结构角部的传热性能,对比了单一墙体、方钢管混凝土组合异形柱和普通矩形钢管混凝土柱的平均传热系数.通过分析发现,方钢管混凝土组合异形柱结构不会在热桥内表面产生冷凝结露的现象,钢管混凝土柱部位热桥的存在对外墙能耗的影响不大,采用方钢管混凝土组合异形柱的保温性能优于采用矩形钢管混凝土柱的保温性能.

核心筒偏置型倾斜立面高层建筑设计关键技术

本项目为94.5m高层建筑,具有核心筒偏置和倾斜立面的特性。设计思路采用弱化核心筒,减弱其偏置带来的质心刚心偏离的问题;选用BRB支撑调整扭转位移比并增加抗侧力二道防线;应用钢管混凝土柱来控制构件截面并提高施工速度。详述了结构的静力、动力特性,以及设计的关注点。采用动力弹塑性时程对结构在大震下的抗震性能进行验证,确定结构的薄弱部位和关键构件的塑性损伤情况。对倾斜立面柱首先从构造设计上进行加强,同时从计算角度分析楼板失效情况下结构的安全性。对跃层柱,采用欧拉屈曲公式计算构件的计算长度,保证了计算长度系数取值准确。通过上述分析总结,为类似项目提供参考。

往复偏心拉压荷载下矩形钢管混凝土柱工作性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土柱在往复偏心拉压荷载下的工作性能，进行了4个截面外廓尺寸为130mm×170mm的矩形钢管混凝土柱模型在往复偏心拉压荷载下的工作性能试验研究，其中：2个试件的钢板厚度为3mm，相应配钢率为8．14％，一个试件有栓钉，一个试件无栓钉；2个试件的钢板厚度为1．5mm，相应配钢率为4．07％，一个试件有栓钉，一个试件无栓钉。通过试验，对比分析了各试件承载力、刚度、延性和破坏特征。研究表明：矩形钢管腔体内设置栓钉可显著提高构件的抗拉和抗压性能；矩形钢管钢板厚度较大的试件对栓钉约束能力较强，可提高栓钉与混凝土的共同工作性能。

矩形钢管混凝土短柱强度研究

对8根不同参数的矩形钢管混凝土短柱进行了轴心受压试验,对试件的破坏形态进行了分析,提出了一个基于线性莫尔强度准则的轴心受压矩形钢管混凝土短柱的极限承载力计算公式,并用其他文献的试验成果进行了验算,计算结果与试验数据吻合良好,可为工程设计提供参考。与《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159:2004)进行了比较,表明规程提供的轴心受压短柱承载力计算公式是偏于安全的,设计结果是可靠的。

方钢管混凝土在钢结构住宅中的应用与计算

分析了方钢管混凝土结构的优点:具有塑性变形能力强、延性好、抗震性能优良等特性,并克服了其他钢结构(如H形钢结构、圆钢管结构)由于截面形状特殊带来的设计、施工及使用功能上的不便,成为住宅结构应用发展的方向.并进一步基于钢-混凝土组合理论,给出了钢管混凝土的承载力计算公式,并对方钢管混凝土异形柱在未来钢结构住宅结构中的应用提出了研究推广建议.

新型矩形钢管混凝土柱节点轴压传力机制研究

针对在矩形钢管混凝土柱楼层节点区钢管内设置分配梁和内环肋这种节点新形式,研究分析该设置传力构件的矩形钢管混凝土柱轴压荷载作用下的受力机理,揭示其能有效协调钢管壁与内部混凝土的变形与受力,迫使钢管壁与内部混凝土共同承受外荷载的功效.试验验证表明,节点设置传力构件改善了矩形钢管混凝土柱的受力性能,在此基础上提出了传力构件分配梁的设计方法.

大高宽比核心筒超高层结构设计关键技术

大高宽比核心筒超高层结构具有整体刚度弱,横风向风振明显等特点。提出了此类结构从结构体系、结构构件以及围护构件几方面的解决方案。以某大高宽比核心筒超高层结构为例,结构高度为249.4m,其核心筒高宽比达到19.7。详述了结构的静力、动力特性,以及设计的关键点。通过风洞试验、弹性分析,表明结构的承载力可以满足设计要求,且刚度合理。通过动力弹塑性分析,验证结构在罕遇地震下的结构承载机制和塑性铰出现顺序。对于加强层和内埋型钢的混凝土核心筒进行了针对性设计,确保伸臂桁架和核心筒有效连接,通过加强层楼板应力分析,验证了结构平面刚度满足内筒与伸臂桁架的共同作用。阐述了矩形钢管混凝土外框柱及型钢梁的设计方法。通过上述分析总结,为类似项目提供参考。

矩形钢管混凝土短柱受压承载力计算

在实验基础上,比较了矩形钢管混凝土轴心受压和偏心受压构件应用方钢管混凝土构件在GJB(2000)中轴压和压弯构件承载力的计算公式的差异;提出了在方钢管混凝土轴压承载力计算公式基础上的修正公式,即将原公式中的约束效应系数考虑截面长宽比的影响后乘以折减系数0 9.修正公式可供矩形钢管混凝土轴心受压柱参考.