不同约束H型钢柱火灾后力学性能试验研究

通过对3根柱顶受不同约束的H型钢柱的火灾后力学性能的对比试验研究,讨论不同约束对H型钢柱火灾后力学性能的影响。3种约束条件分别为:柱顶对称约束、柱顶非对称约束和自由膨胀。火灾中及火灾后的试验结果显示,H型钢柱的升温和降温过程存在一定的滞后性,受火后的H型钢柱仍有较高的轴压承载力,最终破坏时伴随着翼缘和腹板的局部屈曲,约束性质对H型钢柱火灾后的力学性能有明显的影响,也即受对称约束的H型钢柱在火灾后轴压作用下的纵向应变明显不同于非对称约束的情况,而且非对称约束钢柱压曲破坏前的整体刚度明显高于对称约束。火灾后H型钢柱沿强轴方向的侧向弯曲形状呈S形变化,这一特征对于受对称约束和自由膨胀的钢柱更为明显。     

钢柱考虑损伤累积效应的强震下损伤演化规律

为精确描述钢材在地震作用下强度和刚度退化规律,在考虑Bauschinger效应的K&K模型基础上,引入一种基于连续损伤力学原理的损伤模型,并定义相应的失效准则。通过与已有试验结果对比,验证了引入损伤模型和失效准则后的修正K&K模型能有效提高钢柱在地震作用下动力响应的模拟精度。考虑材料损伤累积效应,钢柱竖向承载力显著降低,柱顶处产生较大的峰值位移和残余位移。运用修正K&K模型,对空心带肋钢柱在强震作用下的损伤演化规律进行分析,结果表明,钢柱损伤在峰值加速度出现时段内发展迅速,并且随地震强度的增大而增大,钢柱的破坏模式为弯曲破坏。图11表5参13     

侧向撞击后格构式钢柱剩余力学性能试验研究

工业厂房中格构式钢柱常遭受吊装物与厂房车辆的撞击,引起钢柱损伤,导致其承载力下降.为研究格构式钢柱受撞击后的剩余力学性能,本文分别对6个具有不同撞击损伤的试件和2个完整试件进行了承载力试验,并提出了剩余承载力系数计算公式.试验结果表明:加载过程中,受压肢件先出现局部屈曲,随后发生整体失稳破坏,破坏时材料未达到屈服强度....     

北京新机场航站楼C2型钢柱结构承载力性能研究

基于北京新机场航站楼C2型钢柱结构,研究顶部水平约束对C2型钢柱结构破坏形式及竖向承载力的影响。利用有限元软件ABAQUS对模型进行非线性屈曲分析,得出C2型钢柱结构的破坏形态及应力分布情况,同时通过计算得出荷载-位移曲线、极限承载力等。对比不同约束条件下结构的承载力,提出适用于C2型钢柱结构的承载力计算方法。研究结果表明:随着顶部约束刚度的增大,C2型钢柱结构破坏形式由中心对称分布向单侧分布转变,最大应力集中在环向杆件及其连接的斜撑杆上,斜撑杆发生明显拱起变形;随着顶部约束刚度增大至80 kN/mm,屈服承载力及极限承载力均显著增大20%;随着顶部水平约束刚度由80 kN/mm增大到5 000 kN/mm,屈服承载力及极限承载力均呈现缓慢增长,分别增大4%和6%;刚度由5 000 kN/mm继续增加时,屈服承载力及极限承载力不再增加,因此适度增大结构顶部约束刚度即可显著增强结构抵抗竖向荷载的能力;采用的承载力计算方法可有效计算标准组合下C2型钢柱结构的竖向承载力值。     

