不锈钢-混凝土-碳素钢双层管状柱的试验研究

介绍了一种新的组合柱:不锈钢-混凝土-碳素钢双层管状柱,它综合3种材料的优点,且外层不锈钢能提供美观效果和防腐能力。采用80组试件进行一系列试验,研究这种组合柱的性能。试验主要参数为:截面类型(圆形、方形、带圆端的矩形和椭圆形)、柱子类型(直柱、斜柱、锥形柱)、组合截面的空心率(0.5～0.75)。结果表明:所有类型柱均为延性破坏,力学性能与双碳素钢管相似。最后,提出可预测不锈钢-混凝土-碳素钢双层管状柱横截面强度的简化模型。     

方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能研究

方形复合不锈钢管混凝土柱是一种新型组合构件,具有广阔应用前景,为研究其滞回性能,以轴压比(005、03和06)、内外管尺寸比(042和067)、柱类型(复合不锈钢管混凝土、中空夹层不锈钢管混凝土、不锈钢管混凝土)为主要参数进行8个压弯试件在往复荷载作用下的试验研究,建立方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能分析的有限元模型,考察各参数对侧向荷载 位移骨架线的影响规律。研究结果表明：方形复合不锈钢管混凝土柱的滞回曲线较为饱满,且比中空夹层不锈钢管混凝土柱和不锈钢管混凝土柱具有更高的极限承载力、延性和塑性耗能能力。随着外管屈服强度、夹层混凝土抗压强度的增加或者外管宽厚比、轴压比、长细比的减小,方形复合不锈钢管混凝土柱极限承载力显著增加,随着内外管尺寸比的增加或者内管径厚比的减小,极限承载力有所增加,但增加幅度不大。多数情况下,方形复合不锈钢管混凝土比复合普通钢管混凝土极限承载力高2%～20%。     

受压不锈钢—碳钢管混凝土短柱的研究

介绍不锈钢-碳钢管混凝土(CFSCT)柱这种新型的组合构件。这种将不锈钢和钢管混凝土(CFST)结构的优点结合在一起的组合件被认为具有更高的抗腐蚀性、承载力和更低的成本。对新提出的组合柱进行了一系列的抗压试验,提出一个关于改进混凝土芯的应力-应变模型,建立一个三维的非线性有限元(FE)模型并验证了试验结果。在荷载-变形响应方面的试验结果与数值结果相当一致。对包括钢管厚度、直径和碳钢管屈服强度在内的参数进行了研究,从而更清晰地认识这种组合柱的性能。     

中空夹层钢管混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的试验研究

对6个中空夹层钢管混凝土轴压短柱开展试验研究,试验的主要参数是截面形式(圆套圆、方套方和方套圆)以及受火与否。试验结果表明,受火后中空夹层钢管混凝土轴压短柱的承载力下降显著。在空心率相同的情况下,方套圆截面形式的试件其剩余承载力最高,而圆套圆截面形式的试件其延性最好。同时还可以发现,火灾后中空夹层钢管混凝土的轴压承载力下降幅度与传统的实心钢管混凝土接近。     

1截面形式对高温下钢管混凝土柱轴向加载性能的影响

钢管混凝土柱能够最大限度地发挥材料特性,现广泛用于建筑结构中。钢管混凝土柱承载能力高,能量吸收能力强,结构的抗火性能好。描述了含4种截面形式的一系列钢管混凝土柱在标准火下的抗火性能。按照以下方式将钢管混凝土柱分为三组:室温下截面强度相等、钢管截面面积相等、混凝土截面面积相等。采用ABAQUS软件分析组合柱的温度分布、临界温度和过火时间等情况。基于典型参数的分析和对比,讨论了不同截面形式钢管混凝土柱的温度分布和抗火性能。结果显示,圆截面钢管混凝土柱抗火性能最佳,接下来是椭圆截面、正方形截面和矩形截面。在该研究的基础上,给出了高温下钢管混凝土柱的简化设计方程。     

型钢-钢管混凝土柱耐火性能试验研究

通过8个组合柱短试件的温度场测试和10个组合柱长试件的耐火性能试验,研究了ISO 834标准升温曲线下型钢-钢管混凝土柱的温度场分布和耐火极限。试验参数包括截面形状、受火方式、轴压比和配骨指标。试验结果表明：配置型钢后钢管混凝土柱截面内升温速率会略有提高,内置型钢对截面温度场分布影响不大,但是钢管混凝土柱的耐火极限会大幅度提高;以四面受火的方形截面试件的耐火极限为参照,三面受火时耐火极限变化不大,两面受火和单面受火时耐火极限大幅度提高,圆形截面试件1/2表面受火时耐火极限亦明显提高;轴压比从0.3增大到0.4时,试件耐火极限显著降低。经过合理的设计,无防火保护的型钢 钢管混凝土柱可以达到3 h的一级耐火极限要求。     

