火灾后型钢混凝土异形柱正截面承载力非线性分析

为了研究火灾后型钢混凝土异形柱的正截面承载力,在9根十字形、8根T形、9根等肢L形(简称DL形)和9根不等肢L形(简称BL形)型钢混凝土柱试验研究的基础上,编制了MATLAB非线性程序,通过对比表明运算结果与试验结果基本吻合。利用程序分析了弯矩作用方向角、含钢率、混凝土强度等级和偏心距对火灾后型钢混凝土异形柱正截面承载力的影响。试验结果表明:火灾后型钢混凝土异形柱破坏形式分为受拉破坏、受压破坏、轴心受压破坏和界限破坏;截面应变分布也基本符合平截面假定;在偏心距一定的情况下,0°加载角的承载力高于45°加载角的承载力。在其它因素一定的条件下,构件的极限承载力随含钢率的增大而增大,与混凝土强度等级呈正比,随偏心距的增大而减小。     

型钢混凝土异形柱受剪机理及承载力计算

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱的抗震性能,对17个型钢混凝土异形柱试件采用"建研式"加载装置进行低周反复荷载试验,观察了不同配钢形式的SRC异形柱的受力过程和破坏形态。试验表明SRC异形柱的破坏形态有剪切斜压破坏、剪切粘结破坏、剪弯破坏和弯曲破坏;分析了SRC异形柱的破坏机理和特点,给出了荷载-位移滞回曲线和荷载-应变滞回曲线;分别推导了各种配钢形式的SRC异形柱在正向荷载(沿工程轴)以及斜向荷载作用下发生剪切斜压破坏和剪切粘结破坏时的受剪承载力计算公式,计算结果与试验实测值吻合较好。理论分析和试验结果表明:异形柱中的翼缘对构件的抗剪强度有提高作用,提高的程度与荷载作用方向和柱的肢长肢厚比有关,但在肢长肢厚比一定的前提下与肢厚的改变无关。T、L形截面柱的斜向抗剪强度大于正向加载抗剪强度,而十字形截面柱的斜向抗剪强度小于正向加载抗剪强度。     

高温作用后不等肢L形截面型钢混凝土柱偏心受压性能试验研究

对8根不等肢L形截面型钢混凝土柱进行高温作用后的受力性能试验研究,1根未受火柱作为对比试件。柱配钢形式为桁架式配钢,试验中考虑加载角与加载偏心距的影响。通过试验,获得试件破坏形态以及承载力、截面平均应变分布、荷载-滑移曲线和截面变形特性。研究结果表明：柱肢内侧两面受火1 h的不等肢L形截面型钢混凝土柱仍然具有较高的竖向承载能力;空腹式配钢与合理的腹杆布置能够保证型钢与混凝土的协同工作,应变平截面假定仍然适用;不等肢L形截面型钢混凝土柱长肢方向的截面弯曲刚度较短肢的大,加载角0°时的刚度大于加载角45°时的刚度。     

高温作用后不等肢L形截面型钢混凝土柱偏心受压性能试验研究

对8根不等肢L形截面型钢混凝土柱进行高温作用后的受力性能试验研究,1根未受火柱作为对比试件。柱配钢形式为桁架式配钢,试验中考虑加载角与加载偏心距的影响。通过试验,获得试件破坏形态以及承载力、截面平均应变分布、荷载-滑移曲线和截面变形特性。研究结果表明:柱肢内侧两面受火1 h的不等肢L形截面型钢混凝土柱仍然具有较高的竖向承载能力;空腹式配钢与合理的腹杆布置能够保证型钢与混凝土的协同工作,应变平截面假定仍然适用;不等肢L形截面型钢混凝土柱长肢方向的截面弯曲刚度较短肢的大,加载角0°时的刚度大于加载角45°时的刚度。     

火灾后型钢混凝土异形柱承载力研究

<正>青岛理工大学开展了火灾后型钢混凝土异形柱偏心受压正截面承载力简化计算方法的研究。试验试件共35根型钢混凝土异形柱,其中十字形截面柱9根,T形截面柱8根,等肢L形截面柱9根,不等肢L形截面柱9根。提出了折算截面法,计算火灾后型钢混凝土异形柱偏心受压时正截面承载力,根据试验结果确定了相应的修正系数,计算值与试验值吻合较好。     