不同木板厚度T形钢-木组合柱轴压试验研究

提出一种螺栓连接的T形钢-木组合柱。以组合柱木板厚度为参数，对1根纯钢柱和3根钢-木组合柱进行轴压试验，观察了试件在试验中的变形特征和其破坏形态，采用ABAQUS对组合柱建模，对其进行数值分析，并通过叠加法提出了极限承载力的计算公式。结果表明：钢柱和木板在达到屈服前，变形较为一致，整体性较为良好；试件的主要破坏形态为木板中部纤维受剪折断以及木板产生较多纵向裂缝，钢柱发生弯扭破坏；钢柱的极限承载力随着木板厚度的增加而增加，木板的损伤程度对组合柱的承载力有一定的影响；有限元分析与试验结果较为吻合；试验值与计算值相较，其误差范围在10%以内，适合预测T形钢-木组合柱的承载力。     

高强度Q690钢柱受火后受力性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱受火后的受力性能,采用电炉将2根高强度Q690钢焊接H形截面柱升温至800℃后自然冷却至常温,对受火后钢柱进行受压试验,得到钢柱的承载力和破坏模式。为考察受火对钢柱承载力的影响,对2根同尺寸不受火钢柱也进行受压试验。使用ABAQUS软件建立了试验钢柱有限元模型,考虑钢材受火后力学性能的退化和截面残余应力的影响,模拟试验构件的结构响应,并与试验结果进行对比。研究表明:钢柱均发生了绕弱轴的整体失稳破坏;经800℃受火作用后的钢柱承载力与不受火相比降低30%左右;有限元分析结果与试验结果吻合良好。进而采用有限元模型分析受火温度、冷却方式、长细比等参数对受火后Q690钢柱整体稳定系数的影响,有限元分析发现:受火后Q690钢柱稳定系数随受火温度升高呈先增大后减小的趋势,转折点为800℃左右;受火温度较低时冷却方式对Q690钢柱稳定系数影响较小,受火温度高于800℃后影响显著;受火后Q690钢柱稳定系数随长细比增大而降低,长细比小于80时,降低幅度较大,长细比超过80时,降低幅度减小。     

箱形钢柱受力性能分析及抗震设计建议

基于箱形钢柱拟静力试验,通过有限元分析,研究腹板宽厚比、构件轴压比及平面外长细比、柱顶弯矩等因素对偏压箱形钢柱抗震性能的影响。研究结果表明：腹板宽厚比和平面外长细比对箱形钢柱抗震性能影响较大,随着腹板宽厚比、平面外长细比的增大,箱形钢柱延性和承载力均有所减小,抗震性能变差;柱顶弯矩使箱形钢柱的正向延性增大,而降低其反向延性,柱顶弯矩对箱形钢柱抗震性能的影响相对较小。在此基础上,对箱形钢构件提出与受力状态相关联的腹板宽厚比、平面外长细比限值建议。引入箱形钢柱位移角概念,进而提出大跨度空间钢结构的构件抗震等级划分方法。并给出箱形钢构件腹板宽厚比、构件平面外长细比的抗震验算流程。     

约束高强钢柱受火后轴压剩余承载力影响参数研究

利用经试验验证的ABAQUS有限元模型,对轴心压力作用下的轴向约束高强钢柱受火后的剩余承载性能进行了参数分析,考虑了过火温度、荷载比、轴向约束刚度比、长细比以及高强钢材强度等级等参数的影响。参数分析结果表明：当过火温度小于屈曲临界温度时,受火过程对轴向约束钢柱的轴压承载力没有影响;当过火温度大于屈曲临界温度时,钢柱的轴压剩余承载力会明显减小,且随着过火温度的升高,剩余承载力逐渐降低;轴向约束刚度比和长细比对约束钢柱的过火温度为屈曲临界温度时对应的轴压剩余承载力影响显著;荷载比对约束钢柱的过火温度为破坏临界温度时对应的轴压剩余承载力影响明显;高强钢材强度等级对约束钢柱受火后轴压承载力影响较小。根据参数分析所得数据及规律,提出了超500MPa高强钢轴向约束柱受火后轴压剩余承载力的简化计算方法,将计算结果与有限元分析结果对比,验证了该简化计算方法的可靠性。     

