型钢混凝土异形柱损伤行为及性能量化指标研究

为研究型钢混凝土异形柱在不同形式的水平荷载作用下的损伤行为,采用"建研式"加载方式对15根SRC异形柱(9根T形柱、3根L形柱、3根十形柱)进行试验研究,考虑加载制度、轴压比、配钢率等因素对其损伤性能的影响,观察其破坏形态,分析荷载-位移(P-Δ)曲线特性。结果表明:试件主要表现为弯曲破坏并伴随着黏结破坏特征;低周反复荷载作用下荷载-位移曲线饱满对称,无明显"捏缩"现象;试件延性系数介于4.16~9.44,具有良好的变形能力,尤其单调加载时试件延性最好。基于试验,通过考虑混凝土开裂、加载路径以及有效耗能对试件损伤的影响,建立基于变形和能量的损伤模型,并对其各特征点处的损伤程度进行评估。同时,将SRC异形柱的抗震性能水准划分为正常使用、基本正常使用、暂时使用、修复后使用、接近严重破坏等5个水准。对41根SRC异形柱各特征点的位移角进行频次统计,建立SRC异形柱在不同性能水平下的位移角量化指标以及相对应的损伤指数阈值,以期为SRC异形柱结构基于性能的抗震设计和震后修缮加固提供依据。

火灾下薄壁异形截面铝合金轴心受压柱耦合屈曲及承载力计算

利用有限元方法,对薄壁异形截面铝合金轴心受压柱在火灾不同温度下的破坏模态和屈曲承载力进行了研究。有限元模型通过试验进行验证,并采用稳态分析的方法考虑火灾高温的影响。研究了火灾高温对该类截面柱破坏模态的影响,证实火灾高温会降低柱的屈曲承载力,但不会改变柱的破坏模态。利用有限元方法分析了不同长细比的铝合金柱在不同温度下的屈曲承载力,并将有限元结果与根据欧洲规范EN1999-1-2的计算结果进行对比。结果表明,该规范的设计方法不能准确计算薄壁异形截面铝合金轴压柱的抗火承载力。在有限元分析的基础上提出了针对薄壁异形截面柱高温下承载力的修正公式。

薄壁异形截面铝合金轴心受压柱屈曲模态耦合及承载力计算

薄壁异形截面铝合金构件广泛应用于建筑结构中,但其截面的复杂性导致该类构件的破坏模态更加复杂。有限元模型采用有限元软件ABAQUS建立并经过试验结果验证。通过有限元方法,分析了薄壁异形截面铝合金柱的塑性屈服、局部屈曲与塑性屈服耦合、局部屈曲与整体屈曲耦合、以及整体屈曲等4种破坏模式的构件变形和截面应力发展。将有限元方法计算的薄壁异形截面铝合金轴压柱极限承载力,与国内外铝合金结构设计规范的计算结果进行了对比。结果表明,现行规范的设计方法在计算薄壁异形截面铝合金轴压柱的承载力时都较为保守。

异形柱框架结构的弹塑性时程分析

应用大型有限元分析软件ANSYS,对钢筋混凝土异形柱框架结构进行动力特性和弹塑性时程分析。得到钢筋混凝土异形柱框架结构的自振频率、振型特点,以及异形柱框架结构在8度抗震设防情况下顶层水平位移时程曲线、顶层加速度时程曲线、水平位移沿楼层高度分布曲线及层间位移角沿楼层高度变化曲线。研究了底层层高和结构高度等对异形柱框架结构地震反应的影响。

圆弧扩大头隔板贯通式箱形柱-H型钢梁异型节点抗震性能试验研究

对5个圆弧扩大头隔板贯通式箱形柱-H型钢梁异型节点和1个基本型异型节点进行低周往复循环加载试验,研究圆弧扩大头构造对隔板贯通式箱形柱-H型钢梁异型节点在强震时的破坏模式、承载力、塑性转角、滞回性能、骨架曲线、刚度退化和耗能性能等抗震性能的影响规律。试验结果显示,基本型异型节点在刚度较大、几何变化剧烈(应力集中严重)的大截面梁翼缘对接焊缝侧边开裂,节点的塑性转角约为0.015rad,达不到FEMA要求的0.03rad。圆弧扩大头异型节点在隔板圆弧扩大区形成塑性铰,节点的塑性转角达到0.033~0.044rad,承载力和耗能性能较基本型异型节点分别提高41.7%~53%和173%~500%。隔板圆弧扩大区屈曲、对接焊缝延性拉断、贯通式隔板与柱壁板间焊缝剪切破坏、梁腹板焊接孔开裂是圆弧扩大头异型节点的主要破坏模式。隔板圆弧扩大头构造和梁翼缘对接焊缝移至远离节点区的措施,缓和了节点区焊缝过于密集和焊接热影响区的交叉影响,规避了梁翼缘对接焊缝处的几何突变(应力集中)和过早脆断。此次试验的隔板贯通式箱形柱-H型钢梁异型节点,大截面梁均先于小截面梁断裂,且均未出现以往内隔板式节点试验中常见的柱壁板间焊缝撕裂现象。

