圆钢管超高性能混凝土短柱偏压力学性能研究

为研究钢管超高性能混凝土短柱的偏压性能,以荷载偏心率和钢管径厚比为变化参数,设计了12个圆钢管UHPC短柱试件并对其进行偏心受压加载试验,分析了该类构件的破坏模式、荷载-挠度曲线、钢管应变和变形系数等,考察了主要因素对短柱偏压性能的影响规律。结果表明:试件的破坏特征为钢管屈服和核心混凝土压坏;荷载-挠度曲线有较明显的峰值点,偏心率越大和径厚比越小,曲线的下降段越平缓;达到60%峰值荷载时,钢管开始产生明显的约束作用,达到90%峰值荷载时,截面变形不再符合平截面假定;偏心率增大使试件的承载力和刚度下降,而径厚比减小可降低这种不利影响。在试验基础上,结合数值模拟对短柱的N-M曲线进行分析,建立了临界偏心率和套箍系数的关系表达式,并基于此提出短柱偏压承载力实用计算方法,理论与试验结果吻合较好。

冷弯型钢钢管混凝土柱-钢梁装配式节点抗震性能研究

为考察多高层框架结构体系中新型冷弯型钢装配式钢管混凝土柱-冷弯型钢拼合梁节点的抗震性能,设计并制作了一组足尺节点试件,对其进行不同轴压比下的拟静力试验.结合ABAQUS有限元分析,以轴压比、钢管柱壁厚、内填充混凝土强度等级为主要参数,研究节点试件在低周往复水平荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力、耗能能力、刚度退化等抗震性能.结果表明:在冷弯型钢柱内填充混凝土时,新型冷弯型钢装配式梁柱节点的承载力和耗能能力相比于空钢管柱节点整体有所提高,节点延性增加,节点仍保持“强柱弱梁”的失效模式.在低轴压比(0.2)下,钢管柱壁厚的增加对节点的耗能能力与承载力有一定的提升,其延性也有所增加;混凝土强度等级的变化对本文所研究“强柱”构造下的节点抗震性能几乎无影响,节点的滞回曲线基本一致,骨架曲线基本重合,节点的破坏形态保持不变,随着混凝土强度等级的增加,节点延性有所降低.但在高轴压比(0.8)下,钢管柱壁厚为2 mm和3 mm时柱刚度过弱,节点出现柱端压弯破坏;当钢管柱壁厚增加到4 mm时,节点破坏形态转变为梁端塑性铰破坏,因此应注意限制梁柱线刚度比,保证“强柱弱梁”的失效模式.本文研究成果对该新型节点用于多高层框架结构体系中的适用性及设计构造有一定参考意义.

某超高层项目钢管混凝土组合柱应用

某超高层项目荷载较大,导致框架柱截面较大,严重影响建筑空间使用。采用钢管混凝土组合柱,和型钢混凝土柱相比,标准层每根柱节约建筑有效使用面积1.5~1.8m^(2),结构主体成本节约近1000万元。提出了对钢管进行开孔的梁柱节点做法并分析五种不同节点方案,采用大型通用有限元软件ABAQUS进行仿真分析,充分考虑框架梁对节点的约束作用,得到五种节点方案的极限承载力及钢管的最大应力,结果表明采用钢管开孔的梁柱节点做法可行,并得到最合理的开孔形式;分别对7种不同箍筋形式进行受力性能分析,并考虑实际施工因素,得到最为合理的箍筋设置形式。

某250m超高层建筑的塔楼结构设计分析

某超高层建筑高度为249.9m高度,位于6度设防地震烈度区,是采用叠合柱、型钢剪力墙并带有斜柱转换的框架-核心筒(双筒)结构体系。分析了整体结构在地震作用下的变化,并采用有限元软件着重分析了斜柱、型钢剪力墙和楼层楼板等构件的受力特点。结果表明,结构可满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的预期抗震性能目标要求,承载能力、变形能力、层间弹塑性位移、层间位移角可满足抗震性能目标C的各项抗震性能水准要求。

CFRP约束方钢管混凝土轴压短柱的静力性能研究

进行16个CFRP约束方钢管混凝土轴压短柱的静力试验。试验结果表明,试件的破坏属于强度破坏,CFRP延缓了钢管的屈曲,受约束混凝土具有良好的塑性填充性能,CFRP的增加和混凝土强度等级的提高可以提高试件的承载力和刚度。钢管与CFRP可以协同工作。试件的荷载-应变曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。给出受约束混凝土的应力-应变表达式,模拟试件的荷载-应变曲线和变形模态,计算结果与试验结果吻合良好。

