方钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究方钢管再生混凝土柱的抗震性能,采用正交设计方法设计并制作了9个试件,并对其进行拟静力试验。考虑钢管壁厚、再生骨料取代率和轴压比3个变化参数,观察试件加载全过程和破坏形态,分析试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能和刚度退化。结果表明:方钢管再生混凝土柱试件破坏过程及破坏形态与普通钢管混凝土柱类似,主要表现为柱底钢管的鼓曲破坏;试件的滞回曲线均比较饱满,没有明显的捏缩现象,试件的变形性能良好;再生骨料取代率对钢管再生混凝土柱的位移延性系数影响较小,主要受钢管壁厚及轴压比的影响;加载完成后,各试件的等效黏滞阻尼系数达到0.2以上,表现出良好的耗能能力;试件刚度主要受钢管壁厚和轴压比的影响,再生骨料置换率对试件刚度的影响不大;三线型的P-Δ骨架曲线模型无量纲化后,试验数据有较好的规律。

基于压电陶瓷的钢管混凝土柱早期强度监测

为研究钢管混凝土柱内部早期强度的增长规律,该文在现有混凝土早期强度监测技术基础上,提出一种基于压电智能骨料的早期强度检测方法。制作钢管混凝土柱试件,通过在钢管混凝土柱内部预埋智能骨料作为传感器和激励器,发射和接收信号,对混凝土早期强度增长过程中传感器采集到的数据进行分析,结果表明,传感器接收信号的电压幅值随着混凝土早期强度的增加而减少,混凝土早期强度在初始的1周内以较快的速度增长,1周后增长速度减慢,28d后强度为1个定值。与此相应,传感器接收信号电压幅值在初始1周内以较快的速度下降,随后下降速度减慢,最后达到稳定,电压幅值变化曲线与早期强度变化曲线相似。利用压电智能骨料能对混凝土早期强度发展过程进行有效监测。

基于压电陶瓷的高强度智能骨料研制

为研究混凝土动力灾变中内部应力变化和工作机理,选用Q345钢材和压电陶瓷传感器制作了6个高强压电智能骨料,通过电液伺服试验机和力锤分别对智能骨料进行标定,得出各个智能骨料的灵敏度,并将各个智能骨料的灵敏度值与理论值进行了比较。试验结果表明,智能骨料的输出电压与加载的压力值呈良好的线性关系,试验值与理论分析结果相吻合,表明所研制的高强度智能骨料可以用于高强混凝土实时应力的监测,研究成果可为工程实践提供参考。

方钢管再生混凝土短柱的轴压力学性能试验

为研究钢管宽厚比及再生骨料取代率对方钢管再生混凝土短柱力学性能的影响,设计9根方钢管再生混凝土短柱进行了轴压试验,观察了试件在轴压力作用下的破坏过程,分析了钢管宽厚比和再生骨料取代率对试件荷载—位移和荷载—应变曲线的影响。结果表明,宽厚比及再生骨料取代率对钢管再生混凝土短柱的最终破坏形态影响不大,与普通钢管混凝土短柱相似,各试件均呈剪切破坏,最终破坏时,其纵向变形均超过30 mm;随着再生骨料取代率增大,荷载—位移曲线下降段越陡,但随着钢管宽厚比的增大,再生骨料取代率超过30%后,试件极限承载力越接近,说明考虑再生骨料取代率的不利影响更合理。最后结合试验提出了钢管再生混凝土短柱承载力计算方法,将计算结果与相关规程进行了对比,供工程应用参考。

冲击荷载下矩形钢管混凝土柱-钢梁节点受力性能数值模拟

为研究矩形钢管混凝土柱-钢梁节点在冲击荷载下的力学性能,在总结归纳相关文献的基础上,选取合理的模型尺寸和本构关系,利用有限元软件ABAQUS对落锤冲击荷载下的钢管混凝土柱-钢梁节点受力性能进行数值模拟。通过设置接触对用来考虑钢管壁与混凝土间的粘结滑移效应,采用面面接触方式模拟冲击体与构件之间的接触作用,利用接触应力法对试件的动力响应进行分析,最终获得试件冲击力时程曲线和核心混凝土的应力云图;同时,考虑混凝土损伤塑性对节点核心区应力变化的影响。研究表明:冲击力峰值的计算值与理论值吻合较好,考虑混凝土损伤塑性可以提高数值模拟精度。

轴向冲击荷载作用下T形截面钢管混凝土短柱力学性能模拟

为研究T形截面钢管混凝土短柱在动力荷载作用下的力学性能,利用有限元软件ABAQUS对钢管混凝土短柱在冲击荷载作用下的力学性能进行数值模拟,并将数值模拟结果与试验结果进行对比,验证了数值模拟中建模、相关参数和单元选取的正确性。根据此数值模型对T形截面钢管混凝土短柱的力学性能进行模拟,绘制不同强度冲击荷载作用下T形截面钢管混凝土短柱的冲击力时程曲线、位移时程曲线。数值模拟结果表明,T形截面钢管混凝土短柱具有较好的抗冲击性能,最终破坏形态为管壁屈曲破坏。

