多腔钢管混凝土柱巨型框架抗震性能试验简介

巨型框架结构具有良好的竖向和水平承载能力。为了解巨型框架结构的抗震性能,本研究结合某超高层建筑实例,以某带有异形截面多腔钢管混凝土柱的一榀巨型框架为原型,进行了1/25缩尺模型在低周反复荷载下的抗震性能试验研究。该巨型框架的巨型柱为多腔钢管混凝土异形截面柱,巨型梁为钢桁架梁,底部巨型层加设人字形箱形截面钢支撑,二、三巨型层加设X形箱形截面钢支撑。试件竖向荷载采用自平衡方式加载,     

腔内带钢筋笼多腔钢管混凝土巨型柱轴压性能试验研究

以某超高层巨型框架结构巨型柱为原型,进行了3个多腔钢管混凝土巨型柱模型试件的轴压性能试验研究,模型按1/12缩尺。3个试件的几何尺寸和腔体钢板均一致,各试件主要参数:试件1腔内加设钢筋笼,混凝土强度等级为C30;试件2腔内不加设钢筋笼,混凝土强度等级为C40;试件3腔内加设钢筋笼,混凝土强度等级为C40。试验分析了各试件的承载力、刚度及退化过程、残余变形、破坏特征等。研究表明:腔内设置钢筋笼的多腔钢管混凝土巨型柱具有良好的延性和抗压工作性能,可用于工程设计。     

不同加载方向下五边形截面钢管混凝土巨型柱抗震性能试验研究

为研究五边形钢管混凝土巨型柱不同加载方向的抗震性能,设计了6个1/7.5缩尺的巨型柱模型试件,试件截面构造包括单腔体腔内配置钢筋、4腔体腔内未配置钢筋和4腔体每腔体内配置钢筋。进行了两种不同加载方向的拟静力研究,一种沿截面对称轴方向加载,另一种沿垂直截面对称轴方向加载。分析了各试件的破坏特征、滞回特性、承载力、延性、刚度退化和耗能性能。结果表明:五边形截面钢管混凝土巨型柱三种截面构造中,4腔体每腔体内配置钢筋的试件抗震能力较强;不同加载方向五边形截面钢管混凝土巨型柱受力性能有明显差异,设计中应考虑两个方向抗震能力的均衡性;五边形截面钢管混凝土巨型柱,屈服位移角均值为1/75,最大弹塑性位移角均值达1/24,具有良好的延性。     

不同加载方向下五边形截面钢管混凝土巨型柱抗震性能试验研究

为研究五边形钢管混凝土巨型柱不同加载方向的抗震性能,设计了6个1/7.5缩尺的巨型柱模型试件,试件截面构造包括单腔体腔内配置钢筋、4腔体腔内未配置钢筋和4腔体每腔体内配置钢筋。进行了两种不同加载方向的拟静力研究,一种沿截面对称轴方向加载,另一种沿垂直截面对称轴方向加载。分析了各试件的破坏特征、滞回特性、承载力、延性、刚度退化和耗能性能。结果表明：五边形截面钢管混凝土巨型柱三种截面构造中,4腔体每腔体内配置钢筋的试件抗震能力较强;不同加载方向五边形截面钢管混凝土巨型柱受力性能有明显差异,设计中应考虑两个方向抗震能力的均衡性;五边形截面钢管混凝土巨型柱,屈服位移角均值为1/75,最大弹塑性位移角均值达1/24,具有良好的延性。     

钢管混凝土框架结构抗震性能的试验研究

按照现行规范的有关规定设计制作了一榀两跨 3层钢梁 圆钢管混凝土柱的钢管混凝土框架结构模型 ,并通过施加恒定竖向荷载和低周反复水平荷载 ,对模型框架进行了抗震性能试验研究。结果表明 ,基于现行规范所设计的钢管混凝土框架在地震时能形成梁铰破坏机制 ,框架的变形能力、承载能力、延性、耗能能力等受力性能均满足延性框架的抗震要求 ,且模型框架的有效延性系数达到了 7 5 4,远大于一般延性框架延性系数应不小于 4 0的要求。由此可以得出结论 ,钢管混凝土框架结构的抗震性能优于钢筋混凝土框架结构和钢框架结构 ,可在我国中高层住宅建筑中推广应用     

