Finite element analysis on eccentrically compressive behavior of T-shaped multi-partition steel-concrete composite shear walls with limited width

采用合适的约束混凝土本构关系曲线,建立了T形多腔钢-混凝土组合构件的ABAQUS有限元计算模型,将有限元分析结果与文献试验结果进行对比,二者吻合较好。在验证了有限元模型及选取核心混凝土本构关系曲线可靠性的基础上,利用该有限元模型对T形短肢多腔钢-混凝土组合剪力墙的压弯受力全过程进行了分析。结果表明：在偏压荷载作用下,试件达到峰值荷载之前,多腔钢管已达到承载力,之后核心混凝土所承担的荷载仍继续增加,在试件达到峰值荷载后,核心混凝土达到承载力;与受拉区相比,受压区多腔钢管对核心混凝土的约束作用更为显著;受压区腔体角部核心混凝土强度提高幅度最大,内隔板附近次之,腔体中心处较小。     

T形短肢多腔钢-混凝土组合剪力墙压弯工作机理有限元分析

采用合适的约束混凝土本构关系曲线,建立了T形多腔钢-混凝土组合构件的ABAQUS有限元计算模型,将有限元分析结果与文献试验结果进行对比,二者吻合较好。在验证了有限元模型及选取核心混凝土本构关系曲线可靠性的基础上,利用该有限元模型对T形短肢多腔钢-混凝土组合剪力墙的压弯受力全过程进行了分析。结果表明:在偏压荷载作用下,试件达到峰值荷载之前,多腔钢管已达到承载力,之后核心混凝土所承担的荷载仍继续增加,在试件达到峰值荷载后,核心混凝土达到承载力;与受拉区相比,受压区多腔钢管对核心混凝土的约束作用更为显著;受压区腔体角部核心混凝土强度提高幅度最大,内隔板附近次之,腔体中心处较小。     

钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

提出一种适用于超高层建筑底部楼层的钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙,通过5个剪跨比为2.5的一字形截面组合剪力墙试件的拟静力试验,研究组合剪力墙的抗震性能。试验结果表明：试件的破坏形态为压弯破坏,墙底部边缘构件矩形钢管管壁和钢板鼓曲、钢管断裂、混凝土压溃;矩形钢管混凝土约束边缘构件沿墙肢长度显著影响试件的变形能力和耗能能力;钢板含钢率基本不影响试件的变形能力;矩形钢管混凝土边缘构件内设置圆钢管可提高试件承载力,但对其变形能力影响不大。矩形钢管混凝土约束边缘构件沿墙肢长度为0.2倍墙截面高度、设计轴压比为0.45时,组合墙试件的屈服位移角不小于0.005 rad、极限位移角可达0.030 rad。提出组合墙正截面承载力的计算式,计算结果与试验值吻合较好,误差小于10%。     

T形截面波形钢板-混凝土组合墙研究进展

介绍了T形截面波形钢板-混凝土组合墙承载性能的研究进展,包括截面强度承载力、整体稳定承载力以及相关的试验研究和有限元分析。由于其优越的承载性能,波形钢板-混凝土组合墙在高层建筑中有广阔的应用前景。T形截面波形钢板-混凝土组合墙由翼缘墙肢、腹板墙肢和矩形钢管混凝土边缘构件组成。其承载力设计包括波形钢板受压局部屈曲、双向压弯荷载作用下的截面强度以及轴心压力和腹板平面内压弯荷载作用下的整体稳定。其在试验中的破坏模式包括矩形钢管和波形钢板的局部屈曲、组合墙的弯曲失稳以及往复荷载作用下的受弯破坏,可采用精细和简化有限元模型分析其承载性能和抗震性能。所述部分设计算式为T/CECS 624—2019《波形钢板组合结构技术规程》所采纳,相关试验研究和有限元分析为标准编制提供了依据。     

