不同连接构造的预制拼装钢管混凝土桥墩数值模拟与地震响应特点

无黏结预应力节段拼装钢管混凝土桥墩主要包括承插连接与混合连接两种承台连接方式。为比较两种不同连接构造下桥墩的地震响应特点,采用OpenSees软件分别建立了桥墩有限元模型,其中,承插连接钢管混凝土桥墩模型能够考虑插入承台部分钢管与周围混凝土的黏结滑移、钢管局部屈曲以及屈曲后撕裂等过程,而混合连接钢管混凝土桥墩模型能够再现出接缝的摇摆行为;并通过与相关拟静力试验数据结果进行对比,验证了两种数值模型的有效性;随后,以一座4跨连续梁桥为背景,分别研究了采用混合连接、无预应力承插连接和预应力承插连接桥墩桥梁结构在地震作用时的响应特点。结果表明:两种承插连接桥墩的墩底钢管在地震动峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)约0.4 g时发生屈曲,并伴随水平刚度下降和残余位移增大,且配置无黏结预应力的承插连接桥墩钢管屈曲引起的损伤程度更大,随着地震动输入进一步增大,预应力为桥墩提供的自复位能力逐步增加,在PGA=0.6 g时,预应力承插连接桥墩的残余位移仅为无预应力桥墩的62%。此外,配置混合连接桥墩的桥梁在地震作用下损伤较小,残余漂移比小于0.2%,比承插连接桥墩更优的自复位能力。

异形多腔钢管混凝土分叉短柱抗震性能试验及数值计算

针对某超高层巨型框架结构中异形截面多腔钢管混凝土(concrete-filled steel tube, CFT)分叉柱,为研究截面加强构造对分叉短柱抗震性能的影响,进行了4个试件在竖向轴压力及水平往复两次的低周反复荷载下的抗震性能试验研究,试件上部为五边形四腔体钢管混凝土双柱肢,下部为八边形十三腔体钢管混凝土单柱肢,以此形成分叉柱;研究的截面构造包括四种:基本构造,钢管钢板整体加厚构造,距中和轴较远的钢管角部钢板内表面贴焊等肢角钢的局部钢板加厚构造,距中和轴较远的钢管腔体内置圆钢管构造。基于试验结果及截面构造特点,进行了数值计算。试验及数值计算结果表明:异形截面多腔钢管混凝土分叉短柱的破坏主要发生在上柱根部分叉截面处,表现为距离中性轴较远处的钢板撕裂以及局部焊缝开裂引起的整块钢板撕裂;内置圆钢管的加强构造承载力提高7.6%、变形能力提高14.4%,综合耗能能力最强,局部钢板加强构造承载力提高9.2%、变形能力下降18.7%,钢管钢板整体加厚构造承载力略有提高、但变形能力下降较多;提出的异形多腔钢管混凝土柱简化建模方法计算效率较高,精度满足工程设计要求。

带预应力约束拉杆R-CFT短柱轴压性能试验研究

为了解约束拉杆预拉力对矩形钢管混凝土短柱受力性能的影响,进行了3个带预应力约束拉杆短柱轴压试验和另外2个对比试验,对比试验试件中1个不带约束拉杆,1个带普通约束拉杆。预应力约束拉杆和普通约束拉杆均由M20高强度螺栓组成,作为普通约束拉杆的高强度螺栓,在构件受轴向压力前与钢管壁焊接成一体;作为预应力约束拉杆的高强度螺栓,在构件受轴向压力前通过扭紧螺帽产生预拉力,然后与钢管壁焊接成一体,由拉杆预拉力对钢管壁和核心混凝土进行预压。试验结果表明,设置约束拉杆后,构件的承载力提高,轴向变形能力增强;与普通约束拉杆相比,预应力约束拉杆能减小构件最大荷载时的变形,但对构件承载能力和后期变形能力影响不大;减小预应力约束拉杆的横向间距,可有效减小构件最大荷载时的轴向变形,提高构件前期刚度,但对构件承载力影响不明显;在截面宽度和拉杆数量不变的情况下,随着截面长宽比的增加,构件后期变形能力减小。

