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。     

配筋圆钢管自密实混凝土柱抗震性能试验研究

通过7根配筋圆钢管自密实混凝土柱和1根圆钢管自密实混凝土对比柱的低周反复荷载试验,研究了纵筋配筋率、轴压比和钢管壁厚对配筋圆钢管自密实混凝土柱的承载力、延性、耗能能力和性能退化规律的影响。试验结果表明:配筋圆钢管自密实混凝土试件的滞回曲线饱满,表现出良好的抗震性能,在加载中后期,配筋试件的纵筋屈服,强度得到发挥,配筋圆钢管自密实混凝土试件的承载力和延性较普通圆钢管自密实混凝土试件均有不同程度提高,同时,耗能性能提高,且纵筋配筋率越大,配筋圆钢管自密实混凝土试件的承载力和延性也越大。轴压比和钢管壁厚对配筋圆钢管自密实混凝土柱抗震性能的影响规律与普通圆钢管混凝土柱相同。     

三肢圆钢管格构柱抗震性能试验研究

为了研究三肢圆钢管格构柱的抗震性能,进行了两个试件在低周反复荷载作用下力学性能的试验研究,考察了肢件钢管壁厚度对低周反复荷载作用下三肢圆钢管格构柱破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、刚度退化、耗能能力和延性的影响。结果表明,试件肢件的钢管壁越厚,其水平承载力、初始刚度、累积耗能和位移延性系数越大,同时刚度退化越慢。最后,通过《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)计算得到的三肢圆钢管格构压弯构件承载力与试验结果的比较,探讨了反复荷载作用下三肢圆钢管格构柱承载力的计算方法。研究成果可为有关工程实践提供参考。     

活性粉末混凝土短柱抗震性能数值模拟

为了研究活性粉末混凝土(Reactive powder concrete,简称RPC)短柱的抗震性能,运用有限元软件ABAQUS对RPC短柱进行了低周反复荷载作用下力学性能的数值模拟,研究了RPC短柱的破坏形态、滞回曲线和骨架曲线。RPC模型采用混凝土损伤塑性模型,其中损伤因子采用基于RPC本构的能量等效法求得。钢筋本构采用双折线模型。将模拟结果与试验结果进行对比,得到了较好的吻合性。在此基础上,研究了轴压比、配箍率和纵筋配筋率的变化对RPC短柱抗震性能的影响。研究结果表明:随着轴压比的增大,试件的延性逐渐降低,轴压比从0.2增加至0.5,位移延性系数从3.30降低至2.61;试件的抗剪承载力随轴压比的增大而增大,但在加载后期,高轴压比试件的承载力和刚度退化较快;配箍率和纵筋配筋率的增大均可以改善试件的抗震性能,但配箍率主要影响加载后期试件的延性,而纵筋配筋率主要影响试件的抗剪承载力。     

水下不分散混凝土短柱抗震性能试验

为了探究能否用普通混凝土的相关理论对水下不分散混凝土短柱进行抗震设计,通过力-位移混合控制加载试验对比了低周反复荷载下水下不分散混凝土短柱和普通混凝土短柱的受力性能。结果表明:水下不分散混凝土短柱的抗震性能与普通混凝土短柱接近,可以用设计普通混凝土短柱的理论进行水下不分散混凝土短柱的抗震设计。     

钢板笼混凝土短柱抗震性能试验研究

地震作用下的建筑物或构筑物的混凝土短柱易发生脆性破坏,引起结构的严重破坏甚至倒塌;钢板笼混凝土(PCS)是混凝土结构体系的一个重要补充,研究PCS短柱的抗震性能对PCS结构体系的科学研究和工程运用具有重要的参考意义.通过对7个PCS短柱以及1个RC短柱对比件进行低周反复荷载试验,研究板厚、轴压比和横向钢板条间距对试件的...     