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     

Behaviour of concrete-filled double skin rectangular steel tubular beam-columns

Double skin composite columns are formed from two steel skins filled with concrete in between. This new form of hybrid column has the potential to be used in many domains such as high-rise bridge piers and large diameter columns in high-rise buildings, etc. This paper describes a series of tests carried out on concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) stub columns, beams and beam-columns. Both outer and inner tubes are cold-formed rectangular hollow sections (RHS). The failure modes, and load-deformation behaviour of CFDST specimens are compared with those of conventional concrete-filled steel tubular members and empty double skin tubular members. A theoretical model is developed in this paper for the CFDST stub columns, beams and beam-columns. Reasonably good agreement is observed between the predicted and tested curves. Simplified models are derived to predict the load-carrying capacities of the composite members.     

双钢管混凝土复合柱的耐火性能及参数影响分析

双钢管混凝土复合柱在普通钢管混凝土柱基础上设置了内部钢管,由于内管受到外层混凝土的高温保护,因此其耐火性能得到改善。文章通过精细化数值模拟方法对此类双钢管混凝土复合柱的耐火性能开展研究,全面分析了内管径厚比、外管径厚比、内外管直径比等参数的影响,并且对比分析了在相同的含钢率条件下不同截面组合型式（内圆外圆、内方外圆和内圆外方）双钢管混凝土短柱的耐火极限。结果表明：在直径不变时增大内钢管的厚度以及在厚度不变时增加内钢管的直径,都有利于耐火极限的提高;在保持整体含钢率不变的条件下,不同截面组合形式的双钢管混凝土柱耐火极限相差不大,但总体上双圆钢管混凝土短柱的耐火性能偏优;另外,双钢管混凝土复合柱的耐火性能比普通钢管混凝土柱有较大提高。     

Experimental behaviour of recycled aggregate concrete filled steel tubular columns

This paper describes a series of tests on steel tubular columns of circular and square section filled with normal concrete and recycled aggregate concrete. Thirty specimens, including 24 recycled aggregate concrete filled steel tubular (RACFST) columns and 6 normal concrete filled steel tubular (CFST) columns, were tested to investigate the influence of variations in the tube shape, circular or square, concrete type, normal concrete and recycled aggregate concrete, and load eccentricity ratio, from 0 to 0.53 on the performance of such composite columns. The test results show that both types of filled columns failed due to overall buckling. Comparisons are made with predicted ultimate strengths of RACFST columns using the existing codes, such as ACI 318-1999, AIJ-1997, AISC-LRFD-1999, BS5400-1979, DBJ13-51-2003 and EC4-1994. A theoretical model for normal CFST columns is adopted in this paper for RACFST columns. The predicted load versus deformation relationships are in good agreement with test results.     

局部加载下中空夹层钢管混凝土的试验研究

对局部受压下的中空夹层钢管混凝土进行试验研究。分别对含内外两层钢管的14个圆形构件和15个方形试件进行试验,试验参数包含:空心率、顶端板厚度、局压面积比。结果表明:局部受压下中空夹层钢管混凝土呈现延性。各试验参数对局部受压中空夹层钢管混凝土短柱的性能和破坏模型有很大影响。最后,提出分析局部受压下中空夹层钢管混凝土承载力的简化计算模型。     

Experimental study on bearing capacity of stainless steel lipped C section stub columns

This paper studies the failure mechanism and the bearing capacity of stainless steel lipped C section stub columns under axial and eccentric compression. A series of tests were performed on S30408 stainless steel, including 16 mechanical property tests, 10 axially loaded and 28 eccentrically loaded stub column tests. Flat and corner coupon tests were conducted to investigate the anisotropy, the hardening index and the stress–strain behavior of stainless steel. Stub column tests were carried out to obtain the load–displacement curves, the bearing carrying capacity and the section strain variation. Comparison of test results with code predictions indicates that the design strengths are lower than the experimental strengths, and that the deviation between test and predicted results reduces as the section plate slenderness coefficient increases.     

