钢管混凝土柱在纯扭和压扭荷载下的抗震性能研究

为研究钢管混凝土的抗扭性能,完成8个钢管混凝土柱试件在纯扭和压扭荷载下的拟静力试验,变化截面形式、含钢率和轴力大小等参数。试验结果表明:钢管混凝土柱在往复扭矩荷载作用下的滞回曲线非常饱满,没有"捏拢"现象产生,卸载刚度几乎等于初始弹性刚度,试件的强度和刚度的损伤退化程度较低,具有较好的耗能能力。轴力较小时,轴力对钢管混凝土柱的抗扭承载力有提高作用,且延性较好;但轴力较大时,轴力将削弱钢管混凝土柱的抗扭承载力。在纯扭荷载作用下,钢管内的混凝土由于斜向开裂形成螺旋斜压杆,斜向压力的轴向分量由钢管的轴向拉力平衡,导致钢管存在拉应变。在纯扭和压扭荷载作用下,钢管剪应变与扭转角之间存在较好的线性关系。基于试验结果和已有文献研究成果,较为全面地分析钢管混凝土的抗扭机理,为进一步开发可考虑扭转作用的钢管混凝土杆系单元提供研究基础。

压弯剪扭钢筋混凝土十形柱抗震性能试验研究

为研究压弯剪扭复合受力钢筋混凝土十形柱的抗震性能,以扭弯比、轴压比为变化参数,设计6个钢筋混凝土十形柱试件进行恒定轴力反复弯剪扭的加载试验,观察试件的破坏过程和形态,获取扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线以及试件的开裂、屈服、峰值和破坏等特征点参数。基于试验数据,详细分析了压弯剪扭复合受力该类柱的极限承载力、位移延性、层间侧移角、能量耗散、强度及刚度退化等抗震性能指标。结果表明:在扭弯比小于0.21且轴压比小于0.34范围时,低周反复压弯剪扭钢筋混凝土十形柱的破坏形态表现为弯扭和扭剪破坏,滞回曲线呈捏拢状的S形,位移延性系数超过3.0,开裂时的侧移角大于1/550,破坏时的侧移角大于1/40,能满足我国建筑抗震设计规范要求;扭矩的存在使得材料的损伤更严重,耗能更大。

L形异形柱抗弯能力方向异性与合理作用效应组合研究

L形异形柱由于形心主惯性轴与柱肢轴线不平行,其正截面双偏压曲线表现出较强的方向异性特征。采用截面数值积分方法,通过大量参数分析研究了等肢L形异形柱量纲一承载力方向异性与轴压比、肢长厚比和纵筋配筋特征值之间的关系,得出在绝大多数参数范围内,最不利受荷方向承载能力都小于坐标轴方向承载能力的最小值,并且最大相差可达23%,配筋设计时若沿用传统的以坐标轴方向为主的作用效应组合,则难以确保其在最不利受荷方向上的能力验算得到满足。针对这一问题提出补充最不利受荷方向上的作用效应组合,并对组合系数的取值给出简化建议。进一步定量分析了简化系数的误差。最后给出考虑与不考虑最不利作用方向组合的工程实例对比分析。

碳纤维布加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁抗扭性能的理论分析

对碳纤维布(CFS)加固的弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能进行理论分析。文中针对4根CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能的模型试验,基于修正的斜压场理论,集中考虑剪扭应力相加面的应力分布,并将混凝土软化系数提高25%,建立CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭承载力的计算方法。通过对4根箱梁试件的极限抗扭承载力的理论计算,并将计算结果与模型试验结果进行对比和分析,发现两者符合较好,其比值的平均值为0.9215,标准差为0.0320,变异系数为0.0347;对箱梁试件的试验破坏截面与理论破坏截面位置不一致的现象给出很好的解释;并与其他计算方法所得的计算结果取得一致。最后得出结论:修正的斜压场理论模型概念明确、安全可靠,可以作为CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的极限抗扭承载力的设计计算方法。