方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点抗剪性能

为研究方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点抗剪性能,以钢管混凝土柱节点试验尺寸为参照,建立方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点在往复荷载作用下的精细有限元分析模型。该模型考虑材料非线性、混凝土材料在循环荷载下的损伤退化、钢和混凝土之间的相互作用等因素的影响。通过与试验结果进行对比分析,验证该有限元模型具有较好的精度和可靠性。此后研究柱宽厚比、核心混凝土强度、轴压比和节点核心区高宽比等因素对节点的影响,提出一种方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点的核心区剪力-剪切变形恢复力模型。研究结果表明,该模型具有实用性,可为工程设计提供实际依据。

高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱偏压性能试验

为研究高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱(CFST)在偏心受压荷载作用下的力学性能,对Q420型高强冷弯钢设计制作的矩形截面钢管混凝土柱进行偏心受压试验,获得试件在偏压荷载作用下的破坏形态、跨中挠度及应变分布规律,并分析不同参数对试件偏心受压承载能力的影响.试验结果表明:高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱的偏心受压性能受长细比、偏心率和宽厚比等参数影响较为明显,长细比、偏心率和宽厚比越大,高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱的偏心受压承载能力越小.

快速加载下钢管混凝土柱动力性能数值模拟

为研究圆钢管混凝土柱在快速加载下的力学性能,将应变率引入到混凝土损伤塑性模型和钢材弹塑性模型中,建立了考虑应变率效应的混凝土损伤塑性模型和钢材弹塑性模型。应用该模型对圆钢管混凝土短柱在快速加载下的力学性能进行数值模拟,通过与试验结果进行对比,验证了考虑应变率效应的数值模型能更好地描述快速加载下钢管混凝土柱的力学性能。同时,利用建立的考虑应变率效应的混凝土损伤塑性模型和钢材弹塑性模型对不同加载速率、宽厚比、混凝土强度的钢管混凝土柱的非线性行为进行了模拟分析。结果表明,随着加载速率、宽厚比和核心混凝土强度的提高,构件的承载力也随之增大。

T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能非线性有限元分析

在已有试验结果的基础上,采用OpenSeeS有限元软件模拟了在低周往复荷载作用下T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架的受力全过程,并通过对模拟结果的分析,来研究此类框架结构位移与骨架曲线的影响因素。结果表明:采用OpenSEES计算得到的滞回曲线与试验滞回曲线吻合较好;框架的水平极限承载力和弹性阶段刚度随柱截面含钢率、钢材强度、混凝土强度、柱翼缘宽度、柱腹板高度的增大而增大;框架荷载-位移骨架曲线的形状与混凝土强度、柱翼缘宽度、柱腹板高度有关;框架柱轴压比和梁柱线刚度比是影响框架骨架曲线的形状的重要因素,可以间接反映框架延性性能。

T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能研究

为研究T形钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能,进行了两榀T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架拟静力试验,探讨了柱轴压比对框架滞回性能的影响。试验结果表明,框架在往复荷载作用下均呈理想的梁铰破坏机制;随着水平位移荷载的增大,框架滞回曲线渐趋饱满,最终框架正负向位移延性系数均大于4.0,满足建筑结构抗震延性需求;随着柱轴压比增大,其耗能能力提高,但框架的延性下降。提出了该类框架的简化三折线恢复力模型,可为T形钢管混凝土柱-钢梁框架的深化研究及工程设计提供参考。

方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点地震损伤模型研究

为研究方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点在地震荷载作用下的损伤破坏机理,对比分析现有双参数地震损伤模型,根据方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点的破坏特征,选取最大非弹性变形和累积滞回耗能建立能反映结构性能退化和累积损伤的地震损伤模型,对节点失效破坏进行定量评估。该模型在如下所研究参数范围内可较好地反映方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点在极限状态下的地震损伤情况:f_y:393~526 N/mm^2,f_(cu):53.4~73.4 N/mm^2,t:6~12mm,ξ_p:1.5~3.4,h_(slab):0~120 mm,n:0~0.8,h/B:0.7~2.0。结果表明,该模型具有实用性,可为工程设计提供实际依据。

轴向冲击荷载下T形截面钢管混凝土柱受力性能研究

为研究T形截面钢管混凝土短柱在轴向冲击荷载作用下的承载力,以及钢管内混凝土应力分布特点,将PVDF压电薄膜制作成一种可植入式压电应力传感器埋置在钢管内混凝土中,对T形截面钢管混凝土短柱进行轴向落锤冲击试验。通过PVDF电压应力传感器监测数据的转换获得钢管内混凝土应力变化规律,同时获得不同冲击高度下T形截面钢管混凝土短柱的冲击力时程曲线和抗冲击承载力。试验结果表明:T形截面钢管混凝土短柱具有较好的抗冲击性能,壁厚大的钢管混凝土柱其冲击力峰值较大,竖向变形较小、冲击持续时间较短,增加钢管壁厚可提高对混凝土的约束作用,增强钢管混凝土柱的抗冲击承载能力。

