钢管约束型钢混凝土柱火作用下受力性能分析

为了得到火作用下钢管约束型钢混凝土柱的抗火性能,采用有限元软件ABAQUS建立钢管约束型钢混凝土柱有限元模型、分析ISO-834标准升温条件下构件的温度场分布和耐火极限。研究截面尺寸、荷载比、长细比等因素对构件耐火极限的影响规律。采用试验数据对分析结果进行验证,吻合较好。     

钢环约束钢管混凝土柱的抗震性能

提出一种适用于抗震设计的新型钢管混凝土体系 :约束钢管混凝土柱体系。在力学分析的基础上设计概念着眼于控制钢管的局部屈曲 ,使钢管混凝土在可能出现塑性铰的部位预先得到约束。在前期研究的基础上提出了钢环横向约束方法并通过试验研究得以验证。所建议的约束钢管混凝土柱体系克服了传统钢管混凝土的抗震缺陷 ,为抗震地区的结构设计提供了理想的选择     

型钢混凝土柱和钢管混凝土柱结构设计比较

比较了型钢混凝土柱和钢管混凝土柱的工作原理和计算方法,分析了实际应用中各自的优缺点,指出在实际设计中应充分发挥两者的优点,使这两种结构形式的特点真正体现出来,更有效地实现设计意图.     

方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

基于非线性和再生混凝土损伤因子的塑性损伤本构,建立了外加强环全焊接刚性连接、外套管式端板连接半刚性连接以及顶底角钢全螺栓连接半刚性连接3种形式的方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析了各模型的抗震性能。结果表明:在低周循环加载下,柱内含有支撑骨架且没有穿柱构件时,有利于提高节点域核心再生混凝土的整体性,受力简单;采用外套管约束节点域,核心再生混凝土的应力、应变较小,有利于再生混凝土耐久性的提高;在相同轴压比、梁柱线刚度比的情况下,外加强环全焊接刚性节点承载能力和滞回耗能能力较高,但延性相对较差;顶底角钢全螺栓连接半刚性节点承载能力、滞回耗能能力相对较低,延性较好;外套管式端板连接半刚性节点的极限承载力、滞回耗能能力和延性性能都有良好的表现;在此基础上,对外套管式端板连接半刚性节点进行了荷载-位移影响参数分析。结果表明:轴压比在弹性阶段对节点的影响不大,在进入屈服和塑性强化阶段,随着轴压比的增高,节点的极限承载力和延性下降;在强柱弱梁的前提下,梁柱线刚度比的增加有利于节点弹性刚度和水平极限承载力的提高,屈服后梁柱线刚度比对节点刚度退化影响不大;钢材屈服强度影响主要体现在节点的极限水平承载力上;再生骨料取代率对节点的延性性能稍有影响;外套管和端板的厚度变化在一定范围时对节点的弹性刚度和极限承载力有一些影响,但增幅随着厚度的增加越来越小。     

型钢混凝土异形柱结构受力性能研究的发展现状

型钢混凝土异形柱结构不仅具有异形柱结构的房间柱棱不凸出、美观适用、实际得房率高等优点,同时能够克服钢筋混凝土异形柱结构承载能力不足、抗震性能差等缺点,对于进一步推广异形柱结构具有重要意义。在综合介绍型钢混凝土异形柱结构研究背景的基础上,分析了型钢混凝土异形柱轴心受压性能、偏心受压性能、受剪性能和抗震性能、型钢混凝土异形柱框架节点的受剪性能和抗震性能、型钢混凝土异形柱框架的抗震性能以及构造要求等方面的研究现状,指出了型钢混凝土异形柱结构受力性能研究领域有待进一步解决的问题,为该领域的深入研究及型钢混凝土异形柱结构的设计应用提供参考。     

