不同构造多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能试验研究

为研究不同构造的八边形钢管混凝土异形柱抗震性能,设计了4个1/30缩尺试件并进行低周反复荷载试验,从破坏特征、承载能力、滞回性能、刚度、延性以及耗能等方面分析其抗震性能。其中,四种截面构造包括13腔体基本构造、5腔体简化构造、角部角钢加强构造、角部圆钢管加强构造。试验结果表明：八边形异形截面钢管混凝土柱四种截面构造中,角部圆钢管加强试件抗震性能最好,角部角钢加强试件抗震性能其次,5腔体简化型试件和13腔体基本型试件承载力有较大差异,但5腔体简化型试件具有更好的延性,耗能能力差异不显著;试件屈服位移角均值为1/111,破坏时位移角均大于1/37,具有良好的延性。采用条带法计算试件承载力,计算值与试验值吻合良好。     

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。     

轴拉力作用下异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱抗震性能试验研究

针对某超高层建筑巨型柱在罕遇地震作用下轴向受拉的情况,研究了异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱抗震性能,考虑水平力作用方向和分叉界面下一层构造的影响,进行了4个模型试件的低周反复荷载试验。试验结果表明：分叉柱的破坏大多发生在截面突变的分叉界面处,其水平力-位移角滞回曲线饱满程度一般,但无明显捏拢现象;分叉柱均出现了承载能力退化现象;分叉柱的变形和耗能主要在上柱部分,并随位移的增大,所占比例提高;较沿截面短轴方向加载,沿截面长轴方向加载时分叉柱的抗震性能明显提高;分叉界面下一层增加腔体加强的分叉柱较未加强分叉柱的承载力提高16.6%~29.7%,极限位移角增大13.1%~13.2%,位移角为1%时综合耗能提高10.0%~16.7%。     

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。     

玻璃纤维管再生混凝土柱轴心重复受压试验研究

为研究玻璃纤维管再生混凝土柱的轴压性能,对7根不同直径的圆形截面玻璃纤维管再生混凝土柱进行了轴向重复受压试验,分析了其破坏过程及破坏形态、特征荷载和位移、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、荷载-残余位移曲线和骨架曲线.结果表明:截面直径较小的试件发生剪切破坏,截面直径较大的试件发生环向破坏,最终内部混凝土被压溃,各试件截面规整且均未发生扭曲破坏;玻璃纤维空管的承载力相对较低,破坏时属于脆性破坏;随着试件直径的增大,试件的轴压承载力和刚度逐渐增大;玻璃纤维管再生混凝土柱极限承载力相比玻璃纤维空管显著提高,在重复荷载作用下,玻璃纤维管再生混凝土柱具有较好的延性和耗能能力.     

不同腔体构造圆钢管混凝土短柱抗震性能试验

为研究不同腔体构造对圆钢管混凝土短柱抗震性能的影响,进行了3个不同腔体构造的大截面尺寸圆钢管混凝土短柱试件的低周反复荷载试验。试件钢构件分别为圆钢管、圆钢管腔内焊接环向及竖向肋板并设置钢筋笼以及圆钢管内置圆钢管,其中后两者钢构件用钢量相等。各试件的轴力均相等。分析了各试件的承载力、刚度退化、滞回特性、延性、耗能及破坏特征。研究表明：竖向肋板的设置可以提高构件的受弯承载力;环向肋板可以显著约束钢管径向变形;内置圆钢管强化了核心区混凝土的约束,使得外钢管弹塑性变形能力增强;含钢率相等条件下,圆钢管内置圆钢管混凝土短柱与圆钢管腔内焊接环向及竖向肋板并设置钢筋笼混凝土短柱相比,虽然水平承载力略有下降,但是其延性系数和累积耗能能力有显著提高;3个不同腔体构造圆钢管混凝土短柱的等效黏滞阻尼系数分别为0.41、0.53、0.58,均具有较好的耗能性能。圆钢管混凝土柱在压、弯、剪复合受力状态下的承载力试验值高于按照我国规范和规程所得出的计算值,表明我国规范和规程在计算足尺试件承载力时,结果偏于安全。     

外方内圆复合钢管高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究外方内圆复合钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了6个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为轴压比、方钢管壁板厚度及其宽厚比、圆钢管混凝土套箍指标。试验结果表明：6个试件的破坏形态基本相同,均为距柱底约300 mm高度范围内方钢管外鼓屈曲,方、圆钢管之间混凝土局部破坏;试件的水平荷载 位移滞回曲线饱满,无明显捏拢;峰值水平荷载时,轴压比设计值约为1.0的试件位移角略小于1/100,其它5个试件位移角均大于1/100;减小方钢管壁板的宽厚比,或增大圆钢管混凝土的套箍指标,可增大试件的初始割线刚度以及极限位移角;增大方钢管壁板的厚度,可提高试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力。采用叠加方法与平截面假定方法计算试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力,计算值与实测值吻合较好。     