内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为提高异形截面钢管混凝土柱的轴压承载力,提出内置钢骨组合异形截面钢管混凝土柱。考虑套箍指标、配骨率等参数的影响,设计制作12个内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱及3个未配置钢骨的组合L形截面钢管混凝土短柱两类试件;通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线和承载力,分析各参数对试件力学性能的影响,并对比两类组合柱轴压性能的差异。在试验研究基础上,参考国内外相关规范,提出内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算式。研究表明,内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压承载力高,增大套箍指标和配骨率可以明显提高试件承载力,所提出的承载力计算式可供工程设计参考。     

L形型钢混凝土异形柱正截面承载力的理论研究(Ⅱ)——受力性能分析

利用文献[1]编制的型钢混凝土(SRC)异形柱正截面承载力的有限元计算程序,通过计算得到了各设计因素(包括混凝土强度等级、加载角、配钢率、轴压比和肢长比)变化时,L形SRC异形柱正截面受力性能的,N-及M-M,相关曲线.通过对计算结果的分析,得到了5种设计因数变化时,对L形SRC异形柱正截面受力性能的影响规律.     

L形配钢型钢混凝土矩形柱偏压力学性能研究

L形配钢型钢混凝土(SRC)矩形柱用作高层建筑角柱时,可避免T形配钢SRC柱梁柱型钢不连续造成的传力不直接和应力集中问题。为揭示L形配钢SRC柱偏压力学性能,设计了不同荷载偏心率、长细比和不同配钢形式的5根L形配钢SRC矩形柱和1根T形配钢SRC矩形柱并对其开展偏心受压试验。结果表明：L形型钢在混凝土的不均匀约束作用下,试件裂缝双向不对称发展,且在同一截面高度处,L形配钢SRC柱拉压区的钢筋和型钢不同时屈服;但型钢不对称并没有明显降低试件的承载力和延性。在试验研究基础上建立有限元模型,拓展分析荷载偏心率、长细比、腹板偏心对L形配钢SRC柱偏压力学性能的影响。模型分析表明：L形配钢SRC柱的拉压区界限呈斜直线,但因斜率较小且试件承载力与T形配钢方式无明显差异,在构件截面设计时相对受压区高度可按直线进行简化;分析多种工况的有限元模型,建议取荷载偏心率0.45作为构件设计时大小偏压的初步判别标准。     

T形截面SRC异形柱正截面受力性能的分析

为了研究SRC异形柱正截面的受力性能,利用自己编制的型钢混凝土异形柱正截面承载力电算程序,通过计算得到了混凝土强度、加载角、配钢率和轴压比变化时,T形截面SRC异形柱正截面受力性能的N-M和Mx-My相关曲线.通过对相关曲线及其受力机理的分析,得到了四种设计参数变化时,T形截面SRC异形柱正截面受力性能的变化规律.     

工字形截面型钢混凝土短柱受压性能研究

为研究工字形截面型钢混凝土短柱的受压性能,设计了5个1/20缩尺工字形截面型钢混凝土短柱试件,各试件几何尺寸、配筋、配钢均相同,进行了不同偏心距、不同加载方向工况下的轴压、偏压单调加载试验。通过试验,分析了各试件的破坏特征、承载力、刚度及退化过程等。对比分析了偏心距、加载方向对工字形截面型钢混凝土短柱受压性能的影响规律。基于试验,进行了工字形截面型钢混凝土短柱受压承载力计算,计算结果与试验结果符合较好。研究表明:工字形截面型钢混凝土短柱具有良好的弹塑性变形能力和较高的承载力;随着偏心距的增大,工字形截面型钢混凝土短柱的承载力逐渐降低,弹塑性最大位移逐渐增大,延性逐渐增强,刚度退化逐渐减慢;偏心距相近时,与沿翼缘方向偏心加载的试件相比,沿工字形截面腹板方向加载的试件屈服荷载、极限荷载较高,延性性能较好。     

