圆钢管超高性能混凝土短柱偏压力学性能研究

为研究钢管超高性能混凝土短柱的偏压性能,以荷载偏心率和钢管径厚比为变化参数,设计了12个圆钢管UHPC短柱试件并对其进行偏心受压加载试验,分析了该类构件的破坏模式、荷载-挠度曲线、钢管应变和变形系数等,考察了主要因素对短柱偏压性能的影响规律。结果表明:试件的破坏特征为钢管屈服和核心混凝土压坏;荷载-挠度曲线有较明显的峰值点,偏心率越大和径厚比越小,曲线的下降段越平缓;达到60%峰值荷载时,钢管开始产生明显的约束作用,达到90%峰值荷载时,截面变形不再符合平截面假定;偏心率增大使试件的承载力和刚度下降,而径厚比减小可降低这种不利影响。在试验基础上,结合数值模拟对短柱的N-M曲线进行分析,建立了临界偏心率和套箍系数的关系表达式,并基于此提出短柱偏压承载力实用计算方法,理论与试验结果吻合较好。

大高宽比矩形钢管混凝土柱压弯性能研究

为了研究大高宽比矩形钢管混凝土柱的压弯性能,对大高宽比钢管混凝土短柱进行偏压试验并结合有限元模拟补充了4组试件进行对比,包括不同偏心率、高宽比、钢管壁厚度、截面尺寸情况下柱性能的对比分析。最后参考常用的4本国内外规范进行柱承载力计算,对比并判断现有规范是否适用。结果表明:试件破坏模式均为长边鼓曲,当荷载小于极限承载力的80%时,横截面高度上的应变分布服从平截面假定;随着偏心率增大,柱延性提升,在偏心率超过0.205后,柱延性开始下降;随着壁厚增加,柱延性提升,在壁厚达到8 mm后,柱延性开始下降;随着高宽比提升,柱延性降低;随着截面尺寸增大,在壁厚不变的情况下,柱延性降低,在壁厚等比例增大时,柱延性变化不大;随着高宽比、截面尺寸、钢管壁厚度的增大,柱承载力提升;随着偏心率升高,柱承载力降低;参考规范JGJ 138—2016对大高宽比钢管混凝土柱偏压承载力的计算更为准确。

钢管混凝土扁柱-钢梁节点抗震性能有限元分析

为避免钢框架结构中梁柱节点凸出墙体,文章提出一种钢管混凝土扁柱与钢梁节点,采用ABAQUS有限元模拟软件建立4个不同连接位置的钢管混凝土扁柱-钢梁节点的有限元模型,分析节点在低周往复荷载下的破坏模式和抗震性能;结果表明,所提出的节点构造可以实现梁柱刚性连接,所有节点均发生梁铰破坏,抗震性能和耗能能力良好。进一步研究轴压比、竖向隔板厚度和连接构造对节点抗震性能的影响规律,结果表明:随着轴压比的提高,柱端峰值承载力随之下降;减小柱内竖向内隔板的厚度会导致柱端承载力的降低;将盖板连接改为竖向加劲肋连接后,能有效缓解节点处柱壁的应力集中现象。

界面焊接环向钢筋的钢管混凝土叠合柱抗剪性能研究

为研究界面焊接环向钢筋的钢管混凝土叠合柱的抗剪性能,以环向钢筋的布置间距和直径为研究参数,对6根叠合柱试件进行了横向剪切静力试验和数值模拟,分析了各参数对试件的破坏过程、破坏形态、荷载-跨中挠度曲线以及抗剪承载力的影响规律。研究结果表明:界面环向钢筋布置方案不同的叠合柱试件破坏形态基本相同,均发生斜压破坏;试件的受力过程可划分为弹性阶段、弹塑性阶段、强化阶段和破坏阶段四个阶段;随着界面环向钢筋布置间距的减小,试件的抗剪承载力提高显著,最大增幅达22%;增大界面环向钢筋的直径可提高试件的抗剪承载力,但作用效果有限,最大增幅仅为6.1%。通过试验数据对有限元模型的有效性进行验证,并进一步分析了不同阶段有限元模型的应力状态,明确了此类叠合柱的受剪机理。

