Seismic performance of recycled concrete-filled square steel tube columns

An experimental study on the seismic performance of recycled concrete-filled square steel tube （RCFST） columns is carried out. Six specimens were designed and tested under constant axial compression and cyclic lateral loading. Two parameters, replacement percentage of recycled coarse aggregate （RCA） and axial compression level, were considered in the test. Based on the experimental data, the hysteretic loops, skeleton curves, ductility, energy dissipation capacity and stiffness degradation of RCFST columns were analyzed. The test results indicate that the failure modes of RCFST columns are the local buckling of the steel tube at the bottom of the columns, and the hysteretic loops are full and their shapes are similar to normal CFST columns. Furthermore, the ductility coefficient of all specimens are close to 3.0, and the equivalent viscous damping coefficient corresponding to the ultimate lateral load ranges from 0.323 to 0.360, which demonstrates that RCFST columns exhibit remarkable seismic performance.

Damage assessment for seismic response of recycled concrete filled steel tube columns

A model for evaluating structural damage of recycled aggregate concrete filled steel tube （RCFST） columns under seismic effects is proposed in this paper. The proposed model takes the lateral deformation and the effect of repeated cyclic loading into account. Available test results were collected and utilized to calibrate the parameters of the proposed model. A seismic test for six RCFST columns was also performed to validate the proposed damage assessment model. The main test parameters were the recycled coarse aggregate （RCA） replacement percentage and the bond-slip property. The test results indicated that the seismic performance of the RCFST member depends on the RCA contents and their damage index increases as the RCA replacement percentage increases. It is also indicated that the damage degree of RCFST changes with the variation of the RCA replacement percentage. Finally, comparisons between the RCA contents, lateral deformation ratio and damage degree were implemented. It is suggested that an improvement procedure should be implemented in order to compensate for the performance difference between the RCFST and normal concrete filled steel tubes （CFST）.

Prediction of Axial Capacity of Concrete-Filled Square Steel Tubes Using Neural Networks

The application of artificial neural network to predict the ultimate bearing capacity of CFST （ concrete-filled square steel tubes） short columns under axial loading is explored. Input parameters consiste of concrete compressive strength, yield strength of steel tube, confinement index, sectional dimension and width-to-thickness ratio. The ultimate bearing capacity is the only output parameter. A multilayer feedforward neural network is used to describe the nonlinear relationships between the input and output variables. Fifty-five experimental data of CFST short columns under axial loading are used to train and test the neural network. A comparison between the neural network model and three parameter models shows that the neural network model possesses good accuracy and could be a practical method for predicting the ultimate strength of axially loaded CFST short columns.

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱恢复力模型研究

为建立圆钢管型钢再生混凝土组合柱的恢复力模型,对11根圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验研究,考虑了再生骨料取代率、配钢率及钢管径厚比等不同设计参数的影响,分析了组合柱的地震破坏形态及滞回性能。基于组合柱的力学特征及曲线形状,提出了圆钢管型钢再生混凝土组合柱骨架曲线的三折线参数模型,采用理论推导与数据拟合的方法确定了组合柱骨架曲线的模型参数。在此基础上,给出了组合柱的滞回规则和卸载规律,构建了组合柱的恢复力模型,计算滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好,表明该恢复力模型较好地反映了反复荷载下组合柱的受力特征点及滞回性能,可为此类组合柱的推广提供技术参考。

局部环向变厚度方钢管混凝土柱偏压力学性能研究

针对海洋环境中飞溅区造成的钢管混凝土柱局部环向腐蚀现象,采用机械削减方式模拟钢管壁厚局部环向腐蚀,进行了7个方钢管混凝土柱偏压试验,揭示了削弱率和偏心率对其偏压承载力的影响,并通过数值模拟对削弱率进行拓展分析.提出了基于削弱率的偏压承载力降低系数,代入中、美规范进行偏压承载力计算.结果表明:钢管的局部环向变厚度严重削弱了方钢管混凝土柱的偏压承载力和侧向挠曲能力;较大的加载偏心率也降低了其偏压承载力,但增大了其侧向挠曲能力.引入偏压承载力降低系数后,根据中、美规范计算得到的偏压承载力与试验值均吻合较好;相比于我国规范,美国规范在计算偏压承载力时相对更加保守.