型钢混凝土异形柱结构受力性能研究的发展现状

型钢混凝土异形柱结构不仅具有异形柱结构的房间柱棱不凸出、美观适用、实际得房率高等优点,同时能够克服钢筋混凝土异形柱结构承载能力不足、抗震性能差等缺点,对于进一步推广异形柱结构具有重要意义。在综合介绍型钢混凝土异形柱结构研究背景的基础上,分析了型钢混凝土异形柱轴心受压性能、偏心受压性能、受剪性能和抗震性能、型钢混凝土异形柱框架节点的受剪性能和抗震性能、型钢混凝土异形柱框架的抗震性能以及构造要求等方面的研究现状,指出了型钢混凝土异形柱结构受力性能研究领域有待进一步解决的问题,为该领域的深入研究及型钢混凝土异形柱结构的设计应用提供参考。     

水平荷载作用下型钢再生混凝土柱受力性能非线性分析

结合低周反复荷载作用下型钢再生混凝土柱抗震性能试验,在已有的再生混凝土本构关系模型和结构非线性分析理论的基础上,采用ABAQUS有限元软件对型钢再生混凝土柱在水平荷载作用下的受力性能进行了非线性分析,获取了型钢再生混凝土柱应力分布云图和荷载-位移骨架曲线,研究了型钢再生混凝土柱的应力分布规律,主要分析了再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率对型钢再生混凝土柱受力性能的影响。研究结果表明,再生粗骨料取代率对型钢再生混凝土柱的承载力及延性变形影响较小;随着轴压比的增大,型钢再生混凝土柱的延性变形降低幅度较大;提高体积配箍率对该柱的受力性能是有利的,合理设计的型钢再生混凝土柱可应用于实际工程中。     

方钢管约束型钢混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的方钢管约束型钢混凝土短柱和1个相同用钢量的型钢混凝土对比试件的拟静力试验研究,试件的主要变化参数为轴压比(0.3,0.4和0.5)。试验结果表明：轴压比为0.3的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为弯曲破坏,而轴压比为0.4和0.5的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为剪切破坏和粘结破坏相结合。相同用钢量条件下,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力、延性、层间变形能力和耗能性能明显优于型钢混凝土柱。随轴压比的增加,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力提高,但延性和极限变形能力降低。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管在下降段屈服。图8表2参13     

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱框架受力机理分析

在合理选择材料本构模型和单元类型的基础上,采用非线性分析软件ABAQUA,建立了预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱框架的有限元模型,并与试验结果对比分析,结果表明,模拟结果与试验较为一致。随后,采用验证的有限元模型对此类组合框架在施加预应力、竖向荷载以及水平荷载下的全过程进行了细致的分析,考察了组合框架各组成部分的应力和应变分布规律,分析了组合框架的工作机理,其结果可为后继研究和工程实践提供理论依据。     

钢环约束钢管混凝土柱

湖南大学肖岩领导的研究组提出了一种适用于抗震设计的新型钢管混凝土体系：约束钢管混凝土柱体系。这是在力学分析的基础上，控制钢管的局部屈曲，使钢管混凝土柱在可能出现塑性铰的部位预先施加横向附加约束，达到提高抗震性能的目的。     

Fire safety design method of circular steel tube confined reinforced concrete columns

对于钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能的研究,目前尚无抗火设计方法可供参考。实际工程中大多借鉴钢筋混凝土柱或钢管混凝土柱的抗火设计方法,但由于钢管约束钢筋混凝土柱的受力机理与二者不同,其耐火极限存在明显差异。为此,提出了火灾下圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限计算方法,分析了荷载比、长细比等因素对耐火极限的影响,并与钢筋混凝土柱和钢管混凝土柱进行了对比。研究表明：荷载比对圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限影响显著,荷载比越大,耐火极限越低;长细比、截面尺寸等因素对荷载比较小的构件影响显著。圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限为相同条件下钢筋混凝土柱的14.4%~66.0%,荷载比越大,两种构件的差异越大,按照钢筋混凝土柱的防火设计方法对圆钢管约束钢筋混凝土柱进行防火设计,结果偏于不安全;与钢管混凝土柱相比,钢管约束钢筋混凝土柱具有更高的耐火极限,是钢管混凝土柱的1.0~3.0倍。     