钢管再生混凝土长柱轴压受力性能试验研究

进行6根圆钢管再生混凝土长柱轴压的静力加载试验,观察试件受力的全过程和破坏形态,绘制出各试件的荷载-变形和荷载-应变关系曲线,分析长径比和套箍系数2个变化参数对试件变形和承载力的影响规律,采用国内外相关规程计算各试件的极限承载力并与实测值进行对比。结果表明:钢管再生混凝土轴压长柱受力过程经历了弹性阶段、弹塑性阶段和塑性下降阶段,均为弹塑性失稳破坏;长径比和套箍系数对钢管再生混凝土轴压长柱的受力性能均有影响,其中套箍系数影响较大;最后对于钢管再生混凝土长柱轴压的承载力计算及构件的设计提出建议。

复合钢管混凝土轴压柱承载机理分析

基于混凝土的塑性损伤模型对外方内圆型复合钢管混凝土柱轴压试件的承载机理进行研究,对比了复合钢管混凝土柱和单钢管混凝土柱在加载过程中横截面上混凝土的纵向应力分布规律,揭示了该组合构件的承载机理:复合钢管混凝土柱中核心混凝土受到内外层钢管的双重约束作用,因此,核心混凝土的轴向应力比单钢管混凝土柱的纵向应力大,极限承载力也随之增大;但夹层混凝土的纵向应力与单管混凝土纵向应力两者相差不大;在此基础上分析钢管壁厚及混凝土强度等级等参数对复合柱力学性能的影响.

某超限高层建筑结构方案比选与分析

长沙某超限高层建筑地下4层、地上66层,结构高度288.0m。项目位于6度抗震设防区,属于超B级高度多项不规则的超限高层建筑。采用钢管混凝土柱+钢筋混凝土梁+钢筋混凝土核心筒组成的框架-核心筒结构,根据分析结果分别于32层、49层设置加强层。重点介绍了1#楼前期结构方案比选比过程、结构基础设计以及性能化设计包括弹性计算、弹性时程分析、动力弹塑性分析等内容,同时还对钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱连接节点的设计与改进进行了阐述。分析结果表明,通过合理的结构布置、细致的分析和完善的加强措施,能使结构满足设计预定的抗震设防目标的要求。

基于不同结构形式新型桥墩抗震性能对比分析

研究目的:在高地震烈度的山岭和峡谷地区高墩大跨连续刚构桥被大量建造的同时,探索和寻求适用于高烈度区该类桥型高墩的新型结构形式非常必要。本文以二郎河特大桥为工程背景,根据该桥双肢薄壁高墩截面(RC墩),基于承载力和墩顶刚度相同的原则,优化设计两种新型高墩截面:钢板连接的钢管混凝土高墩截面(CFS-1墩)和双波折腹板连接的钢管混凝土高墩截面(CFS-2墩);运用OpenS ees建立模型,采用Pushover方法研究这三种高墩截面结构的滞回曲线、累积滞回耗能、等效粘滞阻尼系数、骨架曲线、延性性能、刚度特性,对比分析三种高墩结构抗震性能的优劣。研究结论:(1)相同轴压比条件下,基于滞回曲线、累积滞回耗能、等效粘滞阻尼系数的对比分析,CFS-1墩和CFS-2墩耗能能力远远高于RC墩,CFS-2墩耗能能力略高于CFS-1墩;基于骨架曲线、位移延性系数、等效刚度退化系数的对比分析,CFS-1墩和CFS-2墩塑形变形能力明显高于RC墩,CFS-2墩塑形变形能力略好于CFS-1墩;(2)优化设计的新型CFS-1墩和CFS-2墩的抗震性能总体优于RC墩;(3)CFS-2墩的抗震性能略强于CFS-1墩,说明钢管混凝土柱间的连接方式对整个桥墩的抗震性能有影响,本研究中双波折腹板连接优于钢板连接;(4)本研究成果可供类似桥梁结构体系设计时参考和借鉴。

钢管自密实轻骨料混凝土柱轴压性能试验研究

为了研究以免烧结粉煤灰陶粒作为骨料的钢管自密实轻骨料混凝土柱的轴压性能,首先,进行了自密实轻骨料混凝土配合比设计研究,比选出最优水胶比、陶粒掺量和粉煤灰掺量;然后,考虑含钢率、长细比等参数影响,设计了7个钢管自密实轻骨料混凝土柱试件和3个钢管自密实混凝土柱对比试件进行轴压试验研究.结果表明:钢管自密实混凝土柱的轴心受压承载力高于钢管自密实轻骨料混凝土柱;所有试件均为延性破坏,但内部混凝土破坏形态因套箍系数和长细比的不同分为弯曲破坏、强度破坏和剪切破坏;钢管在峰值荷载前进入屈服,钢管的约束使混凝土平均应变远大于峰值应变,变形性能得到显著提高.最后,基于极限平衡理论建立了轴压承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合良好.

