侧向冲击后钢管混凝土柱剩余轴压承载力研究

为研究钢管混凝土柱受侧向冲击后的剩余承载力,进行了冲击后钢管混凝土柱的轴压试验,运用ABAQUS有限元软件对冲击后钢管混凝土柱轴压试验进行了数值模拟,并验证了有限元模型的合理性。分析轴压过程中典型钢管混凝土柱的受力性能,研究混凝土强度等级、冲击质量、冲击高度、钢管强度等级、冲击位置、边界条件和长径比对受冲击后钢管混凝土柱剩余承载力的影响。结果表明:混凝土强度等级对剩余承载力影响较小,当从C50增大C65时,剩余承载力仅提高了1.44%;当冲击质量从330 kg增大到630 kg时,剩余承载力减小了10.64%;冲击高度由4 m增大到7 m时,剩余承载力减小了10.15%;采用Q420钢材的钢管混凝土柱的剩余承载力比采用Q235钢材的钢管混凝土柱的相应值提高了39.54%;冲击位置越靠近跨中,剩余承载力越小;随着边界条件的自由度增加,剩余承载力减小。给出了冲击后钢管混凝土柱的剩余承载力公式。

考虑梁端约束CFST柱-RC梁节点耐火性能研究

针对火灾下钢管混凝土(CFST)柱-钢筋混凝土(RC)梁节点的力学性能,建立了火灾下节点温度场和力学场分析的有限元模型,并利用已有试验结果验证了有限元模型的有效性。研究了材料参数、几何参数、荷载参数及梁端约束刚度对CFST柱-RC梁节点耐火极限的影响,重点考察了梁端轴向和转动约束刚度对火灾下CFST柱-RC梁节点弯矩-转角关系、转动刚度和截面内力分布规律的影响。结果表明,CFST柱-RC梁节点在火灾下有两种破坏形态:柱破坏和梁板破坏,梁端约束对CFST柱-RC梁节点耐火极限的影响较小,但梁端轴向约束对火灾下CFST柱-RC梁节点弯矩—转角关系、转动刚度和截面内力分布规律的影响显著。

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。

用双模量理论研究钢管混凝土柱的临界载荷

采用双模量弹性理论研究了钢管混凝土长柱的弹性稳定问题。利用钢管混凝土柱的轴向静力平衡方程确定中性轴位置,再利用钢管混凝土柱弯矩平衡方程得到弯曲微分方程,即可求得钢管混凝土长柱的临界载荷。算例分析表明,采用双模量弹性理论方法得到的计算结果,比有关文献方法的计算结果更接近试验结果。

双向偏压方钢管混凝土柱三面受火耐火性能有限元分析

目的 研究双向偏压方钢管混凝土柱在三面受火作用下的耐火性能,为该类型结构的工程应用提供理论依据。方法 采用ABAQUS软件建立双向偏压方钢管混凝土柱三面受火的热学分析模型与力学分析模型,分析其受力机理及常见参数对其耐火极限的影响。结果 荷载偏心角、荷载比、长细比、截面边长和偏心率是影响构件耐火极限的主要参数,荷载偏心角越大,荷载比越大,长细比越大,截面边长越小,其耐火极限越小。偏心率在0~0.3区间存在明显的极强中心,其耐火极限最大,可比轴压时提高80%以上。结论 在参数分析范围内,提出的耐火极限简化计算公式与有限元计算结果吻合较好。