L形钢管混凝土柱-钢梁框架受力性能有限元分析

基于已有试验研究,采用有限元软件Open Sees,模拟了低周反复荷载作用下L形钢管混凝土柱-钢梁框架的荷载-位移曲线,并对其受力特性的影响参数进行了分析。结果表明:柱截面宽厚比D/t主要影响结构的刚度,D/t在30~70范围内时,D/t越大,加载初期结构刚度越大,后期刚度退化也越快,而柱截面长宽比D/B对结构的影响与之相反;核心混凝土抗压强度和钢材屈服强度越低,峰值荷载后,曲线下降段越平缓,结构表现出更好的延性;轴压比n对结构荷载-位移曲线有较大影响,轴压比越大,曲线上升和下降段越陡,而梁柱线刚度比对荷载-位移曲线上升段影响明显;水平荷载作用方向对荷载-位移曲线形状影响不明显。

外加强环式与内隔板式方钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能比较

为了对比外加强环式与内隔板式方钢管混凝土柱-钢梁连接框架结构的抗震性能,设计并制作了1榀3层2跨外加强环式连接的方钢管混凝土柱-钢梁框架,对其进行了低周反复加载试验,与内隔板式连接的方钢管混凝土柱-钢梁框架抗震试验成果进行比较。分析两种节点连接方式下试件的滞洄曲线、骨架曲线、延性和耗能能力、强度退化和刚度退化。结果表明:两种节点连接方式下试件的滞回曲线饱满,延性系数均大于4,满足抗震要求;外加强环式连接的试件极限承载力要明显高于内隔板式连接试件;外加强环式连接的试件具有更好的弹塑性变形能力及耗能能力,抗震性能整体优于内隔板式连接试件。

方钢管约束混凝土短柱轴压力学性能有限元分析与承载力计算

基于钢管约束混凝土的概念,将钢管对核心混凝土的横向约束应力直接转化为围压应力,施加在核心混凝土外侧面上,对方钢管约束混凝土短柱进行数值模拟;同时依据围压应力比概念,建立围压应力比与套箍指标的数学关系式。基于已有钢管约束混凝土柱试验研究成果,将有限元模拟结果与之进行对比,两者接近,从而验证数值模拟方法的正确性。利用此模型研究尺寸不同、混凝土强度不同及钢材强度不同时,围压应力比与核心混凝土轴压承载力之间的关系,结果表明:随着围压应力比的增大,核心混凝土轴压承载力也逐渐增大;根据模拟结果,提出钢管约束混凝土短柱的承载力计算公式。

基于压电薄膜传感器的圆钢管砂柱内部应力监测

为研究圆钢管石英砂柱在冲击荷载下内部应力变化过程和工作机理,利用聚偏氟乙烯(PVDF)作为测试传感器,通过落锤冲击试验机对PVDF传感器进行标定,根据PVDF传感器输出电压最大值和钢管内部石英砂最大应力计算出其灵敏度,并将PVDF传感器植入钢管内的石英砂中,对圆钢管内石英砂在冲击荷载作用下的三维应力进行监测.试验结果表明,PVDF传感器的输出电压与输入荷载呈良好的线性关系,各个传感器的灵敏度基本一致并具有良好的动力响应,基于PVDF传感器能够监测钢管内石英砂的三维应力,研究成果可为PVDF传感器监测冲击荷载下钢管混凝土的三维应力提供参考.

圆钢管混凝土柱抗冲击性能试验与有限元分析

为研究钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的受力性能,通过对圆钢管混凝土柱进行横向落锤冲击试验,获得柱在冲击荷载作用下的破坏形态、整体变形和应变分布规律,分析了冲击力和试件跨中挠度时程曲线的特征;并通过有限元分析,研究了钢材和混凝土强度等参数对圆钢管混凝土柱力学性能的影响。研究结果表明:在试验参数范围内,随着冲击能量的增加,试件冲击力峰值、跨中挠度峰值、冲击持续时间增加;含钢率较大试件的冲击力峰值和冲击力平台值较大,跨中挠度峰值较小、冲击持续时间较短;钢材屈服强度对试件抗冲击性能的影响较大,而混凝土抗压强度对试件抗冲击性能的影响则相对较小。

带楼板的外加强环式方钢管混凝土柱节点非线性数值模拟

为研究带楼板的外加强环式方钢管混凝土柱(CFSST)节点的弹塑性力学性能,以方钢管混凝土柱节点试验尺寸为参照,在总结相关文献试验结果的基础上,选取钢材和混凝土的本构关系模型,定义混凝土损伤塑性因子,以及混凝土压缩复原和拉伸恢复系数,对外加强环式方钢管混凝土柱节点进行单向加载及循环往复加载下的全过程力学分析,绘制荷载-位移曲线;同时对外加强环式节点进行参数分析,研究宽厚比、轴压比、混凝土楼板高度及核心混凝土强度对节点受力性能的影响。研究结果表明:相比混凝土楼板高度和核心混凝土强度,轴压比、宽厚比对此类节点的受力性能影响较大。