矩形钢管混凝土束风机塔筒风振特性研究

随着风电资源优势区开发逐渐饱和,风电开发的重心开始向风资源条件相对恶劣的低风速地区转移,分布式、大功率、高塔筒和长叶片已经成为风电行业发展趋势。基于此提出了一种新型的矩形钢管混凝土束风机塔筒,该塔筒由矩形钢管混凝土束拼接而成,具有强度高、刚度大和耗能能力强的优点。为研究该塔筒结构的风振响应特性,选用Kaimal脉动风速功率谱,采用谐波合成法模拟风荷载时程曲线,对其进行了动力时程分析,并计算了风振系数及等效静力风荷载。结果表明:该新型塔筒在额定风速下位移塔顶位移最大值为911.84 mm,对应的水平位移角为1/154,符合规范要求。塔筒各构件的强度较好,且具有较大的安全富余度。基于位移等效的阵风荷载因子法计算得到的风振系数值较低;在惯性风荷载法计算得到的等效静力风荷载作用下,结构位移、基底剪力与结构随机振动分析得到的基本一致。

Push-Over Analysis of the Seismic Behavior of a Concrete-Filled Rectangular Tubular Frame Structure

To investigate the seismic behavior of concrete-filled rectangular steel tube （CFRT） structures, a push-over analysis of a 10-story moment resisting frame （MRF） composed of CFRT columns and steel beams was conducted. The results show that push-over analysis is sensitive to the lateral load patterns, so the use of at least two load patterns that are expected to bound the inertia force distributions is recommended. The M-Ф curves and N-M interaction surfaces of the CFRT columns calculated either by Han＇s formulae or by the USC-RC program （reinforced concrete program put forward by University of Southern Califonia） are suitable for future push-over analyses of CFRT structures. The P-A effect affects the MRF seismic behavior seriously, and so should be taken into account in MRF seismic analysis. In addition, three kinds of RC structures were analyzed to allow a comparison of the earthquake resistance behavior of CFRT structures and RC structures. The results show that the ductility and seismic performance of CFRT structures are superior to those of RC structures. Consequently, CFRT structures are recommended in seismic regions.

多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向抗震性能试验研究

用于异形柱框架结构的各种截面型式的多腔钢-混凝土组合柱具有良好的使用功能和可装配建造性能,与异形柱面外有侧肢不同,保证矩形截面壁式柱弱轴方向的抗震性能更为重要。为了探究多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向的抗震性能与受力机制,运用低周往复荷载试验与有限元分析相结合的方法开展研究。结果表明:压弯荷载作用下,多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向的滞回曲线饱满,其全过程受力可划分为稳定承载、转化过渡和峰后二阶效应显现三个阶段,试件对应的两个特征分界点的层间位移角分别为1/57和1/27;试件屈服点和失效破坏点对应的层间位移角分别为1/85和1/23,均大于规范限值,延性系数为3.73;两端钢管、中间钢板和腔内混凝土可协同受力,混凝土未见明显压碎和开裂,钢管和钢板未见明显损伤;所得有限元模拟结果与试验结果吻合度高,骨架曲线平均相对误差为4.6%。上述成果深化了对多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向抗震性能的认知,为工程应用提供了参考。

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。

石化压缩机厂房矩形钢管混凝土柱刚度计算对比分析

利用Midas软件建模,对比计算了矩形钢管混凝土、混凝土和H型钢3种不同截面类型柱工业厂房的侧向位移,结果显示钢管混凝土柱刚度提高优势明显。钢管混凝土是1种组合材料,基于目前组合材料刚度的叠加折减理论,列举了国内外规范换算刚度的计算公式,相关规范将混凝土和钢管的线性叠加折减得到钢管混凝土组合截面刚度刚度,混凝土刚度的折减考虑混凝土开裂。为了研究钢-砼组合构件界面间相互作用的影响,通过Abaqus软件对钢管混凝土柱中钢-砼组合构件的相互作用建模并进行有限元分析,对比了钢管混凝土柱在受压,受弯等不同的工况下应力应变状态,分析了钢管混凝土容易破坏的部位,为计算和设计提供了依据。