四肢钢管混凝土格构柱极限承载力的试验研究与理论分析

进行共计20根缀条为K形布置的四肢钢管混凝土格构柱偏压及轴压极限承载力试验,重点考察偏心率与长细比对钢管混凝土偏压构件受力性能的影响。试验结果表明,长细比对试件承载力有一定影响,偏心率对承载力影响明显,两者对承载力的影响接近独立,试件的斜缀条在试验过程中始终保持弹性状态,近载一侧钢管在试件进入非线性阶段后,泊松比明显增大,钢管开始发生套箍作用,远载一侧,套箍作用不明显,除个别短柱外,试件破坏均为整体失稳破坏。同时,采用半波正弦曲线模拟杆件的变形曲线,在考虑紧箍效应的钢管混凝土应力-应变关系和剪切变形影响的基础上,建立杆件中截面的平衡方程,提出钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力数值方法,该方法不仅适用于两端偏心相等的偏压构件,而且适用于两端偏心不等的偏压构件的弹塑性极限承载力的计算;理论分析结果与试验研究结果对比表明,提出的钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力计算方法具有相当高的精度。

重庆某超限高层结构优化设计

受业主委托对重庆市三幢 2 0 4 8m高的超限高层结构进行了优化设计。通过将高位厚板转换层改为梁式转换 ,将钢筋混凝土框支柱改为核芯钢管混凝土组合柱 ,尽量缩短墙肢等措施 ,获得了很好的效果。优化后的设计与初步设计相比 ,节约混凝土 2 2万m3 ,与施工图设计相比 ,节约混凝土 1 5万m3 ,节约钢管 760t。使结构的刚度变化更为合理 ,提高了可靠度水平 。

节点区柱钢管不贯通式钢管混凝土柱-梁节点抗震性能

对节点区柱钢管不贯通式钢管混凝土柱-梁节点进行6个试件的低周反复荷载试验,研究此类型节点的抗震力学性能。研究表明在不同的配筋情况下,试件表现出环梁外框架梁破坏、环梁与梁交界处破坏及环梁内破坏的3种破坏形态。从滞回曲线、骨架曲线、应变分析、延性、强度刚度退化、能量耗散能力等方面对试验结果进行讨论。结果表明通过合理配筋,可使得此类型节点具有良好的抗震性能。采用"强节点弱梁"原则设计的节点,延性系数均大于2.9,强度退化系数均大于0.96,环线刚度曲线呈下凹型趋于收敛,归一化滞回耗能也均大于3.3。而"强梁弱节点"试件S3,其滞回曲线出现较明显的捏缩现象,延性系数为2.2,加载后期强度退化系数下降到0.78。"节点较弱"的S5试件,其性能介乎前两者之间。

节点区柱钢管不连通式钢管混凝土柱-梁节点轴压承载力

对节点区柱钢管不连通式钢管混凝土柱-梁节点在轴压下节点核心区的受力特点进行了分析,指出主要的影响因素为混凝土强度、节点横截面面积与钢管面积的比值、节点环筋的数量、节点高度。在局部承压理论的基础上,根据约束混凝土理论,提出多重箍筋对内核混凝土的约束力逐重叠加的思想,并引入节点高度影响系数,建立该种节点轴压承载力计算公式。计算结果与试验结果比较,两者吻合良好。

不同壁厚钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究不同壁厚钢管混凝土短柱轴压力学性能,制作了10组不同壁厚的钢管混凝土短柱试件进行轴压性能对比试验.试验结果表明,钢管混凝土轴压短柱壁厚效应的本质是核心混凝土的围压效应.在弹性变形阶段,随着钢管壁厚增加,轴压短柱弹性极限承载力增加,试件弹性极限承载力与钢管壁厚呈线性关系.在塑性变形阶段,随着钢管壁厚增加,轴压短柱塑性变形模型增加,钢管混凝土短柱塑性变形模量与钢管壁厚呈线性关系,试件呈现理想塑性状态时的钢管壁厚约为5 mm.通过对几种典型轴压承载力计算公式进行试验验证,得出欧洲和日本标准能够较好预测不同壁厚钢管混凝土短柱试件的弹性极限承载力.