约束高强钢柱受火后轴压剩余承载力试验研究

设计了3根截面尺寸、长度均相同的Q550高强度钢柱,其中两根受到轴向约束,并对其进行了恒载作用下升温、降温的受火全过程试验,以及自然降温至室温后的轴压剩余承载力试验,对未受火的钢柱进行了常温下的极限承载力试验。研究了高温试验中钢柱的轴向位移-温度和中点侧向挠度-温度关系、极限承载力试验中钢柱的轴力-轴向位移和轴力-柱中点侧向挠度关系,并进行了有限元模拟。试验以及有限元模拟分析显示,若约束钢柱在高温过程中发生屈曲,则降温后钢柱会有明显的残余弯曲变形,并且柱中截面会产生比初始残余应力更为显著的残余应力,从而显著降低钢柱的剩余承载力和轴向刚度。试验结果与有限元分析结果吻合较好,验证了有限元分析模型的有效性。     

约束H型钢柱火灾响应及火灾后力学性能试验研究

通过对端部约束H型钢柱火灾响应及火灾后力学性能的对比试验研究,分析了不同约束条件对H型钢柱火灾行为及受火后力学性能的影响。试验测定了钢柱的温度响应及位移响应,在此基础上进一步开展了火灾后的力学性能试验。结果表明：钢柱在升温和降温过程中存在一定的滞后性,火灾升温时柱顶位移按自由膨胀、对称约束及不对称约束依次减小;约束性质对火灾后H型钢柱的力学性能有明显的影响,对称约束的H型钢柱在火灾后的应变明显不同于非对称约束的情况,而且非对称约束钢柱压曲破坏前的整体刚度明显高于对称约束;无约束H型钢柱受火后的整体屈曲主要沿弱轴方向弯曲,而约束H型钢柱受火后的整体受压屈曲则沿两个方向均有明显的侧向弯曲,且沿弱轴方向的受压曲线基本呈三角形,绕强轴方向则为S形。     

楔形变截面钢管格构柱极限承载力研究

楔形变截面钢管格构柱在技术和经济上具有明显的优势,在实际工程中应用广泛.理论分析表明,考虑楔率、约束和剪切变形影响后,可将楔形变截面钢管格构柱极限承载力的计算转化为等效的等截面钢管格构柱极限承载力的计算.采用有限元计算分析楔形变截面钢管格构柱楔率影响系数、稳定系数和轴力-弯矩相关曲线,提出楔形变截面钢管格构柱极限承载力...     

钢管与混凝土粘结性能的试验与理论分析

钢管与混凝土之间的粘结是钢管混凝土柱性能研究的重要课题。考虑不同形式的粘结状态,研究钢管和混凝土之间粘结性能,分析粘结形式对钢管混凝土柱受压承载力的影响,并将试验结果与钢管混凝土设计规程进行对比分析。结果表明,粘结对钢管混凝土柱的极限承载力的影响不显著,研究结果可供理论和设计参考。     

钢柱外包式柱脚抗震设计问题

柱脚是钢结构中上部主体结构与基础连接的重要节点,外包式柱脚常用于重钢结构厂房,其计算假定为柱脚刚接,在地震作用效应时传递弯矩至基础。GB50011-2010《建筑抗震设计规范》明确规定了这种柱脚设计时的极限承载力计算方法。构造要求的柱截面面积条件在节点弹塑性承载力设计中起控制作用的情况,在实际设计过程中常出现。从钢结构框架柱的截面确定方法入手,对不同规范规定的长细比限值进行比较,用极限弹塑性设计抗弯承载力要求和多遇地震抗弯承载力要求来分析比较外包式柱脚的设计,满足柱脚配筋设计的经济性和合理的计算要求。     