装配式中空夹层钢管混凝土组合框架混合动力试验研究

为研究中空夹层钢管混凝土组合框架的抗震性能，设计了一个3跨10层的中空夹层钢管混凝土组合框架结构，利用OpenSEES建立了该结构的混合动力模型，以中跨底部两层框架为试验子结构，采用混合试验方法开展了装配式中空夹层钢管混凝土组合框架拟动力试验研究。根据试验结果，验证了混合动力模型的准确性，获得了组合框架在地震作用下的破坏模式和动力响应，分析了中空夹层混凝土柱和组合节点的受力性能，揭示了组合框架的整体抗震性能。结果表明：中空夹层钢管混凝土组合框架破坏模式包括节点端板鼓曲、梁下翼缘屈曲、楼板混凝土压溃和柱钢管鼓曲；在罕遇地震作用下整体结构未出现明显的破坏现象，框架整体呈现出良好延性；由于结构中部荷载较大，中柱比边柱更早进入屈服阶段，而组合节点能够通过自身转动产生的塑性变形耗散大部分地震能量，避免梁端出现塑性铰并减小传递给柱端的弯矩，进而改善柱端受力，提高组合框架的整体抗震性能。     

不同构造异形截面多腔钢管混凝土柱抗震性能试验研究

异形截面多腔钢管混凝土柱的腔体构造对其抗震性能影响很大,结合大连国贸中心大厦结构五边形多腔钢管混凝土巨型柱设计,提出了分腔竖向钢板在基础顶面部位连续和断开两种构造方式。为研究这两种不同构造的五边多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能,进行了2组共4个1/7.5缩尺模型试件的低周反复荷载试验。第一组试件为分腔竖向钢板在基础顶面部位连续的截面构造,第二组试件为分腔竖向钢板在基础顶面部位断开的截面构造。每组试件分沿截面对称轴方向、沿垂直截面对称轴方向施加水平荷载两种加载方向。分析了各试件的破坏特征、承载力、耗能、刚度退化、滞回特性和延性。研究表明:分腔竖向钢板在基础顶面部位连续的试件,承载力较高、延性较好、抗震耗能能力较强,但两种加载方向下抗震性能有明显差异;分腔竖向钢板在基础顶面部位断开的试件,承载力略低,但两种加载方向下抗震性能接近。     

异形钢管混凝土中框架静力弹塑性分析

在建筑结构中应用异形截面钢管混凝土结构,可以增加房间使用面积,方便装修,达到美化室内环境的效果。为研究异形钢管混凝土框架结构的性能,对中框架进行了静力弹塑性(Pushover)分析。主要研究了柱肢宽厚比、梁柱屈服弯矩比等因素对框架性能的影响。分析了Pushover曲线、刚度、延性以及破坏机制。分析结果表明,异形钢管混凝土框架承载力高、弹塑性层间变形能力强,延性良好,具备较好的抗震性能。提高柱肢宽厚比或梁柱屈服弯矩比,可显著提高框架的水平承载力;增大柱肢宽厚比,可增大框架的刚度,而梁柱屈服弯矩比对刚度影响较小。增大柱肢宽厚比,框架的延性增大;随着梁柱屈服弯矩比的变化,位移延性系数呈现先升后降的变化趋势,当梁柱屈服弯矩比为0.6时,框架具备较佳的屈服后变形能力。     

巨型框架结构局部模型低周反复加载试验研究

为进一步研究巨型框架结构的抗震性能 ,探讨巨型框架结构的抗震设计方法 ,以具体应用工程为背景 ,制作了两个缩比为 1∶6的巨型框架局部模型 ,进行了低周反复加载试验。结果表明 ,钢筋混凝土巨型框架结构具有良好的抗震性能 ,采用钢骨混凝土能够增加巨型框架结构的延性 ,采用八字型偏心支撑节点能够达到提高巨型框架结构耗能能力和延性的目的     

高烈度区框架加固加层抗震性能分析

针对高烈度地区(8度0.3g、9度0.4g)建筑的抗震加固,提出了一种采用"增大框架柱截面-外包钢板-加设钢支撑"对框架结构房屋进行抗震加固的方法。以一项位于抗震设防烈度为8度区(0.3g)的钢筋混凝土框架结构加固、加层工程为例,对该加固方法进行了验证,计算结果表明,采用"增大框架柱截面-外包钢板-加设钢支撑"的加固方法能够显著提高结构整体抗侧刚度,大幅度减小框架柱的轴压比。可为同类工程提供有益参考。     

钢管混凝土混合结构设计原理#br# 及其在桥梁工程中的应用

钢管混凝土混合结构是由钢管混凝土和钢或混凝土通过优化混合而成的一类高性能结构,成为我国强震区桥梁主体结构的优选形式之一。文章简要论述了两种钢管混凝土混合结构的工作机理和设计原理,即：①桁式钢管混凝土结构,由钢管混凝土弦杆和钢管腹杆混合而成的桁式结构;②钢管混凝土加劲混合结构,由内置的多肢桁式钢管混凝土及其外包的钢筋混凝土混合而成的空心结构。文章还论述了钢管混凝土混合结构在桥梁工程中的应用情况,并展望了该类结构的发展前景。     