巨型钢管高强混凝土柱水化热温度场分析

目的 研究巨型钢管C70高强混凝土柱水化热温度场,为巨型钢管高强度混凝土柱的混凝土配合比设计、热工计算及施工养护措施制定提供依据。方法 通过试验获得巨型钢管高强度混凝土柱的温度场发展规律并考察混凝土浇筑质量,进而采用有限元软件MIDAS FEA进行温度场数值模拟,研究不同混凝土热工参数下巨型钢管混凝土柱的温度场变化规律。结果 试件温控指标未达到《大体积混凝土施工标准》(GB50496—2018)要求,但混凝土浇筑质量能够满足施工质量要求;考虑内部钢构件的模型温度场计算结果与试验结果吻合较好,理论公式求得混凝土热工参数后,用于温度场模拟得到的结果与试验结果有较大差异。结论 C70高强混凝土的温控指标可适当放宽,且应降低水化反应速率以改善巨型钢管高强混凝土柱内混凝土温度场;进行巨型钢管高强混凝土柱水化热温度场分析时,应考虑其内部钢构件。

约束钢管混凝土圆柱的低周反复荷载试验研究

文章进行了2根圆钢管混凝土柱和4根碳纤维约束圆钢管混凝土柱的低周往复荷载试验。研究了两者破坏形态、滞回性能与变形耗能等方面的差异。试验结果表明,碳纤维的横向附加约束改变了钢管混凝土柱的破坏形态,使其具有更好的延性与耗能能力。以试件的循环耗能为基础,建立了基于疲劳耗能的累积损伤模型用于模拟结构的损伤程度。分析了试件耗能与损伤指标的相关性,以及不同加载制度对试件损伤的影响。分析表明,试验加载制度的差异,对构件循环次数与损伤值的关系有所影响,循环幅值越大,单次损伤指标值越高,但是参数相同的试件在破坏状态下的耗能与最终损伤总指标基本一致。试件耗能与损伤指标的相关性较好,表明该模型可以模拟试件的损伤情况,能够用于地震作用后的累积损伤评估。

巨型钢管混凝土柱分配梁构造下竖向荷载传递机理研究(Ⅱ):数值分析

为研究超高层建筑结构中大型转换梁(或转换桁架)与巨型钢管混凝土柱连接处采用分配梁构造时的钢-混凝土共同工作性能,文中结合试验结果进行精细化数值分析。首先,采用ABAQUS软件建立设置分配梁构造的巨型钢管混凝土柱精细化数值模型,得到的轴压荷载-位移曲线、混凝土工作承担系数曲线和破坏模态均与试验结果吻合良好,验证有限元模型的有效性。其次,进一步针对分配梁构造下巨型钢管混凝土柱的屈服承载力、极限承载力进行参数分析,共考虑47种分配梁截面,涵盖5种不同截面尺寸的巨型柱。结果表明,由分配梁构造传递至核心混凝土的竖向荷载,屈服承载力略大于分配梁自身的全截面抗剪承载力,极限承载力小于分配梁自身的全截面抗拉极限承载力。同时,明确了分配梁受力机理及破坏模式。最后,为模拟分配梁构造在实际工程中的性能,建立设置分配梁的十四层足尺钢管混凝土巨型柱精细化有限元计算模型并对其共同工作性能进行分析,表明采用该构造能够基本保证巨型钢管混凝土柱中钢管与混凝土的平截面假定共同工作状态。

带约束拉杆方钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

进行了10个带约束拉杆和5个不设约束拉杆方形钢管混凝土短柱轴心受压构件的试验研究。主要研究参数为约束拉杆直径和间距、钢管厚度、钢材强度等。试验研究表明,在轴心压力作用下,方形钢管混凝土短柱在设置了约束拉杆后,能有效改善横截面周边中部钢管对核心混凝土的约束作用,延迟或避免钢管在应力达到屈服强度前发生失稳性的局部屈曲而导致构件的过早破坏,从而使方形钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性均有较大幅度的提高。同时,应用现有规范及规程有关方形钢管混凝土承载力计算公式,对带约束拉杆方形钢管混凝土轴压试件承载力进行计算,计算结果与试验结果相比较为保守。

方钢管混凝土轴压短柱的非线性有限元分析

借助商用有限元分析软件ABAQUS,考虑材料本构关系的非线性以及受力过程中材料Poisson比的变化等因素,建立了方钢管混凝土短柱在轴心压力作用下的非线性有限元计算模型,讨论了钢管与核心混凝土之间的接触压力、荷载对核心混凝土纵向应力分布的影响以及钢管对核心混凝土的约束效应等问题。有限元计算得到的载荷-变形全曲线与试验结果符合较好。