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     

圆钢管再生混凝土轴压短柱对比试验研究

对不同截面形式和不同混凝土类型的6根圆钢管混凝土试件进行试验研究,并对其轴力-纵向应变全过程进行模拟,其中截面形式有圆实心、圆套圆中空夹层、圆套方中空夹层3种,混凝土类型包括普通混凝土和再生混凝土(再生粗骨料取代率为50%)两类。结果表明:截面形式对圆钢管再生混凝土试件的弹性模量、轴压强度和后期延性有一定影响;在达到极限承载力之前,两种混凝土类型的圆钢管混凝土试件的轴压刚度及外钢管的横向应变发展规律基本相同;在达到极限承载力之后,圆钢管再生混凝土试件的延性和后期承载能力均不如相应的圆钢管普通混凝土试件;有限元计算得到的试件的极限承载力和前期刚度与试验结果吻合较好。     

陶粒混凝土T形柱抗震性能试验研究

在试验的基础上,讨论了剪跨比、轴压比、暗柱、荷载角、肢高厚比以及配箍率对陶粒混凝土T形柱抗震性能(水平承载力、刚度、延性)的影响,比较分析了陶粒混凝土T形柱和普通混凝土T形柱抗震性能的异同。剪跨比小、轴压比低、设有暗柱或箍筋加密的T形陶粒混凝土柱抗震性能较好;普通混凝土T形柱的抗震性能好于陶粒混凝土T形柱的。     

HRB600级钢筋预制管高强混凝土柱抗震性能试验

为推动高强钢筋和高强高性能混凝土的工程应用,探讨HRB600级钢筋预制管高强混凝土柱的抗震设计方法,优化设计参数,进行了4根截面尺寸为600 mm×600 mm高强混凝土柱的低周反复荷载试验,包括3根HRB600级钢筋预制管高强混凝土柱和1根现浇HRB600级钢筋高强混凝土柱,设计变化参数主要为预制管中有无钢纤维和核心混凝土强度等级。在试验基础上,分析各试件的破坏形态、滞回曲线、承载力、变形能力、刚度退化以及耗能能力,揭示预制管中有无钢纤维和混凝土强度等级变化对高强混凝土柱的抗震性能影响规律。研究结果表明:HRB600级钢筋预制管高强混凝土柱的破坏形态与整体现浇高强混凝土柱相似,均呈弯曲破坏特征;预制管中加入钢纤维,使得高强混凝土柱的损伤程度降低,刚度退化减缓,滞回曲线更加饱满,变形和耗能能力提高。     

Mechanical behavior of stirrup-confined circular concrete-filled steel tubular stub columns under axial loading

通过井字形拉筋、米字形拉筋和圆环箍筋等3组拉筋约束形式带拉筋圆钢管混凝土短柱轴压性能对比试验,研究不同拉筋约束形式、拉筋体积配箍率对圆钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性等的影响;采用合理的混凝土三轴受力本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS非线性有限元分析软件对带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱进行三维有限元分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上,分析了带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱中钢管、拉筋或箍筋、核心混凝土之间的组合作用。结果表明：井字形拉筋圆钢管混凝土轴压短柱的承载力最高,延性最好,钢管、拉筋和核心混凝土之间的组合作用最强;提高体积配箍率可以有效提高圆钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性。     

斜向受力十字形钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为研究十字形钢管混凝土柱在斜向受力下的抗震性能,以加载角度(0°和45°)、混凝土强度等级(C50和C70)、轴压比(0、0.25和0.5)以及是否设置加劲肋为试验参数,进行了9根十字形钢管混凝土柱在往复荷载作用下的试验研究,获得了柱的破坏形态、水平荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性、累积耗能、变形等特性,分析了不同参数对柱抗震性能的影响规律。并建立了十字形钢管混凝土柱的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好。试验结果表明:十字形钢管混凝土柱具有较好的滞回性能,所有柱的位移延性系数均高于3.5;轴压比对十字形钢管混凝土柱的抗震性能影响较大,轴压比越大,柱承载力越低,刚度退化越快,延性和耗能能力也越差;随着混凝土强度的增加,柱承载力增加,轴压比较大时,混凝土强度越高,延性下降越明显;内部间断焊接加劲肋的柱比未设置加劲肋柱的承载力提高约8%,但延性和耗能能力提高不大;加载角度为45°柱的滞回性能稍优于0°的柱。     