配筋空心方钢管高强混凝土纯弯构件受力性能有限元分析

目的 研究配筋空心钢管高强混凝土构件的抗弯性能,推动其在建筑结构中的应用。方法 采用有限元分析软件ABAQUS建立配筋空心钢管混凝土构件有限元模型,在验证模型准确的基础上,分析构件的受力全过程及钢材屈服强度、混凝土抗压强度、钢管壁厚、钢筋直径、普通钢筋数量对构件受弯性能的影响。结果 纯弯试件在荷载作用下受力过程可分为3个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段;试件破坏形态均为受弯破坏,表现出较好地延性。结论 组合构件在弯矩作用下可以很好地协同工作;钢材屈服强度和钢管壁厚的增加对构件承载力的提高影响最显著,建议配置普通钢筋数量在6~8根为最优。

方钢管砖混再生骨料混凝土短柱轴压性能有限元研究

目的 研究方钢管砖混再生骨料混凝土短柱的力学性能,推动建筑固废资源化利用。方法 利用ABAQUS软件建立方钢管砖混再生骨料混凝土短柱模型,将模拟结果与试验结果进行对比,验证了模型的正确性。然后分析砖混骨料取代率、倒角率、钢管屈服强度及厚度对短柱轴压力学性能的影响。结果 砖混骨料取代率小于50%时,极限承载力降低幅度在10%以内;当倒角率提高至0.16时,极限承载力有小幅度提升;试件的极限承载力随着钢管的厚度及屈服强度的增大而提高。结论 砖混骨料取代率较小时对试件承载能力影响较小,外包钢管的强度与厚度对试件承载能力有较大影响。对于方柱,适当提高倒角率可以使钢管更好约束混凝土,提高试件承载能力,但倒角率过大时截面面积有较大削弱,承载能力降低。

圆钢管型钢再生混凝土组合柱滞回性能非线性有限元分析

基于圆钢管型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验研究,采用OpenSees软件对该组合柱进行了滞回性能数值分析,获取了组合柱的滞回曲线及抗震性能指标,并与试验结果进行了比较,验证了组合柱数值模型的合理性。在此基础上,对组合柱的滞回性能开展了参数影响分析。结果表明:再生骨料取代率从0增大到100%,组合柱的峰值荷载下降了7.78%,延性略有降低;提高再生混凝土强度、型钢强度及圆钢管强度,对于提升组合柱的承载力及刚度是有利的,但却使组合柱的脆性增大;随着轴压比的增大,组合柱的承载力呈现先上升后下降的趋势,而延性逐渐变差;型钢配钢率从5.54%增至9.99%,组合柱的峰值荷载提高了24.34%,但对于改善组合柱的延性不明显;增大钢管壁厚对组合柱的承载力和延性均是有利的。

钢管预置集料混凝土中长柱受压性能试验

为了探究钢管预置集料混凝土中长柱受压性能,首先,考虑混凝土类型、混凝土强度、径厚比、长径比和偏心率等参数影响,设计了11根钢管预置集料混凝土中长柱和3根普通钢管混凝土中长柱;其次,通过轴压和偏压试验,并结合有限元分析法,研究了试件破坏形态、承载力、变形特征等变化规律;最后,基于极限平衡理论,提出了适用于钢管预置集料混凝土中长柱轴压与偏压承载力计算公式。研究结果表明:钢管预置集料混凝土中长柱破坏形态与普通钢管混凝土中长柱的破坏形态相似,均为弯曲失稳破坏;钢管预置集料混凝土中长柱承载能力与普通钢管混凝土中长柱承载能力相当,但钢管预置集料混凝土试件轴向刚度是普通钢管混凝土试件轴向刚度的1.2倍左右,表现出良好的抗变形能力;钢管预置集料混凝土中长柱径厚比由39.75降低至19.88,承载能力提高33.8%;长径比由6增大至15时,承载能力降低20.5%;偏心率由0.25增大至1.0时,承载力降低49.5%;钢管预置集料混凝土中长柱稳定系数受混凝土强度和径厚比影响较小,但随着长径比和偏心率增大而近乎呈线性降低趋势。本文提出的承载力计算公式可为钢管预置集料混凝土中长柱设计提供参考。