带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱轴压性能的试验

针对约束拉杆对矩形钢管混凝土柱轴压力学性能的影响,对8个轴压试件进行试验,其中1个不设约束拉杆,7个设置约束拉杆。试验主要参数为约束拉杆直径和间距,钢管宽厚比,截面长宽比。试验结果表明:相对于方形截面试件,矩形截面试件设置约束拉杆后,在轴向压力作用下,试件的承载力提高幅度不明显,但对应于峰值荷载的竖向应变值随约束拉杆的加强相应增大,试件的塑性变形能力增大,延性提高。利用国内已有文献中关于矩形钢管混凝土承载力计算方法及EC4(1996)关于方形钢管混凝土计算方法,对带约束拉杆矩形钢管混凝土轴压试件承载力进行计算,发现计算结果比试验值偏低,计算方法偏于保守。

带约束拉杆方形钢管混凝土偏压短柱的试验研究

为了解带约束拉杆方形钢管混凝土短柱在单向偏心荷载作用下的力学性能,进行了14个试件的偏压试验,主要研究截面含钢率、荷载偏心率以及约束拉杆设置对带约束拉杆方形钢管混凝土短柱偏压力学性能的影响.结果表明,方形钢管混凝土短柱试件的承载力随着偏心率的增大而减小,随着钢管壁厚度(含钢率)的增大而增大,设置约束拉杆有助于该试件极限承载力和延性的提高.文中还利用国内现有规程中的方法对该类试件的承载力进行了计算,发现规程计算结果总体上低估了带约束拉杆方形钢管混凝土偏压试件的级限承载力.

巨型钢管混凝土柱分配梁构造下竖向荷载传递机理研究(Ⅰ):试验研究

在前期试验研究的基础上,对设置分配梁构造的超大截面矩形钢管混凝土柱进行轴压1∶5缩尺模型试验研究。为考察分配梁构造对竖向荷载的传递机制,试验中竖向荷载仅通过加载梁施加于钢管壁,混凝土不直接承担荷载。通过对试件破坏模式、分配梁破坏模式、管壁应变分布、试件承载性能及钢-混凝土共同工作性能进行分析,结果表明:所有试件表现出良好的延性,根据试验竖向荷载-位移曲线得出试件达到峰值荷载前具有较长的屈服平台段;混凝土承担的荷载取决于分配梁截面面积及截面刚度,并随分配梁截面面积的减小而降低;分配梁破坏模式为在梁端产生剪切屈服区域并产生较大塑性变形,部分试件分配梁下翼缘及腹板处形成了贯通撕裂裂缝;分配梁试验屈服承载力略大于梁全截面抗剪承载力,试验极限承载力接近梁全截面抗拉承载力。

矩形钢管混凝土柱-H型钢梁隔板贯通式节点试验研究

开展了2个构造不同的矩形钢管混凝土柱—H型钢梁隔板贯通式节点试验,重点研究了低周反复荷载下节点的滞回曲线、破坏形态、位移延性等指标.结果表明2个节点的破坏形态均为梁端形成塑性铰;实现了"强柱弱梁"、"强节点弱构件"的设计目标;2个节点的滞回曲线均呈梭形,表现出较好的耗能性能;节点构造对其位移延性影响显著.

钢管混凝土柱-箱梁内加劲节点的性能研究

上海光源工程屋盖体系中的箱形截面梁与下半部分插入钢筋混凝土框架柱、内部设置加劲肋且填充混凝土的圆钢管焊接形成钢管混凝土柱-箱梁节点.对该节点进行了大比例试件的静力加载试验,考察了节点的受力性能和破坏模式.试验结果表明试件的破坏模式为梁根部截面的弹塑性局部失稳破坏,且在发生严重的局部失稳后仍然能够继续承载,节点变形能力良好,满足节点承载力高于构件承载力的要求.非线性有限元分析进一步表明,简化的悬臂梁模型能较准确地模拟节点中相应梁的受力性能,梁倾斜放置且根部平齐时对梁承载力的提高有利.