Experimental study on seismic behavior of steel reinforced concrete rectangular column with unsymmetrical cross-shaped steel section

为适应型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)框架结构在边柱、角柱部位不均匀受力的特征，并简化施工、避免大量型钢开孔和钢筋焊接，提出非对称十字形配钢SRC矩形截面柱构造。开展7根非对称十字形配钢SRC矩形截面柱和1根对称十字形配钢SRC矩形截面柱的低周往复加载试验，分析配钢形式、剪跨比、轴压比和体积配箍率等主要设计参数对柱抗震性能的影响。结果表明：不对称配钢形式使SRC柱的正、负向承载力不对称，正向加载(型钢内缩侧受压)比负向加载先达到峰值荷载；在相同含钢率下，非对称十字形配钢SRC矩形截面柱可达到与对称配钢形式相近的抗震性能；剪跨比的增大使柱的刚度衰减率降低，延性增加，耗能能力提高；增大轴压比，柱刚度退化加剧，延性降低，耗能能力减弱；提高体积配箍率将改善柱的耗能能力和延性。     

非对称十字形配钢型钢混凝土矩形截面柱抗震性能试验研究

为适应型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)框架结构在边柱、角柱部位不均匀受力的特征,并简化施工、避免大量型钢开孔和钢筋焊接,提出非对称十字形配钢SRC矩形截面柱构造。开展7根非对称十字形配钢SRC矩形截面柱和1根对称十字形配钢SRC矩形截面柱的低周往复加载试验,分析配钢形式、剪跨比、轴压比和体积配箍率等主要设计参数对柱抗震性能的影响。结果表明：不对称配钢形式使SRC柱的正、负向承载力不对称,正向加载(型钢内缩侧受压)比负向加载先达到峰值荷载;在相同含钢率下,非对称十字形配钢SRC矩形截面柱可达到与对称配钢形式相近的抗震性能;剪跨比的增大使柱的刚度衰减率降低,延性增加,耗能能力提高;增大轴压比,柱刚度退化加剧,延性降低,耗能能力减弱;提高体积配箍率将改善柱的耗能能力和延性。     

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。     

火灾后型钢混凝土柱受力性能试验研究

通过6个火灾后型钢混凝土柱的静力加载试验以及2个常温下型钢混凝土柱的对比试验,研究了火灾后型钢混凝土柱的破坏形态、变形特性、剩余承载力、刚度等。试验结果表明：火灾后型钢混凝土柱的破坏形态与常温下基本相同,但柱的轴压刚度、抗弯刚度、承载力均有不同程度降低;从加载到荷载达到80%极限荷载的不同阶段,火灾后型钢混凝土柱轴压刚度影响系数kz约为0.33~0.44,抗弯刚度影响系数kw约为0.30~0.59。利用规程JGJ 138-2001的计算方法,对所有试件常温下的承载力进行了计算,并将试验结果与计算结果进行了对比,经历火灾作用后轴压柱的剩余承载力约为常温下承载力的51%~81%,偏压柱的剩余承载力约为常温下承载力的69%~81%,火灾后型钢混凝土柱承载能力退化显著。     