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱耗能能力及延性分析

对11个圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验,观察了组合柱的破坏形态及特征,获取了组合柱的滞回曲线、等效粘滞阻尼系数、延性系数及侧向位移角等性能指标,分析了再生粗骨料取代率、型钢截面形式、轴压比、型钢配钢率和圆钢管径厚比等参数对组合柱耗能能力及延性的影响规律。结果表明:反复荷载作用下组合柱呈压弯塑性铰破坏模式;组合柱的荷载-位移滞回曲线饱满呈纺梭形,屈服位移后的等效粘滞阻尼系数在0.30~0.48之间,平均位移延性系数大于3.0,极限侧向位移角介于1/30~1/20之间且均大于规范限值1/50,组合柱表现出良好的耗能能力和延性。此外,组合柱的耗能能力和延性受再生粗骨料取代率的影响较大,全再生混凝土较普通混凝土耗能能力下降14.5%;增加钢管壁厚或型钢配钢率有利于提升组合柱的耗能能力和延性,而增大轴压比则对组合柱的延性和变形不利;内置型钢采用箱型截面时,组合柱耗能及延性最优,与工字型钢相比,采用箱型截面型钢的组合柱耗能能力和延性分别提升了23.5%和51.9%。

圆钢管砖骨料地聚物再生混凝土柱滞回性能试验研究

为探究废弃黏土砖再利用的可行性,对6根圆钢管砖骨料地聚物再生混凝土柱的滞回性能进行了系列试验研究。以不同钢管厚度(4、6 mm)、砖骨料取代率(0%、50%、100%)、轴压比(0.05、0.25、0.50)为参数,得到了试件在往复荷载作下的失效模态、骨架曲线和滞回曲线,并对构件的刚度退化、滞回性能、峰值承载力、延性、承载力退化和耗能能力等抗震性能指标的变化规律分析。结果表明:试件的失效模式表现为底部发生鼓曲、开裂,出现塑性铰的区域核心混凝土破碎,与普通钢管混凝土相似;砖骨料取代率和轴压比的增加会降低试件的承载力,钢管厚度的增加会提高试件的承载力。试件的滞回曲线饱满,表现出不明显的捏缩,表明耗能能力较好;轴压比的增加导致试件的变形能力降低,加快了刚度和承载力的退化速度,增长钢管厚度可以提高试件的变形能力;砖骨料取代率对试件刚度退化、延性、承载能力和耗能能力的影响有限。

Behaviors of recycled aggregate concrete-filled steel tubular columns under eccentric loadings

The paper investigates the behaviors of recycled aggregate concrete-filled steel tubular(RACFST)columns under eccentric loadings with the incorporation of expansive agents.A total of 16 RACFST columns were tested in this study.The main parameters varied in this study are recycled coarse aggregate replacement percentages(0%,30%,50%,70%,and 100%),expansive agent dosages(0%,8%,and 15%)and an eccentric distance of compressive load from the center of the column(0 and 40 mm).Experimental results showed that the ultimate stresses of RACFST columns decreased with increasing recycled coarse aggregate replacement percentages but appropriate expansive agent dosages can reduce the decrement;the incorporation of expansive agent decreased the ultimate stresses of RACFST columns but an appropriate dosage can increase the deformation ability.The recycled coarse aggregate replacement percentages have limited influence on the ultimate stresses of the RACFST columns and has more effect than that of the normal aggregate concretesteel tubular columns.