五边形截面钢管混凝土巨型柱受压性能试验研究

为研究某超高层结构中五边形截面钢管混凝土巨型柱的受压性能,设计了6个1/5缩尺的柱模型试件,试件分为钢管内不分腔体仅配钢筋、钢管内分腔体不配钢筋、钢管内分腔体配置钢筋、钢管内分腔体配置钢筋且分腔隔板及竖向肋板在柱中部断开4种类型,对试件进行轴压和偏压试验。为研究试件刚度随加载循环次数的退化,采用单向重复荷载加载,对比研究了各试件的承载力、刚度及退化过程、破坏特征和平截面假定的适用性。试验表明：五边形截面钢管混凝土柱,钢管内不分腔体仅配钢筋的试件承载力较差;钢管内分腔体不配钢筋的试件与配钢筋的试件相比,虽承载力相差不大,但后期承载力下降较快;偏压试件与等截面轴压试件相比,承载力相对小,刚度退化速度较慢;腔体的分腔隔板及竖向肋板若在中部断开,造成刚度突变;腔体内设置竖向和水平肋板,对提高外壁钢板的稳定性有明显的作用;截面变形基本符合平截面假定。     

焊接不锈钢方管混凝土短柱轴压性能试验研究

通过对18根焊接不锈钢方管混凝土短柱模型试件的轴压试验,观察了各试件的破坏现象,分析了混凝土强度、试件高宽比和钢管板件宽厚比试件轴压承载力的影响,得到了荷载-位移曲线,荷载-应变曲线及柱截面应变强度分布曲线。根据试验现象,试件的破坏模式可以归为两类：一类为钢管在整个柱表面范围内发生局部凸曲,靠柱中焊缝破坏;另一类为局部凸曲未能发展到整个柱表面,在端部或者端部附近焊缝破坏。试验结果表明：混凝土强度越高,试件的轴压承载力越大,但钢管对核心混凝土的约束作用相对减小;焊接不锈钢方管混凝土短柱轴压承载力随试件高宽比的增大而增大,随钢管板件宽厚比的减小而减小;试件截面的角部存在应力集中现象,即截面角部的应力大于截面其余部位的应力;焊接不锈钢方管混凝土短柱具有很好的变形能力,其破坏属于延性破坏,具有良好的安全储备;焊缝强度是影响焊接不锈钢方管混凝土短柱承载力的一个主要因素。     

Seismic performance of pentagonal concrete‐filled steel tube megacolumns with different bottom constructions

The seismic performance of irregular pentagonal concrete‐filled steel tube (CFT) megacolumns is very different from that of circular or square CFT columns. Six irregular pentagonal CFT megacolumn specimens, with multiple cavities each, derived from a tall building are tested under constant axial compression and low lateral cyclic loading. The main studied parameters are the lateral loading directions and bottom cross‐section constructions. The types of constructions investigated are normal, corner‐steel‐angle strengthened and simplified discontinuous partial steel plate fabrications. The influence of the parameters on the failure mode, bearing capacity, elastic–plastic deformability, and energy dissipation is analysed. The failure features are fractures of the bottom steel plates caused by the bending force. Both the normal and the strengthened CFT columns exhibit better seismic performance than the simplified columns and have a 8.9%–34.7% greater bearing capacity and a 24.5%–42.2% stronger elastic deformability. Therefore, utilisation of the simplified CFT columns should be limited due to its weakened ductility and energy dissipation ability when using a steel ratio similar to those used for the other column types. Finally, a simplified strength model for an irregular pentagonal CFT megacolumn is proposed, and the resultant prediction is conservative but matches the test result well.     

钢-混凝土组合核心筒的变形性能指标限值研究

以国内28个核心筒的拟静力试验数据为基础，按骨架曲线和破坏现象两种性能状态划分方法得到了核心筒的变形性能指标，并将两种方法所得到的结果进行对比，验证了基于骨架曲线划分性能状态方法的合理性。基于OpenSees软件平台并通过与试验结果对比验证，建立了核心筒的有限元模型并据此进行参数分析，得到了各性能状态的位移角限值，分析了轴压比、高宽比、连梁跨高比、钢板暗支撑含钢率、暗柱含钢率和角部含钢率对钢-混凝土组合核心筒在不同性能状态下位移角的影响。研究结果表明：轴压比与连梁跨高比对变形性能指标限值影响明显,增大钢板暗支撑含钢率能提高变形能力,高宽比和暗柱、角部含钢率对各性能等级的变形指标限值影响较小。对有限元分析结果进行统计分析,得到了钢 混凝土组合核心筒在各性能等级的变形指标限值，可为抗震性能设计提供参考。     