新型榫卯钢结构梁柱边节点承载力试验及有限元分析

提出了一种方钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁的梁柱边节点连接形式,即新型榫卯钢结构梁柱边节点。为研究该节点的承载能力以及破坏模式,开展了2个边节点的单调静力承载试验。试验使用几何可变框架进行柱端加载,并利用ABAQUS有限元软件对试件进行分析。结果表明:各个试件的破坏主要集中于贯穿槽钢与钢管柱的焊缝,该类组合节点具有较高的承载能力和延性;有限元理论分析与试验结果吻合良好,验证了理论分析的正确性。     

单肢钢管混凝土轴压中长柱的稳定承载力分析

为了研究单肢钢管混凝土轴压中长柱的稳定承载力,通过建立有限元ANSYS模型,与大量实验数据相对比,研究不同影响因素对其极限承载力影响的变化规律,并最终推导单肢钢管混凝土轴压中长柱稳定承载力计算公式。     

轻钢桁架柱轴压性能试验研究

通过10根轻钢桁架柱的轴压试验,研究了不同长细比和扣板间距等参数对轻钢桁架柱轴压承载受力性能的影响。结果表明:在轴向压力作用下,轻钢桁架柱主要发生弯曲屈曲破坏,且在没有任何侧向约束条件下双管柱不适于承受竖向荷载;轻钢桁架柱的承载力随着长细比的增加而显著下降;扣板间距对轻钢桁架柱的承载力影响不大,但要符合分肢长细比的要求;轻钢桁架柱可视为缀板式格构柱,双管柱按照实腹式轴心压杆的方法计算承载力,四管柱采用换算长细比的方法计算其绕虚轴弯曲屈曲破坏的极限承载力。     

实腹式型钢混凝土短柱剪切粘结承载力分析

在试验研究的基础上,分析了型钢混凝土短柱的剪切粘结破坏机理,探讨了型钢、箍筋、混凝土等对型钢混凝土短柱剪切粘结承载力的影响,研究表明:型钢部分的承载力分析应当考虑剪跨比的影响,混凝土部分的抗剪应当考虑翼缘外侧的有效宽度进行计算。最后给出了型钢混凝土柱的剪切粘结实用计算公式,计算值与试验值符合较好。     

局部外包钢管装配柱抗震性能及接头正截面承载力计算

进行了5个现浇柱和7个局部外包钢管装配柱的拟静力低周反复试验,对此两种不同施工模式的混凝土柱,在相同工作条件下的抗震性能进行了分析。结果表明:其承载力高于现浇混凝土柱相应位置的承载力;局部外包钢管装配柱在抗震性能和整体性上优于现浇柱;在高烈度地区可以用此装配柱代替现浇柱。结合装配柱破坏形式和连接节点的受力特点,给出了装配柱接头正截面承载力计算公式,可用于实际装配整体式结构框架柱接头的设计和验算。     

钢骨-钢管高强混凝土轴压组合柱受力性能的试验研究

本文提出了一种重载柱设计的新模式,即钢骨-钢管混凝土组合柱。这种组合柱是在钢管混凝土的基础上内部埋设钢骨。通过13根组合柱的轴心受压试验,研究了这种新型组合柱的受力性能。试验研究结果表明,在钢管混凝土中加入钢骨后,可有效地提高柱子的承载力,并能在一定程度上延缓或抑制混凝土中剪切斜裂缝的产生,从而提高柱子的延性,而组合柱的承载力和延性则随长细比的增大而下降。基于试验研究结果,本文给出了适用于这种新型组合柱的承载力计算公式。     

碳纤维和角钢复合加固混凝土柱承载力研究

碳纤维和角钢约束混凝土可以显著提高其承载力和延性。在对已有的试验数据分析的基础上,研究碳纤维和角钢复合加固混凝土柱的约束机理和受力模型,引入有效约束区域的概念,分别提出碳纤维和角钢加固混凝土柱截面有效约束面积的计算方法。在此基础上,考虑碳纤维层数、角钢面积、纵向配筋、混凝土柱的截面形状等因素的影响,建立碳纤维和角钢复合加固方形混凝土柱的承载力计算模型。模型的计算结果与已有的试验数据吻合较好,并可为工程实践提供参考。