不同构造措施对异形截面多腔体钢管混凝土柱的力学性能影响

为比较不同构造措施对异形截面多腔体钢管混凝土巨型柱的力学性能影响,进行了5个不同构造措施的八边形多腔体钢管混凝土巨型柱模型的有限元计算分析,对其抗震性能和应力变化进行了比较,分析了其性价比,评价了不同构造措施的合理性.分析结果表明:钢管中设置分腔板、竖向肋板以及在塑性铰域设置角钢的构造措施对异形截面钢管混凝土柱的抗震性能影响明显,而水平肋板的设置对其影响不明显;因设置分腔板、肋板等构造措施可提高巨型柱的抗震能力,其性价比合理,可在工程中应用.     

不等肢L形截面型钢混凝土异形柱极限承载力的研究

利用ANSYS有限元程序对不等肢L形截面桁架式型钢混凝土异形柱进行分析,研究了该类异形柱中型钢与混凝土的协同工作性能;混凝土强度等级及偏心距对桁架式型钢混凝土异形柱极限承载力的影响.分析结果表明:桁架式型钢混凝土异形柱中,型钢与混凝土能很好地协同工作;随着混凝土强度等级的提高,异形柱极限承载力也随之提高;加载点离截面力学中心越近,异形柱的极限承载力越大,且加载点偏心距对异形柱极限承载力的影响也越大.     

基于“叠加原理”的多腔钢管混凝土柱承载力计算

采用有限元软件对多腔钢管混凝土短柱轴压试验进行了数值分析,并与已有的试验结果对比,验证了有限元模型的适用性。用验证的有限元模型对多腔钢管混凝土进行了参数化分析,探讨了钢材强度和混凝土强度对短柱承载力和约束效应的影响。基于"叠加原理"并结合32根试样的有限元模拟结果采用非线性回归的方法,得到了多腔钢管混凝土短柱的承载力计算公式,以供实际工程参考。     

冷弯薄壁方钢管混凝土柱的非线性有限元分析

为了研究设肋方式、钢管厚度、钢材强度和混凝土强度对冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱力学性能的影响,本文采用ABAQUS有限元程序,对冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱进行非线性有限元分析,计算和分析了冷弯薄壁方形钢管混凝土组合柱轴压时的荷载-变形全过程关系曲线。给出了有限元计算中钢材和混凝土本构关系模型、钢管及其核心混凝土之间界面模型等确定方法,分析在轴压作用下四种不同截面形式的冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱的力学性能和破坏模态,理论计算结果与试验结果吻合较好。研究表明,设肋能有效改善冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱的力学性能,与不带肋截面钢管混凝土构件相比,四边肋截面钢管混凝土构件的轴压承载力提高了9.4%~14.8%,十字肋截面钢管混凝土构件提高了18.7%~39.9%,而空钢管构件降低了65.3%~89.7%。同时,混凝土强度和钢管厚度对冷弯薄壁方钢管混凝土柱的轴压承载力影响较大。     

不同构造复式钢管混凝土足尺柱抗震性能试验

为研究复式钢管混凝土柱的抗震性能,完成了3种截面形式、2种剪跨比共6个试件的低周反复荷载试验,各试件施加相同轴力.截面钢构形式分别为圆钢管、外圆内圆复式钢管和带分腔焊接钢板的复式钢管.分析了各试件的破坏形态、滞回特性、承载力、刚度退化、延性和耗能.试验结果表明:除剪跨比2.2且未设置腔体构造的钢管混凝土柱外,其余试件滞回曲线饱满,抗震性能稳定;增加截面含钢率或提高剪跨比,可使试件在达到相同位移角时的滞回曲线更加饱满;设置内圆钢管和分腔焊接钢板可提高构件承载力,对较小剪跨比试件的延性改善显著;降低剪跨比可显著提高构件初始刚度,但刚度退化速度较快,累积损伤效应更加显著;各试件在达到极限位移角时,设置腔体构造的剪跨比较小试件的累积耗能更高;与试验结果进行对比,本文采用的钢管混凝土柱实用承载力计算方法结果偏于保守.     