部分预制装配型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为充分发挥型钢混凝土结构受力性能及预制装配结构施工性能方面的优势，提出了部分预制装配型钢混凝土实心柱(PPSRC柱)和空心柱(HPSRC柱)，结合2个系列10个柱试件的拟静力试验，对两种柱的抗震性能进行了研究。通过对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化的研究，并结合各试件的实测应变结果，对柱截面形式、轴压力、配箍率和现浇混凝土强度对PPSRC柱和HPSRC柱抗震性能的影响进行了分析。研究结果表明：PPSRC柱试件的最终破坏形态分为弯曲破坏与弯剪破坏，HPSRC柱试件均发生弯剪破坏，所提出的高强高性能预制混凝土外壳能够很好地与型钢及现浇混凝土协同工作，主要受力方向型钢与外部混凝土之间未发现明显的黏结裂缝；由于内部混凝土的存在，PPSRC柱相比于HPSRC柱拥有更好的耗能及变形能力；轴压力较低、配箍率较大的试件表现出更好的耗能能力及变形能力。通过对两种柱试件的受弯承载力分析可知，中低轴压比的PPSRC柱与HPSRC柱拥有相近的受弯承载力，在同一结构中HPSRC柱可与PPSRC柱沿竖向混合使用，以有效避免柱变截面处的刚度及承载力突变带来的影响。     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压承载性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土偏心受压长柱的受力性能,设计了15个试件进行静载试验,考虑了再生粗骨料取代率、长细比和偏心距3个变化参数。通过试验得到了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、截面应变分布情况以及试件的承载力等重要数据,对再生粗骨料取代率、长细比、偏心距等变化参数对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载性能的影响进行分析,利用国内外相关规程的计算方法对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载力进行计算,并与试验实测结果对比分析。研究结果表明：方钢管再生混凝土偏心受压长柱的承载力、破坏形态、变形特性、截面应变分布与普通方钢管混凝土偏心受压长柱相似,方钢管再生混凝土偏压长柱同样具有良好的承载力和变形能力,试件的承载力随着长细比和偏心距的增大而减小,而再生粗骨料取代率对其影响不大,根据规程DBJ 13-51-2003得到的方钢管再生混凝土长柱承载力的计算结果与试验结果吻合较好。研究结果可为方钢管再生混凝土的进一步研究和推广应用提供参考。     

钢骨-方钢管高强混凝土组合柱小偏心受压力学性能

为研究钢骨-方钢管高强混凝土组合柱小偏心受压力学性能,采用有限元软件ABAQUS对钢骨-方钢管高强混凝土组合柱小偏心受压试件进行非线性有限元分析,研究了长细比、偏心率、配骨指标和加载方向这些参数对组合柱小偏心受压力学性能的影响。通过回归分析提出小偏心受压承载力简化计算公式,并将简化公式计算结果与试验结果及有限元（FEM）计算结果进行对比。结果表明:长细比、偏心率对组合柱小偏心受压承载力影响较显著;配骨指标的增大能提高组合柱的延性;加载方向对承载力影响很小;简化公式计算结果与试验结果及有限元计算结果吻合良好。     

型钢混凝土异形柱抗震性能试验研究

对17个型钢混凝土(SRC)异形柱试件采用“建研式”加载装置进行低周反复荷载试验,观察了不同配钢形式的SRC异形柱的受力过程和破坏形态;分析了SRC异形柱的破坏特点,荷载-位移滞回曲线及骨架曲线、承载力、位移延性、刚度退化和耗能能力等力学性能。试验研究结果表明:SRC异形柱的主要破坏形态是剪切斜压破坏和弯曲型破坏,破坏主要发生在与加载方向平行的柱肢,滞回曲线对称、饱满,试件延性好,极限侧移角大,具有良好的抗震能力,因此,可以推广应用于高抗震设防烈度区的建筑以及高层建筑中。     

传统风格建筑方形SRC-圆形RC变截面组合柱抗震性能试验研究

为研究传统风格建筑方形型钢混凝土(SRC)-圆形钢筋混凝土(RC)变截面组合柱的抗震性能,对2个足 尺传统风格建筑变截面组合柱进行了低周反复加载试验,得到了试件的破坏形态、滞回特性、刚度和强度退 化、延性及耗能性能。研究表明：传统风格建筑方形SRC-圆形RC变截面组合柱的破坏主要是由变截面处上柱 型钢和钢筋屈服及混凝土压碎剥落造成的;试件滞回曲线饱满,刚度和强度退化小;破坏时,试件的位移延 性系数介于3.18～3.76之间,等效黏滞阻尼系数介于0.289～0.338之间,具有良好的变形和耗能性能。在试 验基础上,利用ABAQUS建立试件三维模型,进行了混凝土强度、轴压比、型钢屈服强度、上下柱线刚度等参 数对其抗震性能影响的参数分析。试验及分析结果表明：随混凝土强度、型钢屈服强度增大,试件的水平承 载力增大,但其延性降低;增大轴压比,试件的水平承载力降低,延性系数减小;而随上、下柱线刚度比增 大,试件的水平承载力和延性增大。