An Experimental Study on the Behavior of Square Concrete-Filled High Strength Steel Tube Columns

The paper presents an experimental study on the behavior of square concrete-filled high strength steel tube columns until failure.Four specimens were tested to investigate the effect of high strength steel and plain strength concrete on the load carrying capacity of the square concrete-filled steel tube columns.The effect of the concrete which filled in the steel tube was also investigated.Also,the effect of high strength steel and the presence of concrete were also investigated.The main parameters in the tests were:(1) the ultimate strength of steel (800 Mpa),(2) the presence of concrete in steel tube (hollow steel tube and concrete-filled steel tube),and (3) slender ratio.The main objectives of these tests were three-step:(1) to describe a series of tests on composite columns,(2) to analyze the influence of several parameters,and (3) to compare the accuracy of the predictions by using the specifications in the code (AISC-LRFD,EC4 and AIJ etc.) for the design of high-strength composite columns.Experimental results indicate that the ultimate strength of steel and presence of concrete had significant influence on both the axial compressive load capacity and the ductile of the square steel tube.

圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法研究

通过对11个圆钢管型钢再生混凝土组合柱进行低周反复荷载试验,分析再生粗骨料取代率、型钢截面形式、轴压比、型钢配钢率及圆钢管壁厚参数对组合柱水平承载力的影响规律;观察了组合柱的破坏形态及特征,研究了圆钢管、型钢翼缘及腹板应变的发展规律,分析了组合柱的地震破坏特征。研究表明,在水平地震作用下组合柱发生典型的压弯塑性铰破坏。在此基础上,结合现有规范提出了基于叠加原理的圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法。计算结果表明,其水平承载力计算值与试验值吻合度较好,能较为准确地预测组合柱的水平承载力。

热-湿-力耦合作用对高温后方钢管混凝土短柱轴压力学性能影响试验研究

火灾发生时钢管混凝土内部会产生水蒸气,为探讨热-湿-力耦合作用对高温后方钢管混凝土轴压力学性能的影响,进行了10根高温后方形钢管混凝土短柱轴压力学性能试验,研究排气孔数量、布置位置、轴压比和升温时间等参数对其破坏形态、轴压刚度与剩余承载力等力学性能的影响。试验结果表明,试件破坏形态表现为压溃破坏;在其他参数相同的情况下,与升温前相比,随着排气孔数量从2个增加至4个和6个,轴压刚度分别降低了69.1%、73.3%、76.4%,剩余承载力分别降低了15.8%、16.2%、21.7%。轴压刚度随轴压比的增大而降低;随着升温时间的延长,剩余承载力先随轴压比的增大而增大,后随轴压比的增大而减小。研究结果可为钢管混凝土柱的抗火设计和该类结构火灾后的损伤评估与加固提供参考。

圆钢管再生镍铁渣混凝土柱偏压力学性能研究

为了研究再生粗骨料取代率和偏心距对圆钢管再生镍铁渣混凝土柱力学性能的影响,设计了13个试件进行轴心和偏心受压试验,分析试件的荷载-跨中挠度曲线、侧向挠度曲线、刚度退化和耗能。在普通钢管混凝土的研究结果基础上,回归拟合适用于钢管再生混凝土的压弯承载力预测公式。结果表明:偏压试件的挠度沿柱高呈对称分布,形状符合正弦半波曲线;加载过程中截面中性轴的位置向受压区偏移,表明受压区面积逐渐缩小,受压区高度减小;当取代率超过30%后,随着再生粗骨料取代率的增加,试件的极限承载力降低,刚度逐渐退化,试件破坏时的耗能系数表现为降低的趋势;随着偏心距的增大,试件的极限承载力降低,侧向挠度曲线的包络面积逐渐增大,刚度逐渐退化;根据拟合的压弯承载力计算公式得到的计算值与试验结果吻合较好。