CFDST组合截面结构柱的抗火设计分析

摘要：考虑钢管和混凝土的不同热工性能以及热传导的边界条件,采用有限单元法,建立CFDST柱截面二维计算模型,求出不同节点每一时刻的温度。由高温下的钢材和混凝土本构关系,可以得出一定温度下钢材和混凝土的应力,利用叠加原理求出CFDST组合结构柱的截面内力。结果表明CFDST组合结构柱外层钢管温度增长率比混凝土和内层钢管要快;CFDST组合结构具有良好的耐火性能,其主要影响因素包括构件长细比、内外层钢管强度、混凝土强度强度等级及空心率。     

复式钢管混凝土柱-钢梁空间节点有限元研究

目的研究复式钢管混凝土柱(CFST)与钢梁连接空间节点的抗震性能,为复式钢管混凝土结构空间节点的后续研究与应用提供参考.方法运用有限元模拟软件ABAQUS建立了外加强环式复式钢管混凝土柱与H型钢梁节点的空间模型,通过选取计算单元、设定接触关系、施加载荷等一系列建模过程,建立了3种不同参数下的6个模型,考察不同加载方式、不同混凝土强度等级及核心混凝土的存在对空间节点的抗震性能的影响.结果空间双向加载制度2对空间节点的承载力、刚度、变形性能和耗能性能影响较大,与平面加载方式相比,承载力下降了14.3%,累积耗能降低15%,刚度退化明显;随着混凝土强度等级的提高,节点的承载力越高,混凝土强度等级的变化对刚度退化影响越不明显;核心混凝土的存在有效地提高了节点承载力,延缓了节点刚度的退化速度.结论实心高强复式钢管混凝土柱与钢梁空间节点在双向加载作用下的抗震性能较平面节点试件的抗震性能要差,应加强空间节点抗震试验方法的研究.     

非对称T形截面型钢混凝土异形柱极限承载力的研究

利用ANSYS有限元程序,对非对称T形截面桁架式型钢混凝土异形柱进行分析,研究桁架式型钢混凝土异形柱中型钢与混凝土的协同工作能力;混凝土强度等级及偏心距对桁架式型钢混凝土异形柱极限承我力的影响.分析结果表明:桁架式型钢混凝土异形柱中,型钢与混凝土能很好地协同工作;荷载偏心距越小,混凝土强度等级对异形柱极限承载力的影响越大;加载点离截面力学中心越近,异形柱的极限承载力越大,加载点偏心距对异形柱极限承载力的影响也越大.     

预制钢筋混凝土梁-钢管混凝土柱装配节点抗震性能有限元参数分析

为进一步研究新型预制钢筋混凝土梁—钢管混凝土柱装配节点抗震性能，对其进行有限元模拟，分析混凝土强度、钢管强度、纵筋配置和箍筋配置等参数的影响，结果表明该节点的抗震性能良好，而且，随混凝土强度的增加，节点的承载能力、延性、耗能能力有所增加，但增加幅度小于3%;提高梁纵筋配筋率，承载能力、延性和耗能能力均有所提高，刚度退化减慢；钢管强度等级Q420以上对抗震性能影响明显；箍筋直径越大，耗能和试件延性减弱。     

巨型钢管混凝土分叉柱节点压弯性能试验研究

为了解决构造措施对巨型钢管混凝土分叉柱节点承载力影响程度的问题,以在建工程北京"中国尊"为工程背景,进行了2个不同构造的分叉柱节点偏心受压重复荷载试验,研究了其受压破坏特征、承载力、侧向抗弯刚度、侧向变形及应变规律.结果表明:试件的破坏形态以弯曲破坏为主,破坏位置与分叉柱节点刚度分布有关,且侧向变形主要发生在侧向位移较大的柱肢部分;在钢管屈服之前,柱肢异形截面符合平截面假定,钢材屈服以后基本符合平截面假定;在忽略横向构造措施承载力贡献的情况下,仅考虑钢管的约束效应计算承载力与实测值相差较大,说明受压区钢管及横隔板的组合约束效应更强.     