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——矩形钢管混凝土柱

截面高宽比h/b大于2.0的矩形钢管混凝土柱具有较好的外观优势,能避免室内出现凸柱现象,随着实际应用日渐增多,对其的研究也越发深入。根据《隐式钢管混凝土结构技术规程》(T/CECS 951—2021)和《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159:2004)两本规范给出的条文对构件的计算结果及构造要求进行了对比。计算对比包括截面塑性发展能力、单向压弯荷载作用下的截面强度及单向压弯荷载作用下的平面内稳定承载力等三个方面。计算结果将再与多组实际试验结果进行对比,根据两者计算偏差判断规范公式的合理性。构造方面主要对比截面尺寸、长细比、宽厚比、轴压比及强柱弱梁验算公式和免除强柱弱梁验算的条件。结果表明,相比于CECS 159:2004,T/CECS 951—2021更接近实际试验结果,计算公式更合理,构造要求规定更全面。

风力机塔筒双盖板穿芯螺栓连接疲劳性能研究

提出一种矩形钢管混凝土束风力机塔筒结构,并对该塔筒结构双盖板穿芯螺栓连接节点进行高周疲劳试验和有限元分析,得到节点的疲劳破坏模式和疲劳寿命。结果表明:矩形钢管混凝土束风力机塔筒双盖板穿芯螺栓连接节点疲劳破坏模式为高强螺栓受剪破坏,破坏集中在钢板连接处。螺栓在钢砼连接面和螺帽处产生疲劳裂纹,在剪切疲劳作用下,穿芯螺栓断裂为3段。有限元分析表明,螺栓规格对试件疲劳性能影响较大,增加螺栓直径,能提高节点的疲劳寿命,但疲劳极限值会减小;盖板厚度对疲劳性能影响不明显。

矩形钢管混凝土柱与H型钢梁偏心连接节点有限元分析

为保证主要建筑空间的效果,矩形钢管混凝土柱与H型钢梁间较多采用偏心连接。本文结合一装配式高层钢结构住宅案例,介绍了相关的设计,并利用ABAQUS软件对钢管混凝土柱-钢梁偏心连接节点进行了节点受力分析。节点有限元分析表明,本项目案例中满足规范构造要求的钢管混凝土柱-H型钢梁偏心连接节点承载力可满足大震弹性的要求。钢管混凝土柱-H型钢梁偏心连接节点在达到节点极限承载力时塑性区分布与中心连接节点的塑性区分布有较大不同,两者屈服机制有较大不同。

矩形钢管混凝土中长柱轴压性能研究

为研究矩形钢管混凝土中长柱的轴压性能,基于合理的混凝土和钢材本构模型,采用有限元软件ABAQUS建立三维实体精细化足尺中长柱有限元模型,该模型考虑钢管与混凝土之间相互作用、初始缺陷。试验结果验证了该方法的准确性。在此基础上,全面分析了中长柱加载过程的变形规律,详细考察了中长柱破坏模式,进而揭示了矩形钢管与核心混凝土之间的相互作用。最后,探讨了混凝土强度、钢材屈服强度、截面含钢率、截面长宽比以及长细比对矩形钢管混凝土轴压中长柱稳定系数的影响。研究表明:长细比对矩形钢管混凝土中长柱稳定性影响较大,其次是截面含钢率,而混凝土强度、钢材屈服强度和截面长宽比的影响非常小,可忽略不计。

矩形钢管混凝土构件压扭和弯扭受力下的力学性能

为研究矩形截面钢管混凝土构件压扭和弯扭的力学性能,使用ABAQUS有限元分析软件建立构件力学模型,计算20个圆形和方形截面的钢管混凝土构件压扭和弯扭的数据,并将其与实验结果进行比较。利用典型算例分析材料参数、几何参数和加载参数对矩形钢管混凝土构件压扭、弯扭力学性能的影响。结果表明:在材料参数和几何参数条件相同的情况下,轴压比和弯矩比的增加都会使构件极限承载力降低;在几何参数和加载参数条件相同的情况下,钢材强度和截面含钢率的提高可以增加压扭与弯扭构件的极限承载力;在材料参数和加载参数条件相同的情况下,长细比影响压扭构件稳定性,对细长构件极限承载力影响较大。最后,依据相关分析,给出矩形钢管混凝土构件压扭和弯扭极限承载力的简化计算公式。