异型截面柱与腰桁架的制作工艺

中国国际贸易中心三期A阶段工程主楼核心筒为不规则的异型截面柱,为确保构件的整体精度,对异型截面构件进行合理节点拆分,确定合理的装配顺序及焊接顺序,提高各组件的精度控制标准,减少因多次焊接产生的变形以及由于多次装配产生的尺寸累积差对精度的影响,从而提高整体异型截面钢柱的加工精度。

基于荷载富余值算法的构件正截面承载力验算程序的研发

钢筋混凝土任意截面构件的正截面承载力验算是结构构件设计中的一个重要环节,由于异形柱与短墙肢的广泛应用,混凝土设计规范中的手算经验公式并不适用,采用正截面承载力相关性曲面或曲线分析方法是相对准确的设计方法,国外构件设计软件功能虽然能实现关性曲面分析,但是前后处理操作繁琐,且计算相关性曲面后还需要进行几何判断才能确定承载力是否满足规范要求,对于大量竖向构件的实际工程并不适用。笔者研发了基于荷载富余值算法的正截面验算程序ETE-Section,可快速生成任意截面构件相关性曲线,并且能快速判断承载力是否满足规范要求。该程序可作为复杂结构构件截面设计的可靠工具。

框架柱截面对结构抗震性能的影响

采用有限元分析软件SATWE对不同框架柱截面尺寸的框架结构,在地震作用下表现出来的性能进行计算分析,总结出了框架柱截面尺寸对结构体系抗震性能影响的一般规律,具有指导意义。

三星堆古蜀文化遗址博物馆异形柱的稳定验算研究

以三星堆古蜀文化遗址博物馆变截面异形柱为例,分别采用计算长度系数法和直接分析法进行整体分析设计。提出了适用于变截面异形柱中不同截面的等效计算长度系数取值方法,并将得到的计算长度系数代入等截面稳定公式进行验算。阐述了直接分析法的设计流程,尤其是初始缺陷方向的选取。为验证两种方法的有效性,将计算长度系数法和直接分析法的结果进行了对比,并讨论了两种方法的优缺点。最后利用有限单元法对单根变截面异形柱进行弹塑性失稳分析,探究变截面异形柱失稳特点。结果表明:计算长度系数法与直接分析法的计算结果接近,变截面异形柱的强度和稳定均满足要求,异形柱安全可靠。

型钢混凝土异形柱结构受力性能研究的发展现状

型钢混凝土异形柱结构不仅具有异形柱结构的房间柱棱不凸出、美观适用、实际得房率高等优点,同时能够克服钢筋混凝土异形柱结构承载能力不足、抗震性能差等缺点,对于进一步推广异形柱结构具有重要意义。在综合介绍型钢混凝土异形柱结构研究背景的基础上,分析了型钢混凝土异形柱轴心受压性能、偏心受压性能、受剪性能和抗震性能、型钢混凝土异形柱框架节点的受剪性能和抗震性能、型钢混凝土异形柱框架的抗震性能以及构造要求等方面的研究现状,指出了型钢混凝土异形柱结构受力性能研究领域有待进一步解决的问题,为该领域的深入研究及型钢混凝土异形柱结构的设计应用提供参考。

折线隔板加强的箱形柱-翼缘削弱箱形梁与H形梁节点抗震性能试验研究

对5个折线隔板加强的隔板贯通式箱形柱-翼缘削弱箱形梁与H形梁异型节点和1个基本型隔板贯通式异型节点进行拟静力试验,研究折线隔板扩大头和箱形梁翼缘削弱型隔板贯通式箱形柱-箱形梁与H形梁异型节点的破坏模式、滞回性能、承载力、塑性转角、刚度退化和耗能能力等。试验结果表明:基本型异型节点在几何尺寸变化剧烈(应力高度集中)的箱形梁翼缘对接焊缝侧边开裂,节点的塑性转角约为0.014 rad,达不到FEMA要求的0.03 rad;折线隔板扩大头异型节点的塑性转角达到0.032~0.046 rad,承载力和耗能能力较基本型异型节点分别提高22.2%~64.3%和6.32~9.94倍;箱形梁翼缘与隔板对接焊缝断裂、隔板与柱壁板间焊缝剪切撕裂是折线隔板扩大头异型节点的主要破坏模式;试验的隔板贯通式箱形柱-箱形梁与H形梁异型节点显示,刚度较大的箱形梁翼缘对接焊缝均先于H形梁断裂。

折线隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点抗震性能试验研究

通过对折线加强隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点和基本型异型节点试件进行低周往复加载试验,研究了隔板折线加强构造对节点破坏形态、承载力、塑性转角、滞回性能、骨架曲线、刚度退化和耗能等的影响。试验结果表明：基本型异型节点在刚度较大、几何尺寸变化较大的大截面梁翼缘对接焊缝侧边开裂,节点的塑性转角约为0.028 rad;隔板折线加强异型节点的主要破坏模式为隔板折线加强区形成塑性铰及延性拉断、梁腹板焊接孔开裂及梁翼缘对接焊缝断裂,其塑性转角可达0.034~0.057 rad,承载力和耗能能力较基本型异型节点分别提高16.5%~47.0%和21.2%~144.0%;隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点中,大截面梁先于小截面梁破坏,柱壁板间焊缝未发生撕裂破坏,轻骨料混凝土未发生压碎、拉裂、剥离或滑移破坏,节点的抗震性能主要受钢梁和隔板间焊缝破坏（而非轻骨料混凝土）的影响。