配筋圆钢管自密实混凝土柱抗震性能试验研究

通过7根配筋圆钢管自密实混凝土柱和1根圆钢管自密实混凝土对比柱的低周反复荷载试验,研究了纵筋配筋率、轴压比和钢管壁厚对配筋圆钢管自密实混凝土柱的承载力、延性、耗能能力和性能退化规律的影响。试验结果表明：配筋圆钢管自密实混凝土试件的滞回曲线饱满,表现出良好的抗震性能,在加载中后期,配筋试件的纵筋屈服,强度得到发挥,配筋圆钢管自密实混凝土试件的承载力和延性较普通圆钢管自密实混凝土试件均有不同程度提高,同时,耗能性能提高,且纵筋配筋率越大,配筋圆钢管自密实混凝土试件的承载力和延性也越大。轴压比和钢管壁厚对配筋圆钢管自密实混凝土柱抗震性能的影响规律与普通圆钢管混凝土柱相同。     

钢管混凝土组合柱受剪承载力分析模型

目前,有关钢管混凝土组合柱构件受剪承载力的试验研究、理论模型及计算方法尚少。为此,基于组合柱受剪试验研究,探讨桁架-斜压场理论用于计算受剪承载力的适用性,并与中国规范T/CECS 188、美国规范AISC、欧洲规范EC4进行对比分析。其中修正桁架-斜压场模型是基于管内外混凝土不同约束条件,以钢管为界划分构件截面区域,提出能够考虑轴压力作用下,钢管约束对管内混凝土强度影响的受剪承载力计算方法。研究表明：桁架-斜压场理论分析方法的计算结果与36组试验数据吻合度高,不仅能够较好反映组合柱构件的受剪机理,且模型计算敏感性受剪跨比、体积配箍率、混凝土强度、轴压比、套箍指标和钢管径厚比等变化参数的影响不大,绝大部分试件的计算值与试验值比值介于0.85~1.15;采用中国规范T/CECS 188计算值普遍低于试验值,未能准确预估构件的实际承载力;采用美国规范AISC、欧洲规范EC4的计算值的离散性较大。     

早龄期钢管混凝土短柱轴压性能试验与理论分析

为研究早龄期钢管混凝土的轴压性能,对同批次浇筑的钢管混凝土短柱进行不同混凝土龄期下的轴压试验研究,得到不同混凝土龄期下试件荷载-变形曲线和破坏形态.分析了不同龄期下试件的破坏形态、荷载-应变曲线以及极限承载力随龄期的变化规律;在已有混凝土龄期应力-应变关系基础上,将国标GB 50010中成熟期混凝土的本构关系扩展到可以适用早龄期混凝土的情况.结合上述试验建立了早龄期钢管混凝土短柱的轴压有限元模型,并对早龄期圆形和方形钢管混凝土的轴压性能进行分析,结果表明:早龄期钢管混凝土的套箍效应随着龄期的增长而增大,且圆形截面的套箍作用和受力性能明显高于方形截面;在成熟期钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式的基础上,通过引入龄期套箍修正系数建立了早龄期钢管混凝土短柱的强度承载力计算公式,并采用均匀设计方法对不同龄期圆形和方形钢管混凝土短柱的轴压承载力进行了模拟,从而验证了公式的适用性,而且具有较高的准确性.该研究将为钢管混凝土结构的安全施工提供参考.     