壁式钢管混凝土柱抗震性能试验研究

通过3个截面高宽比为3.0的壁式钢管混凝土柱足尺试件在高轴压比下的低周反复加载试验和有限元分析,研究壁式钢管混凝土柱的破坏模式、滞回行为、承载能力、变形性能和能量耗散能力。结果表明：试件的破坏模式为压弯破坏,破坏区域钢板受压鼓曲、钢管纵向焊缝涨裂、混凝土压溃;试件滞回曲线稳定饱满,无明显捏拢现象;纵向隔板能够约束钢管壁板平面外变形,提高钢板局部屈曲强度;试件破坏时位移延性系数大于3.0,等效黏滞阻尼系数大于0.4,减小钢管壁板宽厚比可有效增加试件耗能能力。设计轴压比为0.54～0.69时,壁式钢管混凝土柱屈服位移角大于0.005rad,极限位移角大于0.02rad,具有良好的变形性能和耗能能力。建立的精细有限元模型可准确预测壁式钢管混凝土柱在恒定轴力和反复水平力下的滞回行为。有限元分析表明,轴压比对壁式钢管混凝土柱的极限位移影响显著,提高含钢率可有效增加其承载力和变形性能。     

L形钢管混凝土框架结构抗震性能试验研究

为了探讨L形钢管混凝土柱 钢梁框架的抗震性能,进行了4个1/2.5缩尺比例两层单跨L形钢管混凝土柱 钢梁空间框架的拟静力试验研究,主要考察了柱轴压比（n=0.4,0.6）、加载方向（β=0°,45°）对试件抗震性能的影响,对结构的破坏形态、破坏机制、滞回曲线、结构塑性铰出现的位置及次序、位移延性和耗能能力等性能进行了研究。试验结果表明：结构的破坏形态基本相同,梁端先屈曲,形成塑性铰,然后柱脚核心混凝土开裂压碎,钢管屈曲,形成塑性铰,节点核心区没有出现破坏现象,满足“强柱弱梁、强节点”的抗震设计要求;结构的滞回曲线呈饱满的梭形,强度和刚度退化不明显,变形能力和耗能能力较强;结构的延性较好,正向和反向的位移延性系数均大于4.0;轴压比对结构的抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,框架的位移延性和耗能能力降低。     

Experiment study of stirrup-confined concrete-filled square double-skin steel tubular stub columns under axial loading

通过带拉筋方中空夹层钢管混凝土轴压短柱受力性能试验,研究了拉筋配箍率对试件承载力、刚度、延性及横向变形系数的影响。采用混凝土三轴受力状态本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS有限元分析软件建立并验证了带拉筋方中空夹层钢管混凝土轴压短柱三维实体有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好;在此基础上,分析了拉筋对内外方钢管和混凝土约束作用机理。研究结果表明:拉筋能有效缓解了方钢管的局部屈曲,对短柱承载力、刚度、延性的提高效果明显;拉筋加强了内钢管对混凝土的约束作用,使得内钢管受力更加合理,并且拉筋配箍率越大,约束作用越明显。     

钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱抗震性能试验及其数值模拟

为研究钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱的抗震性能，完成了7根钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱和4根钢管混凝土叠合柱的低周往复加载试验。试验结果表明：钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱在低周往复荷载下均具有较好的延性，滞回曲线饱满，未出现明显的“捏缩”效应，表明ECC材料与核心钢管混凝土具有较好的协同变形能力和组合作用。相比之下，钢管混凝土叠合柱试件在低周往复荷载下出现明显的外层混凝土剥离现象，滞回曲线捏拢现象较为明显。通过累积耗能对比分析可知，钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱的累积耗能约为钢管混凝土叠合柱的2倍，表明钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱具有更好的抗震性能，适用于抗震设防烈度较高地区。此外，基于有限元软件ABAQUS对钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱的滞回性能进行了模拟，将有限元分析结果与试验结果对比发现，二者吻合较好，表明采用该有限元模型可以较为准确地研究该类组合柱的抗震性能。最后，基于有限元模型探讨了不同参数对组合柱受力性能的影响。     

