异形柱钢结构住宅应用分析

在方钢管混凝土组合异形柱的基础上,采用方钢管混凝土组合异形柱和H型钢梁等,对某钢结构住宅工程实例进行设计。分析各种荷载工况组合下的结构整体受力性能,计算结构的内力和变形。分析计算结果表明,方钢管混凝土组合异形柱的强度和刚度大,具有较高的承载能力和良好的抗侧力能力,适用于钢结构住宅结构。最后根据异形柱钢结构住宅的特点以及墙体材料的经济性和实用性,提出了适用于异形柱钢结构住宅的墙体材料及做法。     

L形截面方钢管组合异形柱的长细比计算

方钢管组合异形柱是一种新型的异形柱形式。针对L形截面的方钢管组合异形柱,对其长细比计算公式进行了推导,并采用通用有限元程序ANSYS验证了长细比计算公式的正确性。     

十字形截面方钢管混凝土组合异形柱研究

方钢管混凝土组合异形柱是一种新型的异形柱结构形式,十字形截面组合异形柱是其主要柱形之一。推导出采用斜缀条连接的十字形截面组合异形柱的等效长细比简化计算公式,研究了采用叠加理论计算十字形截面方钢管混凝土组合异形柱的可行性,并结合通用有限元程序ANSYS进行验证。     

十字形方钢管混凝土组合异形柱压弯性能和可靠度分析

运用ANSYS有限元软件,对单向压弯状态下十字形截面方钢管混凝土组合异形柱进行仿真计算,并在此基础上采用蒙特卡罗法分析结构的可靠度。结果表明,十字形方钢管混凝土组合异形柱具有承载力高、塑性和韧性好的特点;钢管与混凝土能良好地协同工作,提高了混凝土的承载能力。与此同时,ANSYS分析得出柱子高度、截面尺寸等参数对结构最大侧向位移和应力强度的灵敏度影响较大,同时得出结构的可靠度概率。     

L形方钢管再生混凝土组合异形柱轴压力学性能研究

为研究L形方钢管再生混凝土组合异形柱的轴压力学性能，在试验基础上，对L形方钢管再生混凝土组合异形柱进行了数值模拟，通过与试验结果对比，验证了模拟结果的准确性。分析表明，当再生粗骨料取代率超过40%时，异形柱的弹塑性阶段不明显，有直接进入塑性阶段的趋势。考虑钢材强度、钢材厚度、方钢管宽度和连接板宽度等因素，对L形方钢管再生混凝土组合异形柱进行了参数化分析。参数化分析结果表明：随着钢管内再生混凝土粗骨料取代率的提高，异形柱的峰值承载力减小，刚度降低，延性降低；相同粗骨料取代率下，随着钢材强度提高、钢材厚度的提高和方钢管宽度的增加，异形柱的峰值承载力逐渐增大；而连接板宽度对试件的峰值承载力影响不大。     

H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱偏压性能研究

为提升方钢管混凝土组合异形柱加工制作的便捷性与精度、减小焊接对板件变形的影响，提出了新型H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱(LCFST-H),并研究其偏压荷载下的力学性能。设计了两个试件进行偏压加载试验，建立计算模型开展有限元分析。在验证有限元模型准确性的基础上，分析了H型钢连接板尺寸、方钢管截面尺寸、柱高度等参数对组合异形柱偏压受力性能的影响。结果表明：构件破坏形式为整体弯曲失稳与局部屈曲破坏，达到极限承载力后，单肢柱之间仍能通过H型钢连接板很好地协同工作，具备一定承载能力，体现出较高的延性性能。方钢管截面尺寸和柱高度对其偏压性能影响较大。结合相关规范，给出了H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱单向偏压承载力计算公式，公式计算结果与有限元结果吻合较好。     

十字形截面方钢管混凝土组合异形柱压弯性能研究及优化

对十字形截面方钢管混凝土组合异形柱在单向压弯状态下进行试验研究和有限元分析,并在此基础上对构件连接板进行优化。结果表明,十字形截面方钢管混凝土组合异形柱整体压弯性能良好、承载力高以及截面延性较大;有限元软件ANSYS分析得出结果与试验结果吻合良好,验证了ANSYS建模计算的准确性;根据试验和有限元对比分析结果,对连接钢板进行拓扑优化,探究其在结构中的合理形式。     