钢连梁埋入混凝土剪力墙节点弯剪承压破坏有限元分析

在已有钢连梁埋入混凝土剪力墙节点试验的基础上,通过ANSYS有限元模拟结果与已有试验结果的对比分析,验证了有限元模拟的可靠性;通过6组不同参数下的钢连梁埋入混凝土剪力墙节点有限元模型,分析了剪力墙混凝土强度、墙体配筋率、墙体轴压比、钢梁高度、钢梁翼缘宽度、钢梁埋置深度对该种节点在弯矩剪力共同作用下发生承压破坏对应的承载力的影响,得出了定性结果。

复合受扭型钢混凝土L形柱抗震性能试验研究

为研究压弯剪扭复合受力下实腹式型钢混凝土L形柱的抗震性能,以扭弯比、肢高肢厚比为变化参数,设计了6个实腹式型钢混凝土L形柱试件,在恒定轴力反复弯剪扭的加载试验,观察试件的破坏过程和破坏形态,获取扭矩—扭转角滞回曲线和荷载—位移滞回曲线以及试件的开裂、屈服、峰值和破坏等特征点参数。基于试验数据,详细分析了压弯剪扭复合受力下柱的极限承载力、位移延性、层间侧移角、能量耗散、强度及刚度退化等抗震性能指标。结果表明,低周反复压弯剪扭实腹式型钢混凝土L形柱的破坏形态主要表现为弯曲、弯剪和弯扭破坏;其滞回曲线呈中间捏拢的非对称反S形,扭矩—扭转角滞回曲线在峰值荷载后出现"荷载跌落"现象;位移延性系数大于扭转延性系数,但二者均小于3.0;破坏时的侧移角普遍小于扭矩1/50,低于我国现行抗震设计规范的要求;试件耗能前期以扭转耗能为主,后期以弯曲耗能为主。

正弯矩和拉力共同作用下刚性组合节点承载力计算方法

框架结构中某柱发生失效会造成梁跨度增加,进而导致梁的内力增大、跨中挠度变大,作用在失效柱上方节点的荷载组合也由负弯矩转变为同时存在的拉力和正弯矩.针对此工况,本文对在正弯矩和拉力作用下的刚性钢-混凝土组合节点进行内力分析,采用内力平衡法推导了拉弯承载力公式,并与相应的组合梁及钢梁的公式进行对比.同时利用ABAQUS有限元软件建立组合节点的有限元分析模型,得到不同参数下钢-混凝土组合节点的拉弯相关曲线,并与本文所提出的公式的计算结果进行了对比,两者吻合较好,为刚性组合节点在拉力和正弯矩共同作用下的拉弯受力设计提供了一定的参考依据.

混凝土剪力墙埋入钢连梁节点性能的有限元分析

利用ABAQUS建立了4组不同参数下钢梁埋入混凝土剪力墙节点的有限元模型,分析了剪力墙轴压比、钢梁高度、钢梁埋入混凝土剪力墙长度、钢梁在不同的弯矩和剪力组合作用下对该节点承载力的影响。结果表明,随着轴压比的增大,节点承载能力降低;在一定范围内,随钢梁高度和埋入长度的增加节点承载能力提高;节点承压破坏时,所能承受的弯矩越大,则抗剪承载力越小,弯矩和剪力之间呈现负相关性。