带约束拉杆矩形钢管混凝土研究与应用现状

介绍了带约束拉杆矩形钢管混凝土这种新型结构构件的特点以及带约束拉杆矩形钢管混凝土提出的背景。综述了约束拉杆矩形钢管混凝土研究与应用现状。同时,提出了带约束拉杆矩形钢管混凝土需要进一步研究的若干关键问题。最后,展望了带约束拉杆矩形钢管混凝土在结构工程中的广阔应用前景。

带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱轴压承载力计算的简化方法

提出带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱轴压承载力的简化计算方法。该方法考虑了轴压下矩形钢管长边、短边竖向强度的不同,同时考虑了约束拉杆和钢管对核心混凝土的约束作用,且表达式简单,方便应用。应用该方法对带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱试件的轴压承载力进行计算,计算结果与试验结果比较表明,两者吻合良好。

设分配梁与内环板传力构造的巨型钢管混凝土柱抗震性能试验研究

针对7个按1∶5缩尺的设置分配梁加内环板传力构造的巨型钢管混凝土柱试件进行拟静力试验研究,考察了轴压比、长细比、管壁宽厚比及纵向T形加劲肋等因素对此类构件抗震新能的影响。研究结果表明,管壁宽厚比大于60的试件,在达到极限荷载之前(约为极限荷载的63%)发生管壁局部屈曲,延性较差;设置T形加劲肋可有效减小管壁宽厚比,提高管壁局部屈曲强度,改善试件的延性性能及耗能能力;试件位移延性系数随轴压比和试件长细比的增大而降低,刚度退化越明显;在低周反复荷载作用下,同时设置分配梁与内环板传力构造的钢管混凝土柱试件破坏时的位移角超过了规范规定的弹塑性层间位移角限值,满足抗震设计要求,且钢管与核心混凝土变形协调,相应的截面属性和压弯承载力可按平截面假定计算。

钢管混凝土柱脚与不同配筋基础的锚固性能试验研究

以大连国际会议中心工程中的核心筒边框柱脚与钢筋混凝土基础组合节点为原型,设计了3个1/5缩尺的钢管混凝土柱脚-不同配筋基础的组合试件,采用单向重复加载方式对其进行锚固工作性能试验,研究了相同柱脚埋深条件下不同基础配筋对组合试件锚固性能的影响.结果表明,在柱脚底部锚板之上增加1层水平分布配筋,能明显提高其锚固承载力和延性性能;增加竖向分布抗拔钢筋,可显著提高其承载力;3个试件原型的构造做法均可满足设计要求,其锚固是可靠的.

基于位移的方钢管混凝土柱抗震设计方法研究

对基于位移的方钢管混凝土柱抗震设计方法进行了研究:介绍了基于位移抗震设计方法的概念、原理和设计的一般过程;探讨了方钢管混凝土柱的等效刚度、等效阻尼等设计中的关键问题,并确定了参数的具体取值;最后对方钢管混凝土柱进行了具体的基于位移的抗震设计,并研究了主要参数的影响。结果表明:在通常范围内,第二阶段刚度系数对滞回阻尼比影响不大;随着轴压比的增加,钢管壁厚度增加,柱延性系数增加;随着截面尺寸增加,钢管壁厚度减小,屈服弯矩也减小。

钢管膨胀混凝土轴压短柱的极限分析

利用极限平衡理论对圆形截面钢管膨胀混凝土轴压短柱的极限承载能力进行分析,得出圆形截面钢管膨胀混凝土短柱的极限承载能力的计算式。对钢管膨胀混凝土的膨胀模式以及由于核心混凝土的膨胀引起的钢管与核心混凝土界面间的初始接触压力的大小、影响钢管膨胀混凝土短柱的极限承载能力的因素进行讨论,极限承载力计算结果与试验结果吻合较好。

带约束拉杆方形钢管混凝土柱偏压承载力特性

采用带约束拉杆方形钢管混凝土的本构关系,利用基于纤维模型法的非线性分析程序对带约束拉杆方形钢管混凝土短柱承载力进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。对带约束拉杆方形钢管混凝土偏压短柱进行参数分析的结果表明,随着约束拉杆间距的减少、直径的增大,偏压短柱的极限承载力增大;随着钢管壁厚的增大,偏压短柱的N/Nu-M/Mu曲线往内收拢;随着混凝土强度和钢材强度的提高,偏压短柱的N/Nu-M/Mu曲线向外凸出;双向偏压短柱的极限承载力在最大主惯性轴方向达到最大,在最小主惯性轴方向达到最小;各参数对单向偏压和双向偏压短柱的N/Nu-M/Mu曲线的影响相类似。