T形方钢管混凝土组合异形柱偏压承载力研究

通过理论计算和有限元模拟对T形方钢管混凝土组合异形柱的偏心受压承载力计算方法进行研究。设计9根不同长细比偏心力作用的T形组合柱,借鉴《矩形钢管混凝土结构技术规程（CECS159：2004）》压弯构件的计算方法,对设计构件进行理论计算,并应用ANSYS有限元软件对设计构件进行偏压承载力计算。分析结果表明：T形组合柱在偏心受压破坏时,为整体弯曲破坏;理论计算与有限元分析计算结果吻合较好;验证了采用理论计算方法计算方钢管混凝土组合异形柱偏压承载力的可行性。     

方钢管混凝土柱新型节点和异形柱在住宅钢结构中的应用

介绍了住宅钢结构的发展概况,提出了两种方钢管混凝土柱与H型钢梁连接的新型刚接节点——外肋环板节点和隔板贯通节点,分析了方钢管混凝土异形柱的特点。结合一栋6层钢结构住宅工程,阐述了这两种新型节点的构成和优点,并设计了分别应用于角柱、边柱和中柱节点的不同节点形式。设计了应用于异形柱结构中的L形、T形和十字形柱的外肋环板节点和隔板贯通式节点,提出了一体化的外肋环板节点和隔板贯通式节点,并分析了其在结构中不同部位的应用,为在工程中进一步推广应用这两种新型节点和异形柱结构体系奠定了基础。     

L形缀板式方钢管混凝土组合柱轴压性能试验研究

在L形方钢管混凝土组合异形柱基础上,设计L形缀板式方钢管混凝土组合柱,对L形方钢管混凝土组合柱进行轴压荷载试验,研究在轴压荷载作用下缀板对L形钢管混凝土组合柱承载力和破坏形态的影响。由试验结果可知,焊接缀板有效地提升了L形钢管混凝土组合柱的整体性和轴压承载力,且当缀板面积超过60%后承载力提升不明显,综合比较缀板面积为60%时构件性价比最高。研究成果为后期L形缀板式钢管混凝土组合柱的压弯和抗震等性能研究提供了基础。     

Compressive behavior of T-shaped concrete filled steel tubular columns

Special-shaped column structures improve residential architectural space, compared with traditional frame structures. However, in respect to applicable building height and seismic fortification intensity, traditional special-shaped reinforced concrete (RC) columns have strict limitations in seismic behavior, which hampers further generalization and application of special-shaped columns. Due to increase in constraint effect for concrete, special-shaped concrete-filled steel tube (CFST) columns are expected to behave advantages on the strength, ductility and seismic behavior over special-shaped RC columns. However, special attention should be paid to prevent the steel plates’ premature local buckling and the separation between steel tube and concrete at inner corners. The battlement-shaped bar stiffeners and tensile bar stiffeners, welded on tube surfaces, were first put forward in this paper. Experimental study of 9 stubs in three groups subjected to axial loads was conducted, and the specimens consist of 3 square stubs (including 1 non-stiffened and 2 stiffened CFST specimens) and 6 T-shaped stubs (including 1 RC specimen, 2 non-stiffened and 3 stiffened CFST specimens). Failure modes and static properties of the specimens were investigated. Experimental results reveal that: Due to the constraint effect provided by T-shaped tubes, the CFST specimens behave advantages on the RC specimen in the ascending stiffness, peak resistance and ductility (except for the battlement-shaped bar stiffened CFSTs). For square and T-shaped stiffened CFST specimens, the stiffeners improve their ductility, especially the tensile bar which gives the best performance in ductility and improves the peak resistance substantially. The stiffeners postpone the buckling of tubes, and even upgrade the classification of composite sections, without thickening the tubes.     