压弯剪扭实腹型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢混凝土(SRC)柱在压弯剪扭复合受力状态下的抗震性能,以截面尺寸、型钢含钢率、纵筋配筋率、体积配箍率和栓钉位置为变化参数,完成了12根型钢混凝土柱和1根钢筋混凝土(RC)对比柱的压弯剪扭低周反复试验。观察了试件在复合受扭状态下的破坏形态,对比分析了各试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能及延性性能。结果表明:在压弯剪扭受力状态下,所有试件均发生弯扭破坏;荷载-柱顶位移滞回曲线呈饱满的梭形,扭矩-扭转角曲线为捏拢的“S”形;增大截面尺寸和配筋率可有效提高SRC柱的抗扭和抗弯承载力;峰值荷载前,抗扭刚度的退化速率明显快于抗弯刚度的退化速率,增大型钢含钢率和配筋率可延缓SRC柱的刚度退化;SRC柱的抗弯耗能能力优于抗扭耗能能力,扭转延性大于弯曲延性;与方形截面相比,矩形截面具有更好的扭转变形能力;在工字钢翼缘上焊接栓钉可有效提高SRC柱的抗震性能;根据现行规范和试验数据,提出SRC柱构造设计的相关建议和扭转耗能退化的经验公式。

水岩作用下红层泥岩蠕变特性

水岩作用下软岩蠕变特性的研究对真实水环境下岩土工程长期稳定性有重要影响。采用轴压水压联合作用岩石流变试验系统,研究了滇中地区红层泥岩不同应力及水压作用下的蠕变特性。研究结果表明:岩样在低应力水平下以瞬时变形为主,蠕变曲线主要呈现出衰减蠕变和稳态蠕变阶段特征,仅在最后一级应力条件下出现加速蠕变阶段;相同水压条件下,泥岩瞬时应变、蠕变应变及蠕变速率均随加载应力的增大而增大,且水压越大,应力对泥岩蠕变的影响越敏感;相同应力条件下,泥岩蠕变应变、蠕变速率以及蠕变变形占总变形的比例均随水压的增大而增大,且应力水平越高,增大水压对泥岩蠕变特性的影响越显著。研究成果对于保证真实水环境下软岩工程安全具有重要的工程意义。

基于构件直接分析法的高强钢压弯构件平面内稳定研究

基于构件直接分析法,建立了横向荷载作用下两端简支初弯曲压弯构件平面内稳定的通用分析过程,得到了挠度的一般表达式和二阶弯矩的一般表达式。以全跨均布荷载、跨中集中荷载作用下初弯曲压弯构件为研究对象,采用数形结合法确定了最大二阶弯矩的位置,得到了对应的最大二阶弯矩、C_(mx)系数的表达式,基于边缘屈服准则确定了轴压力-弯矩相关方程。对比了C_(mx)系数与《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中的等效弯矩系数,并通过数值算例验证了分析结果的正确性。结果表明:对于横向荷载作用下两端简支初弯曲压弯构件的平面内失稳,不需要采用等效弯矩概念和等效弯矩系数进行内力的确定,GB 50017—2017中的等效弯矩系数未实现等效的效果;当采用《高强钢结构设计标准》(JGJ/T 483—2020)设计压弯构件的平面内稳定时,建议采用C_(mx)系数代替GB 50017—2017中的等效弯矩系数。

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。

现行规范剪力墙轴压比限值的研究和探讨

现行规范中对剪力墙轴压比的计算仅考虑重力荷载代表值的轴向压力作用,基于此概念的剪力墙轴压比限值规定存在值得商榷之处。通过对一个具体工程案例的研究和分析,提出了对剪力墙截面在罕遇地震作用下,应力计算时考虑压弯共同作用的计算方法,将原来控制墙肢轴压比的思路转变为控制墙肢的应力比。采用了三种地震作用计算方式对嵌固端楼层剪力墙进行罕遇地震作用下的墙肢应力计算,根据约束条件和受力条件的不同,每个墙肢选取三个关键部位进行计算。计算结果表明,考虑压弯共同作用的计算方式能更有针对性地控制剪力墙的应力比,即便按照现行规范方式计算的墙肢轴压比已经超过限值,也能确保其在罕遇地震作用下混凝土不被压溃;采用控制罕遇地震作用下墙肢应力比的方法,能够优化墙肢截面,使其混凝土抗压性能得以充分发挥。