内焊钢筋-钢管混凝土界面粘结滑移性能

为了探究提高钢管混凝土组合结构钢管与混凝土界面粘结强度的措施,研究不同形式的内焊钢筋对两者界面粘结强度的影响,设置4种不同形式钢管内焊钢筋结构的钢管混凝土构件进行推出试验,对试验结果设置参数以比较不同内焊钢筋构造措施对两者界面粘结性能的影响,结合曲线与试验现象描述了滑移发生过程。应用ABAQUS软件进行有限元模拟,对比分析了不同内焊钢筋构造措施对粘结滑移性能的影响,并提出了钢管内焊钢筋构造粘结力的计算方法。结果表明:内焊钢筋的构造措施可以大幅度提升钢管混凝土界面的粘结强度;随着钢筋环数的增加,界面粘结强度逐渐增大。

扁钢管混凝土柱装配式节点抗震性能数值分析

对新提出的装配式扁钢管混凝土柱-H型钢梁节点的抗震性能进行研究,建立了3个新型装配式节点的ABAQUS有限元分析模型,研究比较了参数梁柱相对位置、梁柱抗弯刚度比对节点滞回曲线和骨架曲线、延性等抗震性能的影响。研究结果表明:新型装配式扁钢管混凝土柱节点具有良好的耗能能力和塑性变形能力;钢梁偏心布置的承载力和刚度大于钢梁居中布置。

不同构造下的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

与普通节点不同,钢管混凝土柱-钢梁节点在地震作用下更容易发生破坏,为了提高钢管混凝土柱与钢梁连接节点的抗震性能,进行了不同构造下的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究。以预埋锚杆构造的两种钢管混凝土柱-钢梁节点和钢梁穿透式构造的钢管混凝土柱-钢梁节点为研究对象,在梁体中部设置了横向支承,采用层间位移角控制周期性荷载,当地震荷载不同时,测试了3种构造钢管混凝土柱-钢梁连接节点的抗震性能。结果表明,钢梁穿透式构造的钢管混凝土柱-钢梁节点对地震具有较高的承载能力,弱化伸缩梁端节点的构造方法符合抗震设计要求,通过端板的屈曲可以消散大部分能量,具有强大的耗能能力。

圆形钢管混凝土柱偏压性能研究

通过系统的试验设计,探究了圆形钢管混凝土柱在不同偏心距和加载质量下的承载能力、变形性能和破坏模式。结果表明,偏心距和加载质量对圆形钢管混凝土柱的性能影响显著,表现为承载力的非线性增长、变形性能的复杂变化以及破坏模式的多样性。研究结果为理解圆形钢管混凝土柱在偏心受压条件下的力学行为提供了依据,并为结构设计和安全评估提供了重要的参考价值。

混合配筋自复位节段拼装桥梁抗震性能研究

为了进一步了解该施工技术在现代桥梁建设中的应用效果,本文以某桥梁工程为例,通过有限元分析的方式,模拟分析了混合配筋自复位节段拼装桥梁抗震性能。首先,简单介绍了某路桥工程的基本情况,然后以此为基础,通过桥梁结构模型的构建,进而模拟分析了竖向轴压比、钢管壁厚、初始预应力、核心混凝土强度、耗能钢筋配筋率等不同工况条件下桥梁的抗震性能,以期为混合配筋自复位节段拼装桥梁建设提供参考。

钢框架-钢板墙和组合柱-钢梁框架振动台试验研究

为深入研究钢框架-钢板剪力墙和钢管混凝土柱-钢梁框架两种典型装配式结构体系的整体抗震性能和拓展其在高烈度区的应用,以甘肃省装配式示范工程中的两栋高层(10层)住宅建筑方案为原型,进行了1/8缩尺模型的地震模拟振动台试验。结果表明,钢框架-钢板剪力墙结构中的钢板剪力墙首先达到屈服状态,随后框架上出现塑性铰,塑性损伤主要集中在钢板墙及相邻梁端,个别1层柱脚出现损伤,体现了“多道抗震防线”的理念,巨震后(1.200g)结构的自振频率降幅约为19.5%(X向)和17.4%(Y向);钢管混凝土柱-钢梁框架结构的损伤主要在1层、4层及5层梁端,1层柱脚也出现少量塑性铰,体现了“强节点弱构件”的设计原则,巨震后结构的自振频率降幅约为19.5%(X向)和17.8%(Y向)。两类结构体系均能实现“小震不坏、大震不倒”的抗震设防目标,具有良好的抗震性能。此外,结构体系的侧向变形模式与整体结构的刚度分布密切相关,并且随着地震动峰值的增大愈加明显,钢框架-钢板剪力墙的抗侧刚度沿着高度呈降低趋势,整体呈现弯曲型的特征,钢管混凝土柱-钢梁框架(1层除外)抗侧刚度沿着高度分布较均匀,整体呈现剪切型的特征。