圆钢管约束钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的圆钢管约束钢筋混凝土短柱和1个钢筋混凝土对比试件的拟静力试验研究,试验中的主要参数为轴压比(0.35,0.45和0.55)。试验结果表明：钢筋混凝土短柱的破坏模式为剪切破坏,延性和变形能力很差;圆钢管约束钢筋混凝土短柱的破坏模式为弯曲破坏,延性和变形能力优越。外包钢管对核心混凝土的约束作用限制了核心混凝土的受剪开裂,改变了钢筋混凝土短柱的破坏模式,显著提高了钢筋混凝土短柱的受剪承载力、延性、变形能力和耗能性能。随轴压比的提高,圆钢管约束钢筋混凝土短柱的水平承载力提高,延性系数降低,但轴压比对圆钢管约束钢筋混凝土短柱的极限变形能力无明显影响。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,钢管并未受剪屈服。根据试验结果建立了圆钢管约束钢筋混凝土短柱的荷载-位移恢复力模型,提出了设计建议,可为工程实践提供参考。图10表2参12     

钢管混凝土叠合柱轴压性能研究

为研究钢管混凝土叠合柱轴压性能,基于合理的钢材和混凝土本构关系模型,采用纤维模型法和有限元法分析方法计算叠合柱轴压荷载-变形关系曲线。将理论计算结果与试验结果进行对比,验证了理论分析模型的正确性。在此基础上,对叠合柱的破坏模态、轴向荷载分配以及组成钢管混凝土叠合柱的外围钢筋混凝土、钢管和钢管内部混凝土之间相互作用等进行分析,提出了叠合柱的轴压承载力简化计算式,简化计算结果与试验结果吻合较好。为保证外围钢筋混凝土和内部钢管混凝土较好地协同工作,建议外围钢筋混凝土中箍筋的约束指标与内部钢管混凝土的约束效应系数比值不应小于0.188。     

型钢混凝土梁-角钢混凝土柱框架抗震性能试验研究

完成两榀型钢混凝土梁-角钢混凝土柱框架水平低周反复荷载试验,考察这类框架的滞回特性、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形、破坏形态等抗震性能,并采用OpenSees软件对两榀框架进行滞回模拟分析。考察柱长细比、轴压比、柱含钢率、梁内型钢截面抵抗矩、梁配筋率及预应力度等参数对框架骨架曲线的影响。研究结果表明,此类框架具有优良的抗震性能,为其在抗震区的推广使用提供了参考依据。     

考虑受火全过程的高温作用后型钢混凝土柱力学性能研究及有限元分析

进行了高温作用后型钢混凝土柱力学性能试验,在试验的基础上建立了高温作用后型钢混凝土柱力学性能的数值模拟方法。通过在ABAQUS平台上开发子程序建立了升降温作用下型钢混凝土柱温度场的计算模型,通过选择合适的材料本构关系以及在ABAQUS平台上开发自定义场变量子程序,在考虑升温、降温以及高温作用后不同阶段材料本构关系的基础上,提出了高温作用后型钢混凝土柱力学性能分析的计算模型,实现了高温作用后型钢混凝土柱力学性能的计算模拟。计算结果与试验结果的对比表明,二者吻合较好,提出的方法合理可行。     