型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点滞回性能试验研究

为研究型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点的滞回性能,以柱截面配钢形式、轴压比、水平加载角度及 有无楼板参与工作为变化参数,进行4个平面和7个空间L形柱-混凝土梁框架节点的拟静力试验;比较分析试件的 破坏形态、滞回曲线、承载能力、刚度退化、耗能能力、位移延性以及层间位移角等抗震性能指标。研究结果表 明：平面节点和空间节点的破坏形态分别为核心区发生剪切破坏和梁端出现塑性铰,带楼板工作的钢筋混凝土梁 柱空间节点出现板的弯曲破坏以及梁底出现塑性铰的破坏模式;配实腹式型钢试件的滞回曲线比配空腹式型钢试 件的饱满;平面节点的承载能力比空间节点的大,但耗能能力、位移延性及抗倒塌能力均不及空间节点;楼板的 存在对节点承载能力的提高和维持刚度的稳定均具有有利作用;轴压比可提高节点的承载力和初始刚度;L形柱 框架节点的层间变形能力大于规范规定的层间位移角限值。通过引入加载角度,提出了型钢混凝土L形柱-梁空间 节点受剪承载力计算模型,其能较好地反映节点核心发生剪切破坏的传力机制。     

Experimental study on seismic behavior of different seismic grade RC columns

通过9个剪跨比为4的钢筋混凝土（RC）柱试件的拟静力试验,研究不同抗震等级RC柱的抗震性能及水平力循环次数对其抗震性能的影响。结果表明：试件的破坏形态为压弯破坏,顶点水平力 位移滞回曲线比较饱满,极限位移角为1/48~1/32。抗震等级相同的RC柱,其抗震性能差别不大,但轴压比高的RC柱的极限位移角略小、破坏程度略为严重;配箍特征值相同时,抗震等级高的RC柱的弹塑性变形能力大于抗震等级低的RC柱。位移角为1/50时,水平力循环次数对试件的承载力退化、割线刚度退化及破坏程度影响不显著;位移角为1/30时,水平力循环次数增加,试件的承载力退化、割线刚度退化幅度增大,破坏加重。     

长细比对方钢管混凝土柱受力性能的影响

以基本试件(BASE)为基础设计3个不同长细比的ZG试件并进行非线性有限元分析,采用在钢管和混凝土之间加入粘接单元的方法。分析得知:柱长细比是方钢管混凝土柱设计的主要影响因素。柱长细比越大,柱承载力越低,因此长细比可适当减小。此外,在方钢管的底部和底角部存在应力集中现象,应力集中区域大约在柱高1/3范围内。对方钢管的底部应加大刚度,柱底角部应加强施焊。混凝土压碎破坏多发生在柱底部,因此在管内混凝土的施工过程中,要保证混凝土柱底浇筑密实。     

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。     

埋入式钢柱脚的传力分析和设计计算

对埋入式钢柱脚的设计方法进行了研究,分析了其传力的机理。指出因为栓钉的存在,钢柱必然传递一部分轴力给外包混凝土柱,利用组合柱理论对外包混凝土的压力进行了计算,得到了简单的公式,通过算例发现,传递到外包混凝土的轴力是总轴力的25%～35%。根据这个传递比例,提出栓钉验算和柱脚底板计算的方法。同时,根据混凝土埋入式钢柱脚的弯矩和剪力的传递,介绍了混凝土埋入式钢柱脚抗弯强度的计算公式,对于边柱和角柱,提出了沿整个埋入深度设置水平U形钢筋的要求和计算方法。对于竖向抗冲切不足的问题,介绍了设置水平短钢梁将竖向力扩散到更大范围的方法。     

震后可恢复功能摇摆柱抗震性能试验研究

为实现地震后结构性能快速恢复,针对设置开缝钢板阻尼器的震后可恢复功能摇摆(ERR)柱技术,采用增加螺栓数量以减小连接板与钢板阻尼器端部局部滑移的方法对该技术予以改进。为进一步研究改进后ERR柱的受力特性及性能可恢复性,完成了8个足尺试件的低周往复加载试验,主要研究轴压比、钢板阻尼板厚度和阻尼器数量等对试件抗震性能的影响规律。结果表明：采用“强柱弱阻尼器”原则设计的ERR柱在水平荷载作用下,塑性变形均集中于可更换开缝钢板阻尼器上;ERR柱具有稳定的滞回耗能性能,水平承载力随轴压力和阻尼器厚度的增加而增加;在垂直加载方向增设2个阻尼器后,ERR柱的承载力平均提高了约11%,极限变形能力平均提高了约14%。