往复荷载作用下矩形钢管混凝土构件力学性能的研究

以往 ,国内外学者对矩形钢管混凝土构件滞回性能的研究尚少见报道。本文以矩形钢管混凝土构件截面高宽比和轴压比为主要参数 ,进行了 3 0个构件滞回性能的实验研究。利用数值方法分析了矩形钢管混凝土构件的滞回性能 ,理论计算结果与实验结果吻合较好。利用数值方法 ,系统分析和考察了轴压比、长细比、含钢率、截面高宽比、钢材屈服强度和混凝土强度等参数对滞回曲线骨架线的影响规律 ,在此基础上 ,提出了矩形钢管混凝土构件弯矩 -曲率和P -Δ滞回关系模型 ,以及位移延性系数的简化计算方法。

方钢管混凝土框架结构的push-over分析

对一个 10层方钢管混凝土框架结构进行了push over分析 ,为方钢管混凝土框架结构的抗震性能分析提供了参考数据。在此基础上与钢筋混凝土框架结构的push over分析结果进行了对比研究 ,从理论上比较了两种结构的动力特性。

轴心受压方钢管混凝土短柱的性能研究:I试验

介绍了包括方钢管混凝土短柱、方钢管短柱以及素混凝土短柱在内共 １４个试件的轴心受压试验结果，研究了方钢管混凝土短柱的破坏机理、延性和极限承载力，讨论了影响方钢管混凝土轴压短柱性能的主要因素，包括钢管的宽厚比、混凝土的强度等级等。

矩形钢管混凝土桁架设计

根据国内外矩形钢管和矩形钢管混凝土结构规范、规程和有关研究成果 ,提出了矩形钢管混凝土桁架设计的构造要求、桁架杆件和节点设计与计算方法 ,可供工程技术人员设计时参考 ,并为我国《矩形钢管混凝土结构技术规程》

低周反复荷载下方钢管混凝土框架抗震性能的试验研究

通过对一榀两跨三层的方钢管混凝土组合框架在低周反复荷载作用下的模型试验,深入研究了方钢管混凝土组合框架的滞回性能、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。研究结果表明:方钢管混凝土结构的抗震性能优于混凝土结构。

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 。

PBL加劲型矩形钢管混凝土界面粘结-滑移性能

对开孔钢板连接件(PBL)加劲型钢管混凝土构件界面粘结性能进行研究,以PBL加劲肋的开孔间距、开孔孔径、混凝土粗骨料粒径为参数,进行了该类试件抗剪性能的推出试验,并与普通钢管混凝土试件进行了界面粘结强度、抗剪刚度等参数的对比分析,提出了钢管混凝土内PBL加劲肋承载力受混凝土粗骨料含量影响的修正计算方法。结果表明:通过设置PBL加劲肋可以明显提高钢管混凝土的界面抗剪承载力和刚度,其粘结强度受加劲肋开孔参数的影响;引入的PBL抗剪承载力公式修正系数与开孔板内混凝土榫的粗骨料面积比呈线性关系。

矩形钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究与分析

通过9个节点模型的低周反复荷载试验,研究了方钢管混凝土柱与钢梁相接节点的抗震性能。试验结果表明,试件有很好的弹塑性变形能力和较好的耗能能力,滞回曲线比较饱满;达到最大承载力时,大部分试件的钢管柱转角即层间位移角超过1/100;承载力下降时,滞回曲线的捏拢不明显;含钢率对内隔板式节点承载力影响很大,尤其是柱壁厚度;内隔板节点比锚定式节点具有更好的承载能力,但延性比后者要小;T字形节点压弯性能比拉弯性能更好。用ANSYS程序对试验进行了计算机模拟对比。

单面受火的矩形钢管混凝土柱截面温度场分析

运用有限元分析软件ANSYS建立了单面火灾作用下矩形钢管混凝土柱截面温度场计算模型,并将计算结果与以往试验结果进行对比,理论分析结果与试验结果吻合良好.在此基础上,对单面火灾和四面火灾作用下矩形钢管混凝土柱截面温度分布形式进行了对比分析,分析表明,单面火灾作用下,矩形钢管混凝土柱截面温度整体较低,材料损伤程度较轻,因而有利于提高构件的抗火性能.但截面温度分布呈单轴对称,产生初始挠度与附加偏心距,明显区别于四面火灾作用下构件的耐火性能.在工程常用范围内,分析了升温时间、含钢率、截面宽度、高宽比、保护层种类及厚度等参数对矩形钢管混凝土截面温度场的影响规律.结果表明:升温时间、截面宽度、保护层种类及厚度对矩形钢管混凝土温度场影响较大.温度场研究结果为单面火灾作用下矩形钢管混凝土柱耐火性能分析和抗火设计提供了理论基础.

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。