分散型钢混凝土组合柱抗震性能试验研究

为研究分散型钢混凝土组合柱(ISRCC)的抗震性能,分析组合柱中分散布置的型钢和混凝土之间的协同工作情况,对4个ISRCC柱进行偏心率为10%和15%的低周往复加载试验。与传统低周往复加载试验相比,试验中按预定路径同时施加竖向荷载和水平荷载。分析了ISRCC柱在低周往复荷载作用下的承载力、延性、破坏形态、裂缝分布和刚度退化等。试验结果表明：所有ISRCC柱均为小偏心压弯破坏,试件整体性较好;在偏心率15%以内,屈服荷载前各试件满足平截面假定,能够有效发挥型钢和混凝土的组合作用;ISRCC柱压弯承载力的试验值与ACI 318-2014、EN 1994-1-1和YB 9082-2006《钢骨混凝土结构技术规程》等规范中的承载力计算结果吻合较好,验证了现有规范中普通钢骨混凝土（SRC）柱压弯承载力的计算方法对偏心率15%以内的ISRCC柱的适用性;试件的极限位移角为1/88~1/65,满足我国规范对罕遇地震作用下框架-核心筒结构弹塑性层间位移角的要求,具有较好的变形能力。     

高温后型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为评估火灾后型钢混凝土柱的抗震能力,为其火灾后加固提供参考,进行了11个型钢混凝土柱试件的高温后抗震性能试验。试件在升降温过程中施加恒定轴向荷载,并且在高温后抗震试验中保持相同的轴向荷载水平。试验中考虑轴压比和受火时间对抗震性能的影响,以获取并分析试件的破坏特征、荷载-位移滞回曲线、刚度、延性和耗能能力。试验结果表明：型钢混凝土柱试件在反复荷载作用下由柱底混凝土剥落形成塑性铰,塑性铰长度为0.14H~0.44H(H为柱截面高度);试件在反复荷载作用下出现贯通全柱的黏结滑移裂缝,滞回曲线大致呈梭形,耗能能力较好;较之未受火试件,受火后试件滞回曲线更为饱满,骨架曲线更为平缓,位移延性系数略有增大,刚度和承载力退化明显,耗能能力略有降低。受火时间相同时,轴压比大的试件极限荷载略高,极限位移较小,延性差,耗能能力更强;轴压比相同时,受火时间越长,承载力和刚度下降越明显,延性略有提高,耗能能力变差。     

低周反复荷载下型钢高强混凝土柱受力性能试验研究

通过20个混凝土强度为65.3～84.9MPa的型钢高强混凝土柱的低周反复加载试验,研究型钢高强混凝土柱在压、弯、剪共同作用下的破坏形态和抗震性能。试验中考虑剪跨比、轴压比、配箍率、混凝土强度4个参数的影响,由试验获得型钢高强混凝土柱的主要破坏形态和滞回曲线,分析各参数对构件延性、滞回特性、耗能性能以及承载力衰减的影响。结果表明,与型钢普通强度混凝土柱一样,在压、弯和反复剪力共同作用下,型钢高强混凝土柱的破坏形态主要为弯曲型破坏、剪切黏结破坏、剪切斜压破坏,破坏形态主要与剪跨比有关;箍筋能显著提高大剪跨比试件的延性和耗能能力,但对小剪跨比试件的延性与耗能性能改善有限;随着轴压比与混凝土强度的提高,试件的承载力衰减速度加快,后期变形能力减小,抗震性能越来越差;与钢筋混凝土柱相比,型钢高强混凝土柱的等效阻尼比远大于前者,耗能能力强,抗震性能好;提出型钢高强混凝土柱位移延性系数的计算公式,公式的计算结果与试验结果符合较好,可供工程设计应用参考。     

分散式钢棒混凝土柱抗震性能对比试验研究

钢骨混凝土柱具有良好的抗震性能,但其在高层建筑结构中施工复杂,为此,基于核心区钢骨含钢量相同的原则提出了新型分散式钢棒混凝土柱。为研究分散式钢棒混凝土柱的抗震性能,对2组各3个不同核心材料钢骨混凝土柱在指定试验轴压比下进行了水平低周反复荷载试验。通过试验得到的荷载-位移曲线,对比分析了不同核心材料的钢骨混凝土柱耗能和骨架曲线的差异。初步试验结果表明分散式钢棒核心钢骨混凝土柱的抗震性能良好。