内置高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能

为研究内置FRP约束UHPC高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能,基于“强柱弱梁”目标设计制作5个端板-螺栓连接节点试件,通过拟静力试验研究节点的破坏机理,并分析柱轴压比、FRP管厚度和有无芯柱对节点抗震性能的影响,对比钢梁更换前后节点的性能。试验结果表明:所有试件均在梁端形成塑性铰破坏;该破坏模式下,节点具有较高的承载力、耗能能力和较好的延性;内置芯柱时,试件承载力提高但延性降低;随着FRP管厚度增加,节点初始刚度和耗能能力均得到提升;相比原试件,更换梁试件的耗能能力、延性和初始刚度均有所降低。变形分析结果表明:节点域组合柱以受弯变形为主,两侧钢梁主要承担节点域的剪切变形。依据初始刚度判定该节点属于刚性节点。

L形双连接板实体式方钢管混凝土组合柱抗震性能研究

提出了一种采用双连接板的L形实体式方钢管混凝土组合柱,为了研究其抗震性能,设计了3个采用不同的钢管连接件的尺寸(宽度分别为100mm或200mm)、不同轴压比(0.4和0.6)的试件。对各试件施以不同的竖向恒载,进行了拟静力试验,讨论了试验参数对试件抗震性能的影响。结果表明:连接板宽度与水平峰值荷载和刚度呈正相关,增加连接板宽度对两者的提升很大,与延性和耗能能力呈负相关,增大连接板宽度两者有所下降,而且更宽的连接板会加剧强度退化和刚度退化;竖向恒载与水平峰值荷载和耗能能力呈负相关,加大轴压比导致两者均变小,且加剧了刚度衰减,但是能在一定程度上改善延性,强度退化也更均匀。通过有限元模拟研究了钢管壁厚度、钢管管径和钢材强度等级对组合柱受力性能的影响。结果表明:增大钢管壁厚度、钢管管径都可以显著加强L形双连接板实体式方钢管混凝土组合柱的水平峰值荷载和刚度,但变形能力即延性也明显下降;提高钢材强度等级则能使水平峰值荷载和延性都得到改善。

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。

方钢管混凝土柱与U形钢组合梁分离式内隔板节点抗震性能试验研究

为研究方钢管混凝土柱与U形钢组合梁分离式内隔板节点的抗震性能,对4个节点试件进行低周反复加载试验,试验参数为内隔板形式和梁柱交界面处有无加强连接。分析各试件的破坏模式、滞回性能、延性、耗能等指标,并给出加劲板的设计建议。结果表明:4个节点试件的破坏模式均为梁端受弯破坏,滞回曲线呈反S形、有明显的捏缩现象;试件的位移延性系数μ为2.3~3.1,弹性层间位移角θy为1/68~1/53,弹塑性层间位移角θu为1/28~1/19,等效黏滞阻尼系数ζeq为0.12~0.16,变形能力较好,并具备一定耗能能力;改变内隔板形式对试件的承载能力影响较小,但相较于传统内隔板节点试件,分离式内隔板弱轴节点试件的耗能能力有所降低;加强梁柱交界面处的连接可减缓刚度退化速度、显著提高节点的承载能力和耗能能力。

方钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究

该文通过ABAQUS有限元软件对单层单跨的方钢管混凝土柱-H型钢梁框架进行有限元模拟计算。按1∶4缩尺建立框架模型,施加低周往复荷载作用,分析框架的受力过程;改变节点形式,分析不同节点刚性框架的破坏形式、滞回曲线和骨架曲线。结果表明,使用新节点的钢管混凝土框架具有较好抗震性能;与刚性连接的框架相比,框架能够有效保证节点域安全可靠,充分发挥梁的耗能能力。

新型装配式槽钢连接节点有限元分析

针对焊接节点易出现脆性破坏的问题,提出一种钢管混凝土柱-H型钢梁槽钢连接节点。对6个试件进行Abaqus有限元分析,模拟分析节点在低周反复荷载下的抗震性能。结果表明,轴压比增大会增强节点的耗能能力,轴压比为0.4时节点的耗能能力最好;翼缘连接板厚度增加会增加节点的承载力和耗能能力,最优的翼缘连接板厚度为10 mm。