FRP-钢-混凝土组合柱的研究现状

纤维增强聚合物(FRP)复合材料作为约束材料,已在组合柱中得到了大量研究与应用.其中组合形式主要包括FRP混凝土钢混合双管柱、FRP钢管混凝土柱以及FRP型钢混凝土柱.通过回顾和总结近几年国内外对于上述3种组合柱的研究成果,详细分析了组合柱的力学性能,并研究了各种组合柱的受力特点及组合柱中FRP、钢和混凝土3种材料之间的相互作用机理.结果表明:虽然针对FRP钢混凝土组合柱已进行了大量试验研究,但理论研究尚不成熟,今后的研究应基于理论分析与试验研究相结合,对FRP钢混凝土组合柱进行透彻研究,同时还需有效结合3种材料进行截面设计,从而提高组合柱的力学性能.

钢管混凝土柱-钢梁边柱外加强环螺栓连接节点抗震性能

传统钢管混凝土柱-钢梁外加强环焊接节点,由于环板上应力集中现象严重,环板与钢梁连接处易出现撕裂破坏。为此,提出了一种装配式螺栓连接节点形式,即将钢梁伸入上下外环板之间,钢梁翼缘与斜直边环板采用高强度螺栓连接,改变节点连接处传力路径,改善环板受力性能。进行了3个边柱节点拟静力加载试验,研究H型钢梁截面高度、外环板与H型钢梁翼缘高强度螺栓连接处盖板加设与否对节点抗震性能的影响。研究表明,外环板形状设计合理,外环板上塑性损伤可以忽略;在钢梁翼缘与外环板螺栓连接处内侧设置盖板,可使梁端塑性铰外移到环板范围之外的梁截面上,有效提高节点耗能能力。

基于性能的高层钢-混凝土混合结构住宅设计

结合建设部2004年科技示范工程-南宁湖滨大厦的设计,介绍钢-混凝土混合结构技术在高层住宅的应用。对高层住宅钢-混凝土混合结构体系进行受力特点和弹塑性性能分析,基本构件和节点的计算与设计,矩形钢管混凝土柱的耐火设计以及对减少该体系钢柱与混凝土墙体这两类竖向构件差异缩短提出相应措施,供同类工程参考。

带拉筋中空夹层钢管混凝土纯弯构件试验研究

为加强中空夹层钢管混凝土的力学性能,提出了在中空夹层钢管混凝土内外钢管间焊接双向对拉拉筋的构造措施。针对带拉筋中空夹层钢管混凝土纯弯构件受力性能开展了试验研究,研究配置拉筋对试件极限弯矩、抗弯刚度和横向变形系数的影响。采用合理的混凝土三轴受力状态本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS有限元软件建立并验证了带拉筋中空夹层钢管混凝土纯弯构件三维实体有限元模型,试验结果与有限元计算结果吻合良好;在此基础上,分析了拉筋对内外钢管应力及核心混凝土应力的影响,研究结果表明:拉筋能有效缓解了内外钢管的局部鼓曲,提高试件的极限弯矩、抗弯刚度;拉筋加强了内外钢管对混凝土的约束作用,使得内外钢管受力更加合理。

高性能钢管混凝土柱在水平低周反复荷载作用下的试验研究

进行了4根高性能钢管混凝土和2根高性能钢筋混凝土柱在水平低周反复荷载作用下的试验研究。试验结果表明:支座约束及钢管径厚比是影响高性能钢管混凝土柱抗震性能的主要因素,高性能钢管混凝土柱的滞回特性、位移延性和极限相对位移受其影响显著;钢管内埋于支座并配置一定数量的抗剪钢筋是一种有效的支座嵌固形式;相同含钢率的钢管混凝土抗震性能远较钢筋混凝土试件的抗震性能好。