钢管混凝土柱轴压力-弯矩-扭矩空间复合受力拟静力试验研究

采用自行设计的压力-弯矩-扭矩复合受力加载装置,基于力-位移混合控制加载方法,完成了8个钢管混凝土柱试件在压-弯-扭等复合荷载作用下的拟静力试验,变化了截面形式、加载方式和弯扭比等参数。试验结果表明:圆钢管混凝土柱和矩形钢管混凝土柱在压-弯-扭等复合受力往复荷载作用下的滞回曲线较为饱满,没有"捏拢"现象产生,具有较好的耗能能力;弯扭比较大的矩形钢管混凝土试件在扭转角较大时由于钢管底部局部屈曲较为明显,存在承载力退化现象;钢管混凝土截面轴向应变基本满足平截面假定;弯矩的存在将削弱钢管混凝土柱的受扭能力;在压-弯-扭等复合受力往复荷载作用下,钢管剪应变与扭转角之间存在较好的线性关系。对试验实测结果和已有文献分析表明:在弯扭比较大时由主压应力导致钢管表面发生局部鼓曲而破坏,弯扭比较小时,主拉应变将导致钢管混凝土柱表面在低周往复荷载作用下开裂。研究成果可为进一步开发考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁单元提供基础性依据。

考虑焊缝几何缺陷影响时整体与局部轴向压力共同作用下薄壁圆柱壳稳定性分析

大型薄壁圆柱壳结构广泛应用于化工、电力等工程中,壳内通常需设置一些设备支承梁,常采用在壳壁上开矩形孔洞,将梁与壳壁焊接连接。壳壁因此承受由梁传递来的局部轴向压力,同时承受由上部壳体、顶盖等自重形成的沿环向均匀分布的整体轴向压力。该文考虑环向焊缝初始几何缺陷的影响,对开洞环向跨角小于10°的先作用整体轴压,后作用局部轴压的218个薄壁圆柱壳的稳定性进行了非线性数值分析。研究表明开洞上方环向焊缝缺陷对于柱壳局部轴压下的稳定承载力影响很小,但会显著削弱后屈曲承载能力。开洞下方最不利的焊缝缺陷位置受整体荷载水平和开洞尺寸的影响而改变。随着整体荷载水平提高,柱壳局部轴压下的稳定承载力降低。整体荷载水平较低时,柱壳局部轴压稳定承载力随着焊缝缺陷幅值的增大而减小;整体荷载水平较高时,柱壳局部轴压稳定承载力随着焊缝缺陷幅值的增大而增大。根据大量数值计算结果提出了整体与局部轴向压力共同作用时的圆柱壳稳定性设计建议。

压-弯-剪-扭复合受力钢筋混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合受力下钢筋混凝土L形截面柱的抗震性能,以扭弯比、轴压比为变化参数,设计6个钢筋混凝土柱试件在恒定轴力和反复弯-剪-扭复合作用下的加载试验.观察试件的破坏过程和形态,得到其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线,以及试件的开裂点、峰值荷载点和破坏点等特征参数.基于试验数据,分析扭弯比和轴压比变化对钢筋混凝土L形截面柱的压碎区高度、钢筋应变、承载力、位移延性、层间侧移角、耗能能力、承载力及刚度退化等抗震性能指标的影响.结果表明:低周反复压-弯-剪-扭钢筋混凝土L形截面柱破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭剪破坏,滞回曲线呈捏拢的S形,随着扭弯比的增大,柱根部压碎区高度变小,翼缘裂缝发展更为完善,纵筋应力增大,箍筋应力减少,开裂荷载和受扭承载力均有提高,试件扭转延性提高但位移延性降低,初始刚度较小且退化更为平稳;而轴压比则与受扭承载力和弯曲刚度密切相关,轴压比越大,受扭承载力越大,弯曲刚度提高;试件弯曲耗能的等效黏滞阻尼系数在0.08~0.28之间,扭转耗能的等效黏滞阻尼系数为0.13~0.23,试件耗能占比由初期扭转耗能为主向弯曲耗能转变,L形截面柱性能水平对应的层间位移角均能满足相关规范要求.扭矩的存在对试件抗震性能削弱较大.