钢管混凝土框架结构抗震性能

为了解钢管混凝土框架结构抗震性能,推广在地震区的应用,进行了八层钢管混凝土柱-H钢梁框架结构模型振动台试验和有限元模拟分析,研究了结构在El-Centro波、天津波(N-S)和武汉人工地震波激励下的最大地震作用、层间剪力、应变和位移反应.试验结果与数值模拟结果符合较好,结构位移受低阶振型影响较大,结构变形呈弯剪型,随着地震波峰值加速度增大,高阶振型主导作用加强.研究表明,钢管混凝土框架结构具有较好的抗震性能,ANSYS8.1可以较好地模拟钢管混凝土框架结构地震反应.     

受荷方式对钢管混凝土轴压短柱力学性能影响

采用有限元分析软件DIANA对钢管混凝土轴压短柱进行理论分析,并用试验数据验证了有限元模型、材料参数和分析结果的正确性．在此基础上,分析了三种典型受荷方式和黏结强度对钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响．三种受荷方式为：1)荷载作用在整个截面上;2)荷载作用在钢管截面上;3)荷载作用在混凝土截面上．有限元分析结果和试验结果及他人试验结果吻合较好．研究结果表明,受荷方式对钢管混凝土轴压短柱的力学性能影响较大;当荷载作用在整个截面上时,黏结强度对轴压短柱的力学性能没有影响;当荷载仅作用在混凝土截面上时。黏结强度对轴压短柱的力学性能影响较大．     

Behavior and design method of square-tubed reinforced concrete short columns under axial compression

The behavior of square-tubed reinforced concrete (STRC) short columns subjected to axial compression was studied in detail with an accurate nonlinear finite element model (FEM) . Different width to thickness ratios (D/t = 50 150) of the steel tube and the compressive strength of concrete (C80 and C50) were adopted in this research. The axial load strength,steel tube strain and load-shortening response were determined from FEM and the analysis results from FEM were compared with those from experiment. The analysis and test results indicate that the concrete strength little affectes the confinement of the steel tube on the concrete. The transverse stress of the tube at the axial load point increases with the increment in the width to thickness ratio. Based on the results from FEM and experiment,a formula for the prediction of the axial load strength was proposed in this paper.     

空间网架结构钢管混凝土柱节点力学性能足尺试验及分析

采用足尺试验与数值仿真相结合的方法研究空间网架结构中的钢管混凝土柱节点的受力及抗震性能。试验荷载逐级加载到设计荷载的1.6倍并观测柱节点的变形与应力。试验结果表明试验荷载下柱节点钢结构部分基本处于弹性状态,混凝土极小部分区域超出压应力极限,钢管与混凝土粘接良好。非线性有限元分析结果揭示了柱节点在低周往复荷载作用下的滞回耗能能力和破坏特征,指出了柱节点承载的薄弱位置,给出了柱节点的极限承载力。结果表明,足尺试验与数值计算相结合的方法可以全面揭示柱节点的受力特性及抗震性能。     

端部带拉筋方钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁框架结构抗震性能试验研究

“柱铰”是造成结构垮塌的主要因素。采取必要的结构构造措施在不增大结构刚度的基础上避免“柱铰”的形成是一个亟待思考与解决的课题。为提高钢管混凝土组合框架结构在地震荷载作用下的抗震性能,提出了一种柱端带拉筋方钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁框架结构体系。通过对普通及端部带拉筋方钢管混凝土组合平面框架结构进行水平低周反复荷载试验,研究了柱端拉筋与梁柱抗弯承载力比对组合框架结构滞回性能、变形能力和破坏模式的影响。研究结果表明：两类组合框架结构均具有较好的抗震性能和耗能能力;试件的破坏模式主要有钢管局部屈曲、混凝土板开裂和钢管撕裂等;端部带拉筋方钢管混凝土组合框架结构的承载力与耗能能力优于普通方钢管混凝土组合框架结构;柱端拉筋能延缓结构塑性铰的出现,提高结构抗震耗能性。研究成果可为钢-混组合结构体系在抗震设防高烈度地区和城市人口密集区域的推广应用提供参考。