宽厚比对足尺方钢管混凝土短柱抗震性能影响的试验研究

开展了6个横截面宽度为800 mm的方钢管混凝土(concrete filled steel tubular,CFST)短柱在恒定轴力和水平往复荷载作用下的加载试验,分析了钢管约束作用(宽厚比B/t=50,B/t=80和B/t=100)对足尺短柱破坏形态、滞回性能、延性性能、刚度退化和耗能能力等抗震性能的影响规律。结果表明:(1)该试验中,所有足尺方钢管混凝土短柱均发生压弯破坏,即在柱底部出现钢管环状鼓曲、核心混凝土压碎行为;(2)方钢管混凝土柱的延性能力随着宽厚比的减少(约束作用提升)并无明显改变,且足尺柱的延性能力明显低于已有试验中的小尺寸柱;(3)宽厚比对足尺方钢管混凝土柱的刚度退化和等效黏滞阻尼系数影响不大;但柱的总耗能随宽厚比的减小而增大;(4)随着宽厚比的减小,钢管约束效应提升,柱压弯承载力有所提高,但提高的幅度明显小于相关规范值。另外,与现有中国、美国、欧洲等设计规范计算结果对比发现,中国规范和欧洲规范的计算结果偏大,美国规范计算结果则较为保守。

武汉地铁徐家棚站“公铁合建”结构方案研究

研究目的:武汉地铁7号线徐家棚站为国内第一个大型换乘地铁车站与地下物业开发、越江公路隧道全面合建的地下工程,规模巨大,结构复杂;基坑超深,为目前国内最深的明挖地铁车站;站址距离长江800 m,地下水丰富,地质条件差;周边环境复杂,工程实施风险较大。采用何种施工工法、结构方案和施工措施保证本工程安全顺利地实施,是本文研究的重点和难点。研究结论:(1)本工程采用的盖挖逆作法施工和"先逆后顺再拆"特殊施工工序,是"公铁合建"超大超深基坑工程实施安全有效的工法,使本工程安全顺利实施;(2)双高压旋喷桩是先进的地连墙接缝止水防渗措施,使本工程地下水得到有效治理;(3)本工程为类似超大超深基坑止水帷幕和地连墙接缝止水防渗设计提供了成功范例,对上覆物业开发"公铁合建"新型地铁车站结构和基坑工程的研究、设计、施工具有较大的参考价值。

中空夹层钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓连接节点抗震试验研究

为了深入研究装配式圆中空夹层钢管混凝土组合框架节点的抗震性能和破坏机理,文章进行了4个中柱节点的水平低周反复加载试验。试件由圆套圆中空夹层钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁通过单边紧固高强螺栓和平齐或外伸端板连接组成。文中详细研究了试件破坏形式和组合楼板的裂缝分布规律,分析了滞回曲线、强度和刚度退化规律及耗能能力等,采用欧洲相关规范评价了此类装配式组合框架节点的刚性。试验结果表明,端板形式和柱截面空心率对此类装配式组合框架节点的承载力和耗能能力有明显影响。当端板形式相同时,柱截面空心率为0.61的节点承载力和总耗能比柱截面空心率为0.73的节点有明显提高;当柱截面空心率相同时,外伸端板连接节点的承载力和总耗能优于平齐端板连接节点。分析表明,装配式圆中空夹层钢管混凝土组合框架节点为半刚性连接、部分强度节点。研究成果可为此类新型装配式组合框架在实际工程中应用提供科学理论依据。

不锈钢管/普通钢管高强混凝土组合柱轴压力学性能研究

对7个不锈钢管/普通钢管高强混凝土组合柱的试件进行轴压试验,研究分析了混凝土的强度、内钢管的直径和壁厚对试件的极限承载力的影响。

L形双连接板实体式方钢管混凝土组合柱抗震性能研究

提出了一种采用双连接板的L形实体式方钢管混凝土组合柱,为了研究其抗震性能,设计了3个采用不同的钢管连接件的尺寸(宽度分别为100mm或200mm)、不同轴压比(0.4和0.6)的试件。对各试件施以不同的竖向恒载,进行了拟静力试验,讨论了试验参数对试件抗震性能的影响。结果表明:连接板宽度与水平峰值荷载和刚度呈正相关,增加连接板宽度对两者的提升很大,与延性和耗能能力呈负相关,增大连接板宽度两者有所下降,而且更宽的连接板会加剧强度退化和刚度退化;竖向恒载与水平峰值荷载和耗能能力呈负相关,加大轴压比导致两者均变小,且加剧了刚度衰减,但是能在一定程度上改善延性,强度退化也更均匀。通过有限元模拟研究了钢管壁厚度、钢管管径和钢材强度等级对组合柱受力性能的影响。结果表明:增大钢管壁厚度、钢管管径都可以显著加强L形双连接板实体式方钢管混凝土组合柱的水平峰值荷载和刚度,但变形能力即延性也明显下降;提高钢材强度等级则能使水平峰值荷载和延性都得到改善。