一字形多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙轴压性能试验研究及有限元分析

完成了6个一字形多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙的轴压试验,研究了此类构件在轴压荷载作用下的受力性能,分析了墙肢高宽比对试件轴压性能的影响。同时,采用有限元软件ABAQUS分析了一字形多腔钢管混凝土短肢剪力墙的力学性能。结果表明:多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙具有较高的承载力及良好的变形能力,随着高宽比的增大,试件承载力略有降低,位移延性系数基本不变。ABAQUS有限元分析结果和试验结果吻合良好,可以较好地模拟多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙的轴压性能,其受力机理与矩形钢管混凝土类似,内隔板可有效约束混凝土。     

Experimental and FEA on axial behavior of rectangular multi-partition short-legged composite shear walls

完成了6个一字形多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙的轴压试验,研究了此类构件在轴压荷载作用下的受力性能,分析了墙肢高宽比对试件轴压性能的影响。同时,采用有限元软件ABAQUS分析了一字形多腔钢管混凝土短肢剪力墙的力学性能。结果表明：多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙具有较高的承载力及良好的变形能力,随着高宽比的增大,试件承载力略有降低,位移延性系数基本不变。ABAQUS有限元分析结果和试验结果吻合良好,可以较好地模拟多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙的轴压性能,其受力机理与矩形钢管混凝土类似,内隔板可有效约束混凝土。     

格构柱式双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究新型格构柱式组合剪力墙的抗震性能,设计了4个格构柱式组合剪力墙试件,并对其进行拟静力试验,研究其在低周往复水平荷载作用下的破坏模式和滞回性能,分析轴压比对一字形和T形截面剪力墙抗震性能的影响。结果表明:剪跨比分别为2.4、2.7的一字形试件和T形截面试件的破坏模式均为压弯破坏,破坏时剪力墙底部钢板严重屈曲,混凝土压溃;随着轴压比的增大,一字形和T形截面试件钢板屈曲发展速度加快,屈曲范围增大,刚度与承载力退化加剧,耗能能力和延性降低;T形截面试件腹板侧墙体与翼缘侧墙体破坏呈不对称性,试件均在腹板侧墙体受压时发生破坏。建议设置矩形钢管或翼缘墙体作为格构柱式组合剪力墙的边缘约束构件并适当加密缀板布置。     

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱偏压试验研究

在钢板中部设置具有约束钢板外凸变形作用的水平拉杆,是改善异形钢管混凝土柱力学性能的有效方法。通过8个带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱试件的试验研究,分析了不同约束拉杆设置、偏心率以及荷载角下带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压性能。试验结果表明：约束拉杆延迟了钢管局部屈曲的发生,有助于L形钢管混凝土偏压短柱的承载力和延性的提高;临近或达到极限承载力后近力侧拉杆和钢管对核心混凝土的约束作用明显;偏心受压下该柱的截面应变符合平截面假定。基于带约束拉杆L形钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系,利用纤维模型法对试件偏压极限承载力进行计算,计算结果与试验结果吻合良好。利用该数值方法对带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压性能进行参数研究。分析结果表明：钢材屈服强度、含钢率越大,N/N_u-M/M_u相关曲线向内收拢;混凝土强度和拉杆约束系数越大,N/N_u-M/M_u相关曲线向外凸出。图12表4参11     

热轧H型钢-混凝土组合短柱偏压承载性能研究

为研究H型钢-混凝土组合短柱的偏压承载性能,完成了2个不同截面形式的H型钢-混凝土组合短柱偏压试验,得到了试件在偏压荷载作用下的破坏形态、荷载-位移曲线等。结果表明,荷载作用偏心距相同时,不同钢材强度试件的偏压承载力折减系数基本相同,而随着混凝土强度的提高,构件的偏压承载力折减系数逐渐减小。基于有限元模型参数分析结果,提出H型钢-混凝土组合短柱的N-M相关曲线的数学表达式,并给出偏压承载力折减系数的简化计算式,可用于计算H型钢-混凝土组合短柱的偏压承载力。     

