中空角钢-钢管混凝土叠合柱轴压性能研究

目的研究中空角钢-钢管混凝土叠合柱的轴压性能,给出相应的轴压承载力简化计算公式。方法采用有限元法对叠合构件荷载-应变关系计算,与已有试验数据对比验证;在此基础上,分析叠合构件破坏模态、内力分布以及接触应力等工作机理;以不同材料强度下空心率和含钢率为主要参数分析叠合柱轴压承载力。结果空心率由30%增加至50%和70%时,叠合柱极限承载力分别降低了9.64%和22.69%;含钢率由5.0%增加至6.0%和7.0%时,叠合柱极限承载力分别增大了8.72%和16.21%。引入混凝土强度增强系数k后得到的轴压承载力公式计算结果与有限元结果最大误差为2.8%,简化计算公式可以较好地预测构件轴压承载力。结论中空角钢-钢管混凝土叠合柱具有较好的轴压承载能力,可满足工程应用。

复式空心钢管混凝土柱抗爆性能及损伤研究

通过爆炸试验,对复式空心钢管混凝土柱抗爆性能及损伤程度进行研究,并结合所得试验数据进行数值模拟,分析并建立柱的损伤评估准则。结果表明:在折合距离为0.14m/kg^(1/3)试验条件的爆炸荷载作用下,复式空心钢管混凝土柱迎爆面柱中发生了明显的塑性弯曲变形;柱迎爆面压力峰值柱中最高、柱底次之、柱顶最小,且爆炸冲击波对迎爆面柱中造成的破坏最为强烈、柱底次之、柱顶最小;柱端部节点强度与构件整体强度协调对提升复式空心钢管混凝土柱的抗爆性能尤为重要。最终建立了基于固端约束下复式空心钢管混凝土柱中挠度的超压-冲量(P-I)损伤准则及判定公式。

中空钢管混凝土叠合柱偏压力学性能研究

目的研究中空钢管混凝土叠合柱偏压力学性能,并提出承载力简化计算公式。方法采用有限元软件对不同破坏模式下典型构件的荷载-挠度曲线进行分析,定义5个特征点,研究不同特征点处和不同破坏模式下试件的工作机理;通过改变偏心率、钢管直径研究构件约束机理以及荷载-挠度曲线,最后采用叠加理论和极限平衡理论提出中空钢管混凝土叠合柱偏压承载力简化计算公式。结果钢管直径由60 mm增至100 mm和140 mm时,构件极限荷载分别降低0.4%和5.8%;偏心率由0.2增至0.5时,极限承载力降低33%,混凝土对内部钢管的约束作用逐渐提高;建议的承载力简化计算公式计算结果与试验结果吻合较好。结论中空钢管混凝土叠合柱在减轻自重的条件下具有较好的承载能能力和延性,可以满足工程需要。

高铁虹桥站钢桁架-钢管混凝土柱节点性能试验研究

最近建设完成的京沪高速铁路上海虹桥站结构中,有一种钢桁架-钢管混凝土柱焊缝连接的新型节点,该节点构造和受力性能极其复杂。本文对该节点进行了1∶4缩尺模型承载力试验研究,介绍了如何实施对该复杂节点加载的试验方法,讨论了节点的受力性能、薄弱环节和破坏模式。试验表明该节点构造设计有效,具有足够的承载力,可达到设计荷载的3倍,并具有良好的塑性变形能力。但是,节点也显示出薄弱坏节,表现为在钢桁架受拉斜腹杆翼缘与节点环板竖向加劲肋的焊接部位出现开裂现象。建议适当增大受拉斜腹杆端部的翼缘弯折曲率半径,平缓腹杆向竖向加劲肋的传力,可使节点性能得到进一步完善。

侧向冲击下中空箱形钢管混凝土叠合柱动力响应的实验与有限元分析

中空箱形钢管混凝土叠合柱由钢筋混凝土和钢管混凝土组成,为研究其抗冲击性能,利用自主研发的落锤式试验机开展箱形叠合柱抗冲击实验,重点研究了边界条件、冲击高度和轴压比对冲击力时程、跨中位移的影响。此外在实验基础上通过ANSYS/LS-DYNA软件建立了有限元模型,分析了各组件内能分配。实验结果表明:随冲击高度的增加,冲击力时程曲线由两段式发展为三段式,内埋钢管混凝土作用逐渐明显;随边界条件的改变,两端固定时的抗变形能力较两端简支时增强;而轴压比对其动力响应影响不显著;冲击能量较大时,钢管混凝土吸收的能量达到了1/3,抗冲击性明显。

轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱耐火性能研究

目的解析轴压下三面受火的中空钢管混凝土叠合长柱的力学行为,建议耐火极限简化计算公式。方法采用有限元分析软件ABAQUS建立轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱温度场和力学分析模型,研究轴压下三面受火中空钢管混凝土叠合长柱的温度场分布、破坏模态、变形特点、内力分布等,分析空心率、截面边长、荷载比和长细比对中空钢筋混凝土柱耐火极限的影响。结果在高温下中空钢管混凝土叠合长柱发生了内力重分布;截面边长由300 mm分别增加至600 mm、900 mm和1200 mm时,构件耐火极限分别增长了131.83%、221.81%和312.02%;长细比由22增加至44和66时,构件耐火极限分别降低了25.46%和62.77%;荷载比由0.4分别增加至0.5、0.6和0.7时,构件耐火极限分别降低了39.03%、65.71%和85.54%。结论中空钢管混凝土叠合柱的耐火性能优于中空钢筋混凝土柱,提出的耐火极限简化计算公式与有限元模型计算结果吻合程度较好。

赫基国际大厦结构设计

赫基国际大厦高178.8m,属B级高度超限高层建筑,采用钢管混凝土柱+型钢混凝土梁+钢筋混凝土核心筒混合结构。本项目办公塔楼建筑平面凹凸、棱角极多,框架柱排列不均匀,且存在扭转不规则、楼板不连续、凹凸不规则、复杂连接等多项不规则。介绍了基础与地下室设计,重点介绍了框架-中空核心筒结构体系设计、复杂的连体设计、新型钢管柱节点设计、十字密肋板设计以及内置空腔多腔U形钢包混凝土组合梁设计。采用YJK和MIDAS Building两个程序对结构进行了常规的小震下弹性静、动力分析,补充了中震弹性和不屈服验算;并采用SAUSAGE程序进行了罕遇地震下弹塑性动力时程分析。最后提出了针对本项目超限所采取的加强措施。

空心大小对钢管混凝土轴压力学性能的试验研究

为了研究空心大小对钢管混凝土柱轴心受压承载力的力学性能影响,本文通过室内试验对9根不同空心位置和不同空心比例的钢管混凝土构件进行轴压承载力试验。结果表明,不同空心比例试件荷载-位移曲线走势一致,构件极限受压承载力均随空心比例的增加而减小;不同空心比例的构件侧向挠度沿柱高方向变化趋势一致,侧向挠度最大值均发生在构件跨中处;不同空心位置试件在进行轴压试验时,极限受压承载力和侧向挠度均不相同。参考国内相关规范,对编号B1-0的构件进行承载力验算,验证了试验结果的正确性,最后,通过对试验数据的曲线拟合并引入空心系数β,在实测参数范围内,提出了该类空心构件承载力的计算方法,并用该计算方法对其余空心构件进行轴心受压承载力计算,可为实际工程提供一定的计算依据。