圆钢管再生镍铁渣混凝土柱冲击性能试验

为研究掺镍铁渣钢管再生混凝土柱抗冲击性能,以粗骨料替代率、轴压比、落锤质量及冲击能量为变化参数,设计并制作了11根圆钢管再生混凝土柱。通过落锤冲击试验,得到了试件的破坏形态、位移时程曲线及冲击力时程曲线,研究了轴压比、粗骨料取代率、冲击能量和落锤质量对钢管再生混凝土柱侧向冲击性能的影响。结果表明:钢管再生混凝土柱抗冲击性能良好,能量吸收率基本恒定在67%左右;与取代率为0%相比,再生粗骨料取代率为30%时,试件跨中挠度平均降低8.9%;再生粗骨料取代率为70%时,试件跨中挠度平均降低11.4%;随着冲击能量的增加,试件跨中残余位移显著增大;轴压比在0~0.4以内,轴向力对钢管再生混凝土抗冲击性能有提高作用;落锤质量由330 kg增加至430 kg,冲击持续时间增加16%;套箍系数增大,跨中挠度减小。

高强钢管超高性能混凝土柱地震损伤监测

在带肋高强钢管超高性能混凝土柱(UHPCFHSST)内埋设压电智能骨料,钢管外壁粘贴压电陶瓷片,采用主动波动法对UHPCFHSST在往复加载过程中柱端的损伤情况进行监测,通过小波包分析方法对监测数据进行分析,探究循环往复荷载作用下管内核心混凝土损伤和管壁界面剥离损伤过程。结果表明,损伤状态下信号的到达时间比健康状态下的到达时间更晚,且信号的幅值更低。核心混凝土和界面剥离损伤指数随加载等级和加载循环次数的增加而增大,界面剥离损伤先于核心混凝土内部损伤产生。损伤监测结果与试件的滞回曲线、骨架曲线的承载力变化趋势具有较好的一致性。研究结果表明,利用压电智能骨料和压电陶瓷传感器能对管内核心混凝土和管壁届面剥离的损伤过程进行有效监测。

方钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力有限元分析

目的 研究各设计参数在不同煤矸石粗骨料取代率下对方钢管煤矸石混凝土短柱轴压承载力的影响规律,提出轴压承载力计算式。方法 利用ABAQUS有限元分析软件建立方钢管煤矸石混凝土短柱轴压有限元模型,并与试验结果对比,验证模型的准确性;分析试件应力分布与荷载分配,并采用控制变量法分析试件在5种煤矸石粗骨料取代率下主要参数对其轴压承载力的影响。结果 相同设计参数下,试件轴压承载力随煤矸石粗骨料取代率的提高而降低,且最大降幅未超过14%;当试件截面边长一定时,含钢率对试件轴压承载力的影响最显著,其中,含钢率由7.4%增加至20.3%使试件轴压承载力在不同取代率下平均提升68.85%。结论 掺入煤矸石粗骨料不会使构件轴压承载力显著劣化,依据《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014),引入煤矸石粗骨料取代率影响系数后的计算误差小于5%,可为相关研究提供参考。

广州白云国际会议中心国际会堂结构设计和施工重难点

采用YJK和ETABS对广州白云国际会议中心国际会堂结构进行弹性分析,采用Perform-3D进行罕遇地震作用下的整体结构弹塑性动力分析,并通过采取针对性的加强措施,改善了结构受力,提高了结构抗震性能,达到了预设的抗震性能目标。对大跨度钢结构构件进行方案选型,提出了大跨度钢结构桁架局部构件后装施工控制法和大悬挑钢结构桁架构件局部弯矩释放法,可以有效地减小结构构件局部受力,更加经济合理。对主会场大跨度楼盖进行竖向舒适度分析,结果表明竖向振动加速度满足规范要求,人群激励模式起控制性作用。通过采用合理的结构方案,以及与建筑专业的密切配合,很好地实现了建筑功能及建筑造型,以及项目快速建造的要求。