带约束拉杆方形钢管混凝土短柱压弯承载特性

通过对2个不带约束拉杆和8个带约束拉杆方形钢管混凝土短柱试件的拟静力试验,研究带约束拉杆方形钢管混凝土短柱压弯承载力。采用带约束拉杆方形钢管混凝土短柱核心混凝土的本构关系,利用有限条带法对反复荷载作用下试件的骨架曲线进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。并利用该方法分析钢管屈服强度、截面含钢率、混凝土强度及拉杆约束系数等参数对N/Nu-M/Mu曲线的影响规律,在此基础上提出带约束拉杆方形钢管混凝土短柱压弯承载力的简化计算式。运用简化算式及国内外技术标准分析构件的压弯承载力,简化式与试验结果吻合较好,而CECS 159∶2004《矩形钢管混凝土技术规程》没有考虑约束拉杆的作用,对构件的压弯承载力评估不足。     

组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压试验研究

在分析各种异形钢管混凝土柱工程应用的基础上,提出组合T形截面钢管混凝土柱。考虑长细比、偏心距等参数的影响,设计制作18个组合T形钢管混凝土柱试件。通过偏心受压试验,对长细比16.0<λ≤28.8的组合T形钢管混凝土柱压弯性能进行研究,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-应变曲线和荷载-柱中挠度曲线,分析各参数对试件偏心受压力学性能的影响。通过试验数据回归分析,参考国内外相关规范,提出组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压承载力计算公式。试验结果表明：偏心受压柱均为弯曲失稳破坏,长细比越大,弯曲破坏特征越明显;偏心距越大,试件极限承载力越低。研究表明,组合T形钢管混凝土柱的两个组成部分能很好地协同工作,力学性能较好;所提出的承载力计算公式可供工程设计参考。图10表3参8     

圆端形钢管混凝土柱偏压性能研究

圆端形钢管混凝土柱具有外观优美、截面布置灵活、承载力高和施工方便等优点,已被应用于实际工程中.为了研究圆端形钢管混凝土长柱的偏压性能,完成了 12根圆端形钢管混凝土柱的偏压试验,变化参数为偏心距和长细比.结果表明:该类柱的承载力随偏心距和长细比的提高而降低,而其延性随偏心距和长细比的提高而增加;达到峰值荷载前,圆端形钢...     

负弯矩区部分充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁受力性能影响试验研究

为了研究充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁负弯矩区的荷载-挠度特征、截面应变分布、抗弯刚度、钢箱梁的约束机理以及承载能力的影响,对5根部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土简支组合梁试件和1根全充填混凝土试件进行了静力加载试验。试验结果表明：在负弯矩作用下,配筋率和剪力连接程度对窄幅钢箱-混凝土组合梁的受力性能影响显著,配筋率从1%增加到2%,承载力提高22%;剪力连接度从0.75增加到1.25,承载力提高13%。半充填和全充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁试件的承载力和刚度影响很小。充填混凝土对钢箱梁的屈曲约束作用明显,所有试件最终破坏时均未发生内凹屈曲。由于充填混凝土有效地限制钢箱变形,从而提高了组合梁的承载力和结构的稳定性。基于简化塑性理论提出了部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土组合梁的承载力计算方法,且计算值与试验值吻合较好。     

钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱力学性能试验研究

为研究钢骨-钢管混凝土组合柱在偏心荷载下的力学性能,进行了13根组合柱的偏心受压试验,研究了钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱的荷载-变形关系曲线、宏观变形特征和破坏形态,分析了偏心率、长细比、套箍系数和配骨指标对偏压组合柱力学性能的影响。研究结果表明:内置钢骨能延缓甚至阻止核心混凝土中剪切斜裂缝的开展,可有效提高偏压组合柱的极限承载力和延性;在整个加载过程中,钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱中截面纵向应变沿截面高度的变化基本符合平截面假设,且偏压长柱的侧向挠曲线基本符合正弦半波曲线;钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱的极限承载力随偏心率和长细比的增大而急剧下降,随着配骨指标的增大而提高。     