大长细比钢管混凝土轴心受压柱承载力的试验研究

进行了12个钢管混凝土和4个空铜管轴心受压构件的试验研究．研究结果表明,由于填充了混凝土,可以有效地延缓钢管的局部屈曲,从而使钢管混凝土长柱具有较高的承载力．通过试验结果表明,对于长细比为130～155的钢管混凝土柱,《钢-混凝土组合结构设计规程》（DL5058／T）中有关承载力计算公式的计算结果与实测结果相比偏于保守,浇灌混凝土以后,钢管混凝土构件的承载力较空钢管可提高30％左右．     

Tests of concrete-filled stainless steel tubular T-joints

This paper describes a test program on a wide range of concrete-filled cold-formed stainless steel tubular T-joints fabricated from square hollow section (SHS) and rectangular hollow section (RHS) brace and chord members. A total of 27 tests was performed. The chord member of the test specimen was filled with concrete along its full length. Both high strength stainless steel (duplex and high strength austenitic) and normal strength stainless steel (AISI 304) specimens filled with nominal concrete cylinder strength of 30 MPa were tested. The axial compression force was applied to the top end of the brace member, which was welded to the center of the chord member. Local buckling failure of brace member was the main failure mode observed during the tests. Hence, the axial compression force was then applied by means of a steel bearing plate to avoid failure of brace member. The failure modes of chord face failure and chord side wall failure as well as crushing of the concrete infill were observed. All the tests were performed by supporting the chord member of the specimen along its entire length to apply the pure concentrated force without any bending moment. The test results were also compared with design rules for carbon steel tubular structures, which is the only existing design guideline for concrete-filled tubular joints. It is shown that the design strengths predicted by the current design rules are quite conservative for the test specimens. It is also recommended that the contribution of stainless steel tubes should be included in the design rules since it has significant effects on the ultimate bearing capacity of concrete-filled stainless steel tubular T-joints.     

十字形钢管混凝土柱框架中节点抗震性能试验研究

以十字形截面钢管混凝土异形柱-钢梁框架中柱节点为研究对象,按1∶2比例设计了4个弱节点和强节点模型,通过施加恒定轴压比的竖向荷载和低周反复水平荷载,对节点模型进行了加载破坏试验。试验结果表明:弱节点试件破坏形态为节点核心区剪切破坏,随轴压比增大,试件受剪承载力提高,但其延性性能降低;强节点试件破坏形态为梁端受弯破坏,破坏前经历了较大的塑性变形,延性系数达到了5.65。由此可见,合理地设计钢管混凝土异形柱-钢梁框架中节点,可保证其延性破坏,实现"强柱弱梁,节点更强"的设计原则,满足抗震性能要求。     

偏心受压下锥形中空夹层钢管混凝土柱的性能

锥形中空夹层管混凝土(CFDST)柱常被用于输电塔并有可能成为另一种类型的复合框架结构。然而,尚未对偏心受压下锥形中空夹层钢管混凝土柱的性能进行研究,对不同偏心荷载作用下的锥形中空夹层混凝土柱进行研究。数值研究也使用了有限元模型对锥形构件的性能进行了预测。比较锥形构件和直角构件的强度和应力分布。通过数值计算研究锥形柱的稳定性。最后,使用"等效柱"的概念预测偏心受压下锥形中空夹层钢管混凝土柱的荷载力。     

带端板圆锥形中空夹层钢管混凝土短柱轴向局压力学性能研究

利用有限元分析软件ABAQUS对带端板圆锥形中空夹层钢管混凝土短柱局压力学性能进行有限元分析和相应的试验研究,所得的荷载-位移全过程曲线及短柱破坏形态吻合较好。在此基础上对其受力全过程中上端板、内外钢管及混凝土应力分布情况进行了分析,同时给出了内外钢管与夹层混凝土之间的相互作用,并对锥度、材料强度、空心率、局压面积比、端板刚度等参数对局压时短柱极限承载力及荷载-位移曲线的影响进行了比较。     

约束钢管混凝土柱的开发研究(英文)

本文提出了一种更适合抗震设计的新型钢管混凝土体系———约束钢管混凝土柱体系。它建立在清楚的力学概念基础上,其设计着眼于在可能出现塑性铰的部位附加横向约束以控制钢管的局部屈曲和更有效地约束混凝土。这一新型钢管混凝土柱体系兼具了钢管混凝土及套管混凝土柱两者的优点,克服了传统钢管混凝土柱的抗震缺陷,为抗震地区的高层结构和桥梁设计提供了理想的选择。在本研究的第一阶段,作者们对FRP约束的圆钢管柱和钢板约束的方钢管柱进行了模拟地震力的加载试验。其结果验证了约束钢管混凝土柱的良好抗震性能。     

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。     

高层建筑下部柱截面选型比较

阐述了高层建筑下部柱的四种截面类型,介绍了这些柱型的性能和轴压比限值,并给出了如何根据轴力大小进行选型的算例,结果显示,选用钢管混凝土柱、型钢混凝土柱等均能满足其使用要求。