钢管混凝土柱内置拉筋结构性能研究

本工程瞄准我国新型城镇化建设以及抗震设防高烈度区域的重大需求,针对内置拉筋钢管混凝土柱及其结构体系构造的关键科学技术难题,从试验研究、理论分析、强化技术和工程应用等多方面开展了系统研究,提出了内置拉筋结构钢管混凝土柱及其结构体系约束系数理论,实现了抗震性能好、建造成本低、效率高、质量更优、绿色环保节能等目标,取得了显著的经济和社会效益。

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——矩形钢管混凝土柱

截面高宽比h/b大于2.0的矩形钢管混凝土柱具有较好的外观优势,能避免室内出现凸柱现象,随着实际应用日渐增多,对其的研究也越发深入。根据《隐式钢管混凝土结构技术规程》(T/CECS 951—2021)和《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159:2004)两本规范给出的条文对构件的计算结果及构造要求进行了对比。计算对比包括截面塑性发展能力、单向压弯荷载作用下的截面强度及单向压弯荷载作用下的平面内稳定承载力等三个方面。计算结果将再与多组实际试验结果进行对比,根据两者计算偏差判断规范公式的合理性。构造方面主要对比截面尺寸、长细比、宽厚比、轴压比及强柱弱梁验算公式和免除强柱弱梁验算的条件。结果表明,相比于CECS 159:2004,T/CECS 951—2021更接近实际试验结果,计算公式更合理,构造要求规定更全面。

钢结构节点断裂的研究现状

对钢框架梁柱节点及钢管节点断裂的研究现状进行了综述,指出现有研究多是基于传统断裂力学方法采用应力强度因子、裂纹尖端张开位移(CTOD)或J积分等预测断裂,这种方法主要适用于研究脆性断裂或局部塑性损伤程度极其有限的伪脆性断裂问题,而对强震作用下构造无明显缺陷部位发生较大尺度屈服时的延性断裂问题并不适用;介绍了近年来发展的基于微观机制的断裂预测方法,可以考虑节点区显著的应力三轴度因素,且适用于无初始裂纹或处于明显塑性阶段的节点延性断裂预测问题,可用于预测强震作用下钢结构焊接节点的超低周疲劳断裂。

强约束轴心受压钢管柱耐火性能试验研究

为正确评估强约束钢管柱的耐火性能,利用自行研制的杆系结构构件温度轴力测量装置,采用恒载升温试验方法,设5级初应力水平,6种长细比,对30根Q345钢管柱进行试验研究,揭示轴心受压钢管柱在强约束下的耐火性能。试验结果表明:强约束钢管柱在温升作用下的温度应力相当大,对钢管柱破坏有决定性作用,在耐火设计与评估中必须考虑。钢管柱在高温作用下,破坏前其弹塑性性质较为明显。相同长细比的构件,在较高的初始应力水平作用下,极限承载力大、温度应力小、临界温度低;反之相反。在相同初应力水平下,长细比对强约束钢管柱的极限承载力和温度应力的影响并不敏感,但长细比大的试件为失稳破坏,破坏后变形很大;长细比较小的试件为强度破坏,破坏后变形较小。以试验数据为基础给出两端固定Q345钢管柱的下限临界温度回归计算公式,可用于火灾中约束刚度不变的钢结构耐火设计与评估。

方形高强钢管混凝土叠合柱轴压极限承载力分析

对于新提出的方形高强钢管混凝土叠合柱的极限承载力,基于统一强度理论,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,引入有效约束系数和非有效约束系数并考虑箍筋对钢管外混凝土约束作用的不同,把钢管外箍筋约束混凝土划分为有效约束区和非有效约束区,将方形截面等效为圆形截面以考虑钢管核心混凝土受到的钢管和外围钢筋混凝土的双重约束效应,提出了方形高强钢管混凝土叠合柱的一种新的轴压极限承载力计算方法。将所得理论计算结果与文献试验结果进行对比,吻合良好,证明了公式的正确性。对各参数的影响规律分析表明,方形高强钢管混凝土叠合柱的承载力随着侧压系数、中间主应力影响系数、材料拉压比和纵向配筋率的增大而增大,随着钢管径厚比的增大而减小。

低周反复载荷下型钢钢管混凝土柱力学性能

为了研究型钢钢管混凝土的滞回性能,利用有限元软件,选择约束效应系数和强弱轴不同加载方向为参数,对型钢钢管混凝土柱的耗能、延性等滞回性能进行了研究.研究表明,各构件的载荷-位移滞回曲线饱满,构件在低周反复载荷下的承载、耗能能力,以及延性可以通过提高约束效应系数而增强,强弱轴不同加载方式对构件的承载力影响不大.