钢管混凝土柱轴压力-弯矩-扭矩空间复合受力拟静力试验研究

采用自行设计的压力-弯矩-扭矩复合受力加载装置,基于力-位移混合控制加载方法,完成了8个钢管混凝土柱试件在压-弯-扭等复合荷载作用下的拟静力试验,变化了截面形式、加载方式和弯扭比等参数。试验结果表明：圆钢管混凝土柱和矩形钢管混凝土柱在压-弯-扭等复合受力往复荷载作用下的滞回曲线较为饱满,没有“捏拢”现象产生,具有较好的耗能能力;弯扭比较大的矩形钢管混凝土试件在扭转角较大时由于钢管底部局部屈曲较为明显,存在承载力退化现象;钢管混凝土截面轴向应变基本满足平截面假定;弯矩的存在将削弱钢管混凝土柱的受扭能力;在压-弯-扭等复合受力往复荷载作用下,钢管剪应变与扭转角之间存在较好的线性关系。对试验实测结果和已有文献分析表明：在弯扭比较大时由主压应力导致钢管表面发生局部鼓曲而破坏,弯扭比较小时,主拉应变将导致钢管混凝土柱表面在低周往复荷载作用下开裂。研究成果可为进一步开发考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁单元提供基础性依据。     

装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能试验研究

圆形或方形钢管混凝土柱与钢梁通过单边高强螺栓和适宜端板连接组成框架,通过钢筋桁架混凝土组合楼板形成了新型装配式组合框架。为了解装配式钢管混凝土组合框架在地震作用下的抗震性能和受力机理,进行了2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁通过单边高强度螺栓和平齐或外伸端板连接形成的组合框架的水平低周反复荷载试验,研究了柱截面形式和端板连接类型对组合框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了此类组合框架在水平低周反复荷载作用下的受力全过程和楼板裂缝发展规律,得到了此类结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、延性、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明,单边螺栓端板连接装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,延性系数μ为2.13~4.28,能量耗散系数E为0.652~0.90。在柱截面含钢率相同条件下,圆钢管混凝土组合框架的承载力小于方钢管混凝土组合框架,其延性、耗能性能优于方钢管混凝土组合框架。研究成果将为我国装配式钢管混凝土组合框架设计理论与应用提供科学依据。     

轴向往复荷载作用下钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为了探究斜交网格结构体系中外筒斜柱的破坏机制,对8个钢管混凝土柱和2个钢管柱试件进行了轴向往复加载试验,研究加载路径、长径比、混凝土强度和含钢率对其抗震性能的影响,分析了钢管混凝土柱的破坏机制、破坏形态和滞回性能,并讨论了钢管与混凝土间的相互作用。结果表明：轴向往复荷载下钢管混凝土柱的破坏均由钢管断裂引起,核心混凝土整体保持完好,只在钢管屈曲处存在混凝土压碎现象;相比于空钢管柱,钢管混凝土柱受拉时混凝土对钢管的支撑作用,以及受压时钢管对混凝土的约束作用,保证了其具有更高的承载力、变形能力和耗能能力;钢管混凝土柱在轴压和轴拉荷载下的抗震性能存在显著差别,在轴拉荷载下具有更好的延性和耗能能力,而在轴压荷载下具有更高的承载力和刚度。钢管混凝土柱屈服后钢管对混凝土的约束作用持续增强,并当钢管纵向应变达到8×10^-3时,不同参数对其约束效应的影响达到最大。     

支撑巨型框架-核心筒结构体系抗震性能研究

以深圳平安金融中心为原型结构,提出支撑巨型框架-核心筒结构体系的概念,并以目前超高层常用的巨型框架-核心筒-伸臂桁架结构体系作为参照,开展了结构体系的抗震性能对比研究。研究结果表明,在两种结构体系抗侧刚度相近的工况下,支撑巨型框架-核心筒结构体系的用钢量显著降低。罕遇地震作用下,该结构体系的典型屈服路径为核心筒→巨柱→支撑→伸臂桁架。该结构体系显著增强了外框的抗侧刚度,提高了外框的剪力分担比例,使得内筒和外框的抗侧能力更加均衡,同时内筒和外框之间的竖向剪力连接需求降低,既减轻了核心筒损伤,又可降低伸臂桁架的刚度和杆件截面面积,并使伸臂桁架加强层与相邻上下层之间的层间刚度突变效应显著降低。因此,支撑巨型框架-核心筒结构体系是一种抗震性能优越的混合结构体系,适用于500m左右及以上高度的超高层结构。     