钢管混凝土格构柱极限承载力计算方法研究

提出钢管混凝土格构柱有限元分析方法,应用ANSYS通用程序对试件的分析结果与试验结果吻合良好。对钢管混凝土格构柱极限承载力,进行偏心率、长细比和构造参数的影响分析。对国内CECS 28∶90、JCJ 01-89和DL/T 5085-1999 3个钢管混凝土设计规程计算结果与有限元数值计算结果进行比较分析。分析结果表明CECS28∶90规程的偏心率折减系数计算公式较合理。柱肢的钢材种类和混凝土强度对稳定系数的影响较大,通过算例数值分析,提出换算长细比的材料修正系数γ的计算方法。斜缀条交角等构造参数对钢管混凝土格构柱整体承载力的影响均很小,验证了换算长细比的放大系数简化算法的合理性,并对国内3个规程中换算长细比的计算方法提出修正建议。最后,给出四肢钢管混凝土格构柱极限承载力的合理实用的计算方法。

碳纤维布加固震损钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为了研究带有地震损伤钢管混凝土柱采用碳纤维布加固后的抗震性能,按照1∶2缩尺比例设计并制作了4根钢管混凝土柱,进行了模拟地震的预损伤、碳纤维布加固和震损柱加固后的低周往复荷载破坏试验。试验结果表明:碳纤维布加固震损钢管混凝土柱提高了柱的承载力和刚度,其延性和耗能能力得到了明显改善;碳纤维布对柱的加固效果与损伤程度有关,损伤越大的柱经碳纤维布加固后的延性、耗能能力、刚度和承载力都低于损伤越小的柱;在一定损伤程度情况下,受碳纤维布加固柱恢复并超过受损前的抗震性能。

内配型钢的圆钢管混凝土轴压构件的耐火性能

在钢管混凝土构件中内置型钢可有效提高整个构件的承载力和耐火性能。采用ABAQUS软件建立了标准火灾下内配型钢的圆钢管混凝土轴压构件的热力耦合数值模型,并与已有研究者完成的试验数据进行了对比验证;在此基础上,计算了火灾作用下该类构件柱顶轴向位移和跨中挠度随升温时间变化的关系曲线,根据破坏特征可以分为升温初期膨胀阶段、轴向压缩阶段和破坏阶段,并确定了该类构件的耐火极限;最后计算了火灾作用下每个组件间的相互作用力和参数分析。结果表明:随着温度的升高,钢管与混凝土、混凝土与型钢之间的接触应力呈降低趋势;火灾荷载比、长细比、钢管含钢率及防火保护层厚度对构件耐火极限影响较为显著。

新型钢管混凝土板柱节点抗冲切性能的试验研究

为了克服普通钢管混凝土板柱节点构造复杂的缺点,提出一种全新的节点区柱钢管不连通式钢管混凝土柱-平板节点,并做了8个试件进行抗冲切性能的试验研究。试验结果表明,钢管混凝土板柱节点的开裂荷载、刚度、抗冲切承载力比相同配筋的钢筋混凝土板柱节点略低,但抗冲切承载力试验值大于规范公式的计算结果。

考虑火灾全过程的钢管混凝土组合框架力学性能初步研究

为进一步研究真实火灾工况下钢管混凝土组合框架的抗火性能,基于有限元软件ABAQUS建立了单层单跨圆形钢管混凝土柱-组合梁平面框架经历火灾全过程的数值分析模型。通过合理选取热工参数,进行了组合框架在ISO-834标准升降温曲线下的热传分析,研究了组合框架钢管混凝土柱与组合梁截面温度场的变化规律;在热传模型的基础上,通过合理选取材料本构模型、单元类型、边界条件以及网格划分等,对经历常温加载、升温、降温以及火灾后的钢管混凝土柱-组合梁平面框架的力学性能进行初步探讨。结果表明,由于钢筋混凝土楼板在受火过程中的吸热与约束作用使组合框架在受火后仍具有较高承栽力。该方法可进一步完善钢管混凝土结构抗火分析理论,也可供实际工程应用参考。