钢管-钢骨混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究不同截面形式钢管-钢骨混凝土短柱轴压力学性能,以钢骨含钢率和钢管壁厚为基本参数,设计并完成9个方形截面和9个圆形截面钢管-钢骨混凝土短柱的轴压试验。对比分析2种试件的破坏模式、荷载-位移曲线、混凝土强度提高系数、残余承载力、延性等指标,探究配骨指标、套箍系数和内外含钢率比等参数对2类试件轴压力学性能的影响规律。研究结果表明:2类试件发生轴压破坏后,方形试件表现为钢管局部鼓曲破坏,圆形试件随着径厚比的增大,破坏模式由钢管鼓曲破坏转变为钢管剪切破坏;配骨指标对试件延性和残余承载力起改善作用;在本试验设计范围内,圆形截面试件在混凝土强度提高系数、延性作用等方面均优于方形截面试件;合理设计试件的内外含钢率比有利于提升试件承载力,对于圆形截面试件,宜增加钢管含钢率;对于方形试件,当试件总含钢率较小时(<14.50%),内外含钢率比应取较大值,试件总含钢率较大时(>17.38%),内外含钢率比宜取小值,总含钢率适中时(14.50%~17.38%),建议取0.68。考虑型钢与钢管对核心混凝土的双重约束作用,分别提出了方、圆钢管-钢骨混凝土短柱轴心受压承载力计算公式,经过对比计算结果与试验结果吻合良好。研究结果可为钢管-钢骨混凝土柱截面选型及其该类试件的承载力计算提供科学依据。

T型件单边螺栓连接方钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究

为研究T型件单边螺栓连接方钢管混凝土柱-钢梁组合框架的抗震性能,设计了一榀由T型件与单边螺栓相连的1:2缩尺的组合框架,并通过拟静力加载试验对框架的承载能力、滞回性能、刚度退化、耗能能力和延性性能进行了分析,并与一榀T型件单边螺栓连接方钢管柱-钢梁框架进行了对比分析,结果表明:两试件滞回曲线均较为饱满,无明显捏缩,方钢管混凝土柱-钢梁组合框架要比方钢管柱-钢梁框架的承载力高,且初始刚度要高出19%,但其耗能能力和延性均有所降低,两试件加载后期承载力下降均较缓慢,且水平位移达到了层间位移角1/30,表明两试件均具有良好的抗震性。

装配式复式钢管混凝土节点抗震性能试验

提出一种便于灾后修复的装配式复式钢管混凝土节点。为明确端板厚度、柱轴压比、螺栓直径、混凝土填充度和内钢管截面形状对节点抗震性能的影响,对6个缩尺比为1∶2的节点试件进行拟静力试验,研究了节点的承载力、延性、刚度退化、承载力退化和耗能能力。结果表明:节点的破坏形态包含端板弯曲、钢梁翼缘屈曲、端板与翼缘间焊缝开裂和螺栓翘曲断裂;6个试件的荷载-位移滞回曲线饱满,表明节点具有较强的耗能能力;位移延性系数均大于4.89,具有良好的塑性变形能力和延性;强度退化系数基本保持在0.9~1.0,表现出良好的承载力稳定性;增大端板厚度,可显著提高节点的各项抗震性能指标;增大柱轴压比、提高混凝土填充度和方钢管代替内圆钢管均会提高节点承载力,而螺栓直径几乎不影响节点承载力;改变柱轴压比和螺栓直径对节点耗能影响极小,提高混凝土填充度和方钢管代替内圆钢管均会明显降低节点耗能能力。建立的非线性有限元模型得到的节点破坏形态、承载力与试验结果吻合良好。

内置型钢方形不锈钢管超高性能混凝土柱偏压性能

为研究内置型钢的方形不锈钢管超高性能混凝土柱的偏压性能,考虑长径比、宽厚比、偏心率、型钢含钢率和加载方向(强弱轴加载)等因素的影响,设计了18根试件进行偏心受压试验研究。观察试件在偏心受压状态下的破坏过程及破坏形态,并通过荷载-跨中侧向挠度关系曲线及侧向挠度曲线,分析各因素对试件偏压性能的影响。结果表明:试件的破坏形态表现为短柱的强度破坏和中长柱的非弹性失稳破坏,且伴有局部鼓曲现象产生;试件的极限承载力随着长径比、宽厚比、偏心率的增加而减小,随着型钢含钢率的增加而增大;与绕弱轴方向加载的试件相比,绕强轴方向加载的试件具有更高的极限承载力。利用ABAQUS软件建立了偏压试件的有限元模型,基于试验结果对有限元模型的可靠性进行了验证,有限元计算结果与试验结果吻合良好,有利于进一步分析组合柱的工作性能。基于已有的相关研究成果提出了内置型钢方形不锈钢管超高性能混凝土柱的偏压极限承载力简化计算公式,为工程设计及相关规范的制定提供了一定的参考。