升温速率对强约束钢管柱温度内力影响的试验研究

对5个国产Q345无缝钢管柱试件进行轴向位移约束的升温试验,预设升温速率分别为13.0,8.7,6.2,4.9,3.9℃/min,研究升温速率对强约束轴心受压钢管柱温度内力的影响规律。试验结果表明:升温速率越大,单位时间温度增量越大,单位时间温度内力越大,温度内力随时间的变化是二次函数。而温度内力虽然随温度增量变化也是二次函数,但是升温速率越大,构件内部单位温度增量引起的温度内力增量反而越小。试验研究可为进一步研究钢结构构件在火灾中的温度内力规律提供新的思路。

矩形钢管混凝土轴压短柱研究

针对矩形钢管混凝土轴压短柱其钢管对核心混凝土的约束作用对轴压构件的承载力影响的问题,通过理论计算与试验数据分析对比,提出了用一个一次二项式来拟合相关系数与截面形状系数的关系及用截面形状系数来修正圆钢管混凝土轴压短柱承载力公式在实际应用中的可行性。

高层钢框筒结构截面尺寸预估的新方法

高层钢框筒结构通常由水平荷载起控制作用,用轴压比和等效实膜筒法确定的截面尺寸较粗糙,需反复试算和调整,耗费大量人力与机时.针对这个问题,提出了高层钢框筒构件截面尺寸预估的新方法,综合考虑了强柱弱梁思想、结构受力特性和设计经验,并用2个算例验证了预估方法的有效性,同时对它们进行了倒三角分布、SRSS分布和高度等效分布侧向力模式下的Pushover分析和比较,讨论了考虑摇摆柱影响的放大系数简化计算和预估轴压比计算的可行性.该预估方法可较快预估出满足规范要求的构件尺寸,对不同抗震设防区的高层钢框筒结构的构件尺寸预估均适用,不过初始截面尺寸仍需进一步优化.该方法可供其他高层钢结构形式的构件尺寸预估参考.

钢管混凝土结构及钢结构单层单跨框架力学性能分析

为了对比分析方钢管混凝土柱-工字钢梁和方空钢管柱-工字钢梁两种框架结构的力学性能,运用有限元软件分别对上述两种框架结构进行了全尺寸建模,完成非线性有限元计算分析.结果表明,计算结果与实验数据吻合较好,验证了所建模型的准确性;两种框架结构的滞回曲线均为饱满的梭形,无明显的捏缩现象,且方钢管混凝土柱-工字钢梁框架梁端水平极限承载力高于方空钢管柱-工字钢梁框架结构.

端部约束对爆炸荷载作用下钢骨-钢管混凝土柱动力响应的影响

钢骨-钢管混凝土柱是建筑结构的主要承重构件,在爆炸冲击荷载作用下,结构的受力特性和反应过程与受静载作用下的结构有着明显的不同。该文采用非线性有限元软件ABAQUS对在爆炸荷载作用下不同端部约束的钢骨-钢管混凝土柱的动力响应进行了数值模拟,混凝土采用损伤塑性模型,考虑了损伤及应变率效应,钢筋采用经典金属塑性模型。结果表明:顶部自由约束的钢骨-钢管混凝土柱的抗爆能力较差,不如顶部固支和顶部简支的钢骨-钢管混凝土柱,而顶部固支和顶部简支的柱体的抗爆能力几乎相同。

不同低加载速率下圆钢管混凝土轴压柱的试验研究

为研究低加载速率对强围箍作用下圆钢管混凝土柱的影响,分别采用2mm/min、10mm/min、20mm/min和25mm/min的加载速率对20个短柱试件进行轴心受压试验,得到了不同低加载速率下钢管混凝土柱的荷载-位移曲线与荷载-应变曲线。基于试验结果分析了低加载速率对强围箍作用的钢管混凝土短柱轴压力学性能产生的影响,揭示了钢管混凝土柱在轴压作用下初始损伤以及二次强化效应的机理。结果表明:不同低加载速率条件下钢管混凝土柱的破坏形态相似,极限承载力随着套箍系数的增大而增大,相同套箍系数的钢管混凝土柱的荷载-位移曲线和荷载-应变曲线的趋势基本相同,极限承载力相差不大,强围箍作用的钢管混凝土轴压短柱对低加载速率的变化不敏感。

椭圆钢管混凝土短柱的偏压承载力

为计算椭圆钢管混凝土短柱的偏压承载力,利用有限元软件ABAQUS建立数值分析模型,并用已有试验结果和纤维单元法计算结果验证该有限元模型的准确性.在此基础上,对椭圆钢管混凝土短柱进行有限元分析,探明截面比、混凝土抗压强度、钢管屈服强度和偏心距等主要参数对其偏压性能的影响规律.研究表明,已有椭圆钢管混凝土短柱的偏压承载力计算公式与有限元分析结果吻合较好,已有的短柱偏压承载力计算公式和文章有限元模型可用于指导工程实践,促进椭圆钢管混凝土柱的应用.

输电线路四柱钢管杆主杆管型优化分析

针对华东地区常用220kV四柱钢管杆,选取典型杆型进行结构及杆件受力分析,获得其应力分布情况,发现钢管杆主杆存在明显的y轴方向弯矩远大于x轴方向弯矩的特征。从改变主杆截面强弱轴的角度出发,通过选用椭圆形主杆截面,试算了长短轴比例分别为1.5∶1及2∶1两种情况下的主杆选型结果。与原圆钢管对比,主杆的整体重量明显降低,长短轴1.5∶1及2∶1情况下分别降重9.7%及14.7%,主杆截面优化效果明显,具有明显的经济效益。