Cyclic Experimental Behavior of CFST Column to Steel Beam Frames with Blind Bolted Connections

This paper aims to investigate the seismic behavior of blind bolted end plate composite frames between square or circular concrete filled steel tubular (CFST) columns and steel beams. Two composite frames were tested under a constant axial load on the CFST columns and a lateral cyclic load on the frame. Each specimen composed of CFST columns and steel beams was selected to represent a plan frame in an assembly building. Failure pattern of the type of frames was analyzed to comprehend the structural response. The seismic resistance ability of the blind bolted CFST frames was also estimated in terms of hysteretic curves, ductility and energy dissipation etc. The effect of column section type and end plate type on the type of semi-rigid CFST frames was studied. The test results showed that at the same steel ratio of the column section, the bearing capacity and energy dissipation of square CFST frame were higher than those of circular CFST frame at ultimate state. Strain response of main members in each CFST frame was also estimated. The internal force analysis of the test CFST frames with semi-rigid connections was discussed and evaluated the effect of the bending moment distribution. It was concluded that the novel typed CFST frames exhibited excellent seismic performance and structural internal force redistribution. The experimental studies will be useful for design and application of the blind bolted CFST frames in fabricated steel structure building.     

Experimental study on seismic behavior of concrete filled steel tube columns under pure torsion and compression–torsion cyclic load

Based on the quasi-static test on eight CFST columns subjected to pure torsion and compression–torsion cyclic load, the torsion behavior of CFST columns with various section types, steel ratios and axial load levels was studied. The test results showed that the hysteretic curves of CFST columns under pure torsion and low compression–torsion cyclic load are very plump, which indicate that CFST columns have good seismic capacity. The unloading stiffness of CFST columns was equal to the initial elastic stiffness. The torsion capacity of CFST columns could be improved by the low compressive load, and the ductility was also good. But the torsion capacity of CFST columns would be reduced by the high compressive load. When CFST columns subjected to pure torsion, spiral diagonal compressive struts will be created in the in-filled concrete, and the axial components of the diagonal compressive force of the in-filled concrete was equal to the axial tensile force of the steel tube in order to satisfy the axial load equilibrium condition on the section, so the axial strain will be produced in the steel tube. The shear strain has good linear relationship with the rotation angle of the section when CFST columns subjected to pure torsion and compression–torsion combined action. Based on the test results and literatures available, the torsion mechanism of CFST columns was preliminarily analyzed.     

钢管混凝土箱形叠合柱抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土箱形叠合柱(简称CFST箱形叠合柱)的抗震性能,以面内柱肢间距和轴压比为参数,进行了5个CFST箱形叠合柱试件和1个CFST格构柱试件的拟静力试验。研究结果表明：水平低周反复荷载作用下,CFST箱形叠合柱的荷载-位移滞回曲线呈捏拢状,主要破坏形式表现为面外方向外包混凝土的水平裂缝、面内方向腹板的斜向裂缝、柱肢底部外包混凝土的竖向裂缝及压溃;CFST箱形叠合柱受力全过程可分为弹性阶段、可修复阶段、刚度劣化阶段、承载力劣化阶段和剩余承载力阶段,在部分柱肢外包混凝土退出工作后,CFST箱形叠合柱的承载力有较大幅度下降,但CFST格构柱骨架仍可继续抵抗水平荷载作用。面内柱肢间距从500 mm增至650 mm时,弹性刚度、水平承载力和累积滞回耗能分别增大了44.6%、26.0%和15.8%。轴压比从0.10增至0.20时,水平承载力和累积滞回耗能分别增大了33.7%和48.7%。通过柱底塑性铰截面应力状态的理论分析,提出了有较高精度的CFST箱形叠合柱水平承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。     

装配式斜支撑钢框架承载力性能试验研究

新型工业化装配式斜支撑钢框架由钢桁架梁、钢立柱、钢斜支撑等构件所组成,该框架的桁架梁和斜支撑不同于传统框架,其传力路径、受力性能、破坏机理未经考证。通过对单榀单跨斜支撑钢框架进行静力试验及有限元模拟分析,旨在研究分析其水平荷载极限承载能力、变形特性、破坏机理及延性性能。试验及分析结果表明:装配式斜支撑钢框架承受水平荷载能力较强,斜支撑将水平荷载传递到桁架梁中部的耗能梁段,传力路径明确合理,破坏位置发生在桁架梁中部腹杆,且破坏时框架柱处于弹性工作状态,满足"强节点,弱构件"及"强柱弱梁"的建筑结构设计要求。