压-弯-剪-扭复合受力下空腹式角钢骨架混凝土柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合作用下空腹式角钢骨架混凝土(OTSRC)柱的抗震性能,以扭弯比、轴压比、剪跨比、腹杆配箍率和保护层厚度为试验参数,完成了10根OTSRC柱的压-弯-剪-扭低周反复加载试验。观察OTSRC柱在复合受扭状态下的破坏特征,分析各参数对其滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、刚度退化等抗震指标的影响规律。结果表明:随扭弯比增大,OTSRC柱依次发生弯曲破坏、弯扭破坏、扭转破坏;剪跨比减小后,破坏形态由弯扭破坏转变为剪扭破坏;OTSRC柱的扭矩-扭转角滞回曲线存在明显的捏缩现象,荷载-柱顶位移滞回曲线为饱满的梭形;扭弯比由0.42增至∞时,OTSRC柱的受扭承载力提高146.8%,其抗扭刚度退化减慢,抗弯刚度退化加快;增大腹杆配箍率对OTSRC柱的变形性能影响较小;OTSRC柱的受弯耗能能力优于受扭耗能能力,因此其在复合受扭状态下易发生扭转破坏;在压-弯-剪-扭复合受力状态下,为保障OTSRC柱的层间位移角满足设计要求,剪跨比应不小于2.5。

考虑行波效应的盾构隧道纵向抗震分析

为研究盾构隧道结构和接头处纵向抗震能力,采用纵向等效刚度的地层-结构模型,考虑行波效应,计算了不同激励波型下隧道纵向动力响应,验算了在弯矩和轴力协同作用下盾构隧道衬砌环缝张开量及螺栓应力。计算表明:考虑行波效应下地震波激振时,剪切波作用下隧道纵向以承受水平面内弯矩为主;45°剪切波作用下隧道纵向同时承受轴向拉压力和水平竖直面内弯矩;在压缩波作用下,隧道纵向主要承受轴向拉力和压力,同时存在一定的竖平面内弯矩,对隧道结构安全性更不利,易使盾构隧道结构发生破坏。

夹板式单层玻璃板承载性能的简化设计方法

夹板式幕墙系统是一种新兴的玻璃幕墙体系,且近年来工程实践发展迅速,但其理论与设计方法的研究却远滞后于它的实际应用,尤其是目前的规范尚未对夹板式玻璃板承载性能的设计方法做出规定。本文在试验和大量有限元参数分析工作的基础上,提出了夹板式单层玻璃板面外受弯、面内局部承压以及压弯共同作用的受力性能简化设计方法,通过设计方法与试验结果的对比,进一步论证了简化设计方法的有效性。

负弯矩下蜂窝组合梁腹板屈曲研究

为了研究负弯矩及剪力共同作用下钢-混凝土蜂窝组合梁腹板屈曲性能,在对两根蜂窝组合梁和一根蜂窝钢梁试件进行静力加载试验的基础上,建立了含初始几何缺陷的蜂窝组合梁的非线性有限元模型,对经过验证的有限元模型进行参数研究,分析开孔率、腹板高厚比对蜂窝组合梁腹板屈曲性能的影响。研究表明:蜂窝梁上设置混凝土板可以提高试件屈服荷载和极限荷载,对腹板抗屈曲能力有一定提升;腹板高厚比对腹板屈曲性能影响较为显著,减小腹板高厚比可以提高组合梁的屈曲荷载,增强试件腹板抗屈曲性能;开孔率对腹板屈曲性能影响较大,减小开孔率可以提高组合梁的屈曲荷载;当高厚比在58以下时蜂窝组合梁强度破坏先于稳定破坏发生。