Behavior of square tubed reinforced-concrete short columns subjected to eccentric compression

This paper presents the experimental and theoretical studies on square tubed reinforced-concrete (TRC) short columns under eccentric compression. The main parameters of the test specimens included eccentricity and width-to-thickness ratio of the steel tube. The axial load versus lateral deformation curves, stresses in the steel tubes and the observed failure modes were discussed. The test results indicated that the eccentrically loaded specimens exhibited good ductile behavior with a bending failure mode. A new approach to determine the effective lateral confining pressure for TRC columns with square section was proposed. A numerical analysis model was developed to simulate the mechanical behaviors of square TRC short columns. Valuable attempts were made to describe the variation rules between the parameters in stress block method for tubed concrete and the magnitude of confinement. Furthermore, the axial force versus moment capacity interaction diagrams of square TRC columns were calculated.     

椭圆形钢管混凝土长柱偏压力学性能研究

利用有限元分析软件ABAQUS建立了椭圆形钢管混凝土长柱偏压力学性能分析的有限元模型,并对12个椭圆形钢管混凝土长柱的偏压试验结果与有限元模拟结果进行对比。结果表明:有限元计算与试验所得的荷载-挠度全过程曲线、承载力及破坏形态吻合较好。在此基础上对其受力过程中钢管及混凝土应力、应变分布情况进行分析,同时给出钢管与混凝土之间的相互作用,并对长细比、偏心距、材料强度、钢管壁厚等参数对长柱偏压极限承载力及荷载-柱中挠度曲线的影响进行比较。结果表明:椭圆形钢管混凝土长柱在H/2处发生侧向挠曲破坏,长细比、混凝土抗压强度、钢管壁厚及偏心距等参数对其力学性能影响显著,钢管屈服强度对其力学性能影响不明显。     

椭圆形钢管混凝土长柱轴压力学性能研究

利用有限元软件ABAQUS建立椭圆形钢管混凝土长柱轴压力学性能分析的三维实体有限元模型,并进行相应的试验,有限元计算与试验所得的荷载-柱中挠度全过程曲线及长柱破坏形态吻合较好。在此基础上对其受力全过程中钢管及混凝土应力、应变分布情况进行分析,同时给出钢管与混凝土之间的相互作用,并对长细比、材料强度、钢管壁厚及截面尺寸等参数对轴压时长柱极限承载力及荷载-柱中挠度曲线的影响进行比较。结果表明:椭圆形钢管混凝土长柱在1/2柱高处发生侧向挠曲破坏,长细比等参数对其力学性能影响显著,钢管屈服强度对其力学性能影响不明显。     

热轧H型钢组合柱轴压承载性能研究

热轧H型钢组合柱是由热轧H型钢与钢板焊接拼合而成,并在内部灌注混凝土形成钢-混凝土组合截面构件。为研究热轧H型钢组合柱的轴压承载性能,完成了3个热扎H型钢组合短柱轴压试验,得到了试件在轴压荷载下的破坏形态、荷载-位移关系曲线和荷载-应变关系曲线等。建立了经试验验证的精细化有限元模型,并以钢材强度、混凝土强度和长细比为关键参数进行分析。研究结果表明:热轧H型钢组合柱的延性很好,但是试件端部H型钢外伸翼缘由于约束较弱,所以轴压荷载作用下先行屈曲;试件截面中部腹板拼接焊缝处钢板的宽厚比较大,易出现局部稳定问题;采用的有限元模型可准确模拟试件在轴压荷载下的破坏形态、荷载-位移关系等。在混凝土强度等级C20~C90、钢材强度等级Q235~Q420范围内,基于试验和有限元分析结果,提出钢-混凝土组合构件的轴压短柱承载力和中长柱的稳定承载力计算公式,公式计算结果与试验值及有限元分析值吻合较好。