Mechanical behaviors of T-shaped concrete-filled steel tubular columns under axial impact

为研究T形截面钢管混凝土短柱在轴向冲击荷载作用下的承载力,以及钢管内混凝土应力分布特点,将PVDF压电薄膜制作成一种可植入式压电应力传感器埋置在钢管内混凝土中,对T形截面钢管混凝土短柱进行轴向落锤冲击试验。通过PVDF电压应力传感器监测数据的转换获得钢管内混凝土应力变化规律,同时获得不同冲击高度下T形截面钢管混凝土短柱的冲击力时程曲线和抗冲击承载力。试验结果表明：T形截面钢管混凝土短柱具有较好的抗冲击性能,壁厚大的钢管混凝土柱其冲击力峰值较大,竖向变形较小、冲击持续时间较短,增加钢管壁厚可提高对混凝土的约束作用,增强钢管混凝土柱的抗冲击承载能力。     

CFRP布加固局部腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱受力性能

钢管混凝土目前已被广泛应用于各类建筑结构中,但是钢材存在易腐蚀的缺点,尤其是局部腐蚀。当钢管混凝土出现局部腐蚀时,其受力性能会有所退化,因此有必要对局部腐蚀后钢管混凝土的受力性能进行研究,并研究局部腐蚀后钢管混凝土的加固方法。为此,完成了7个圆钢管混凝土短柱的轴压试验,研究了机械开孔模拟局部腐蚀对圆钢管混凝土轴压短柱受力性能的影响,同时采用CFRP布加固机械开孔圆钢管混凝土短柱,研究CFRP布包裹层数对局部腐蚀圆钢管混凝土加固效果的影响。试验结果表明局部开孔会降低圆钢管混凝土短柱的轴压承载力、刚度和延性,且随着开孔长度的增加,降低幅度有所提高。采用CFRP布加固局部开孔圆钢管混凝土短柱能够提高试件的承载力,单层CFRP布加固时,试件达到极限荷载时CFRP布纤维突然断裂,试件延性较差;两层CFRP布加固时,试件的延性得到明显改善,整体加固效果更好,试件受力性能接近于未开孔的圆钢管混凝土。同时,采用ABAQUS软件建立了圆钢管混凝土有限元模型,并与试验结果进行了对比,验证了有限元模型的正确性。基于有限元分析结果,建议偏于保守地采用环向应力等于钢材屈服强度的计算方法等效计算CFRP布厚度,用于加固局部腐蚀圆钢管混凝土。     

Mechanical performances of concrete-filled steel tubular stub columns with round ends under axial loading

An experimental study of 22 concrete-filled round-ended steel tubular (CFRT) stub columns under axial compression is conducted compared with 4 circular concrete-filled steel tubular (CFT) stub columns. The influences of width–thickness ratio, concrete strength, steel yield strength and wall-thickness of steel tube on the ultimate bearing capacity of the CFRT columns are discussed. The 3D finite element (FE) model is also developed to analyze the behavior of the CFRT columns under axial compression. From the results, local buckling of the round-ended steel tube associated with shear failure of in-filled concrete could be observed. With the increasing width–thickness ratio, the corresponding load–strain curves have a shorter elastic–plastic stage. The parametric studies indicate that the concrete strength, tube thickness and width–thickness ratio of the steel tube also have a great effect on the ultimate bearing capacity. The numerical results also show that the confinement effect of the stub columns decreases with the increasing width–thickness ratio. A practical calculation formula for the bearing capacity of the CFRT stub columns is proposed, which is well in agreement with the experimental results.