内配型钢的圆钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

在钢管混凝土构件内部配置型钢可显著提高其受力特性。在合理选取材料本构模型的基础上,基于ABAQUS软件建立了内配型钢圆形钢管混凝土短柱荷载-变形全过程分析的数值模型,并与其他研究者完成的相关试验构件结果进行了对比,总体上数值计算结果和试验结果吻合良好。基于此模型,对其在轴压荷载受力全过程、典型破坏形态以及各部件的荷载分配进行了较全面分析。结果表明:内部型钢的存在可显著提高构件承载力,并有效增强核心混凝土的被动约束效应;型钢截面形式不同,对内部混凝土的约束效果不同,从而引起核心混凝土的应力分布有所不同。本文分析结果可进一步完善内配型钢的圆钢管混凝土构件力学性能的理论研究,也可为相关工程应用提供参考。

广东省博物馆新馆节点设计及新技术运用

广东省博物馆新馆采用了钢管混凝土预应力桁架对挑悬挂结构体系,节点构造复杂。通过对关键节点的合理设计,较好地解决了钢结构与混凝土、钢结构与预应力之间的关系,并进行了节点有限元分析及节点试验的检验。工程中的主要节点在满足结构受力的前提下,同时兼顾了造价及施工方面的要求。另外,通过内置钢管混凝土剪力墙、钢管混凝土桁架、钢结构预应力、减振措施及内置加气混凝土砌块钢筋混凝土楼板等新技术的运用,在控制用钢量的同时极大地提高了结构安全性。

矩形钢管混凝土柱-H形钢梁下栓上焊隔板贯通节点抗震性能试验研究

为研究新型矩形钢管混凝土柱-H形钢梁下栓上焊隔板贯通节点的抗震性能,设计了槽孔型、圆孔型和焊接型下栓上焊隔板贯通节点足尺试件,通过进行低周往复加载试验,考察不同的腹板连接构造形式对下栓上焊隔板贯通节点抗震性能的影响,并针对各试件的破坏特征和承载力、刚度、延性及耗能能力等抗震性能指标进行了试验数据的分析。最后运用力学分析的方法对节点的抗弯能力进行了理论研究,并与试验结果进行了比较。结果表明,不同的腹板连接构造对节点的抗震承载力影响不大,但对节点的延性、刚度和耗能能力有较大影响;适当降低节点域的刚度有利于改善节点的耗能性能;螺栓滑移能提高节点的耗能能力,对刚度退化的影响不大;圆孔型和焊接型节点具有较好的延性和较高的刚度;理论推导得出的节点抗弯承载力与试验结果相差在10%左右,且计算结果偏于安全。

非贯通式钢管混凝土柱—梁节点偏压性能

为研究柱钢管不全贯通式钢管混凝土柱—梁节点的偏压性能,探讨了偏压试验中的节点试件的破坏形态、极限承载力及变形能力等情况,并采用DIANA软件进行参数化非线性有限元方法分析。试验及分析结果表明,节点具有较好的延性,节点方案是可行的。有限元分析可较好地模拟偏压试件的变形及极限承载力、裂缝开展以及钢筋应变分布规律。偏心距的增大会使得偏压试件承载力降低,配筋率的增大会使得偏压试件承载力提高,偏压构件的环筋应变沿受压侧向受拉侧衰减,形成不均匀的约束力。

内配型钢方钢管混凝土柱非均匀受火的耐火性能

在实际工程中,由于柱所处位置的不同,会形成单面受火、相对或相邻两面受火和三面受火等非均匀的受火边界条件。采用ABAQUS软件,计算了内配型钢方钢管混凝土柱非均匀受火时的温度场和耐火极限,发现非均匀受火时由于温度场分布的不均匀将会产生附加偏心距和附加挠度,其受火性能有别于均匀受火;同时,还计算了构件跨中接触应力和参数的变化。结果表明,柱的截面尺寸和细长比对柱的非均匀火承火能力影响较为显著。