型钢混凝土异形柱轴压力系数限值的试验与理论分析

根据17个型钢混凝土(SRC)异形柱试件在低周反复水平力作用下的试验结果,采用大小偏压界限破坏理论和叠加法理论计算了SRC异形柱的轴压力系数限值,并与试验结果进行比较,结果表明:采用大小偏压界限破坏理论的计算结果与实际不符,计算SRC异形柱的轴压力系数限值存在缺陷;而采用叠加法理论的计算结果与试验结果吻合较好,并给出了SRC异形柱的轴压力系数限值。通过对比SRC异形柱的轴压力系数限值和RC异形柱的轴压比限值表明:与RC异形柱相比,SRC异形柱所能承受的轴压力限值明显提高,可有效改善普通RC异形柱因轴压比限值过低而影响其适用范围。     

新型组合结构柱的性能研究

近年来,作者针对一些新型的组合结构柱开展了一些研究工作,这些新型组合柱包括薄壁钢管混凝土、中空夹层钢管混凝土、FRP约束钢管混凝土及FRP约束混凝土柱等。本文在简要归纳和总结有关研究结果的基础上,分析这些新型组合柱的工作性能及其特点,以期为有关研究工作提供参考。     

钢管自密实高性能混凝土压弯构件力学性能研究

进行了38个钢管自密实高性能混凝土压弯构件的试验研究,考察的项目和基本参数有:(1)截面形式,包括22个圆试件和16个方试件;(2)管内混凝土不同浇筑方式,包括自密实、手工振捣和机械振捣;(3)截面径(宽)厚比,从33变化到67;(4)荷载偏心率,从0变化到0.3。研究目的在于:考察钢管自密实混凝土与采用振捣密实的钢管混凝土压弯构件力学性能的差异,并比较规程DL/T5085—1999、GJB4142—2000、AIJ(1997)、EC4(1994)、AISC—LRFD(1999)、BS5400(1979)和DBJ13—51—2003在计算钢管自密实高性能混凝土构件极限承载力时的差异,结果是圆钢管自密实混凝土压弯构件的极限承载能力值按规范计算比试验值低5%～20%,方钢管按规范计算比试验值低4%～15%,唯按EC4(1994)计算的方钢管值略高于试验值。     

型钢混凝土异形柱正截面承载力试验及有限元分析

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱的正截面承载力性能，设计22个试件进行静力和循环加载试验研究，分析其破坏机理。编写了计算机程序，利用程序分析了加载角、截面配钢形式、配钢率、混凝土强度等级以及柱肢高厚比等变化参数对SRC异形柱正截面承载力的影响，并与钢筋混凝土（RC）异形柱的正截面承载力进行对比分析。研究结果表明：SRC异形柱破坏形态表现为大偏心受压破坏、小偏心受压破坏和轴心受压破坏；截面应变基本符合平截面假定；加载角和截面配钢形式对正截面承载能力有显著影响，T形柱的薄弱加载方向是0°、90°和315°，L形柱的薄弱加载方向是90°和315°，十形柱的薄弱加载方向是0°，实腹配钢比空腹配钢试件的承载能力有明显提高；适当增加截面配钢率、混凝土强度等级以及柱肢高厚比均能有效提高SRC异形柱的正截面承载能力；当截面配钢率不大于6%时，SRC异形柱的承载力与普通的RC异形柱相比提高36%以上。     

方钢管膨胀混凝土短柱偏压极限承载力研究

方钢管膨胀混凝土是一种较为理想的钢管混凝土结构。在偏压试验的基础上,依据现有规程对方钢管膨胀混凝土偏压短柱构件承载力进行研究,并依据极限平衡理论,提出适合方钢管膨胀混凝土短柱偏压极限承载力的计算方法,供工程实践和相关理论研究参考。     

方钢管膨胀混凝土偏压短柱的试验研究

方钢管膨胀混凝土结构是一种较为理想的钢管混凝土结构。通过对18根方钢管膨胀混凝土短柱的偏压试验研究,考察了方钢管膨胀混凝土结构的基本偏压力学性能。试验结果表明,掺入适量膨胀剂,方钢管膨胀混凝土偏压短柱的极限承载力提高程度可达3%～12%,另外,分析了膨胀剂、偏心率、宽厚比等因素对构件偏压相关力学性能和变形破坏过程的影响,所得结论可供有关工程设计和理论研究参考。