斜拉肋加劲薄壁方钢管混凝土柱的滞回性能研究

在方钢管两临边焊接斜拉肋可显著提高薄壁方钢管的局部屈曲承载力,有效改善薄壁方钢管混凝土(CFST)柱的力学性能。为研究斜拉肋加劲薄壁方CFST柱的滞回性能,完成4个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为斜拉肋上是否开孔、轴压比、钢管宽厚比。试验结果表明:试件的破坏模式为压弯破坏,破坏区域钢板受压鼓曲、钢管与斜拉肋之间纵向焊缝断裂、混凝土压溃;试件滞回曲线稳定饱满,无明显捏拢现象;试件破坏时位移延性系数均大于3.3,极限层间位移角均大于1/30;斜拉肋上开孔对试件的性能影响不明显,减小钢管宽厚比或者增加轴压比使试件耗能增大,但变形能力下降。应变分析结果表明:斜拉肋加劲方钢能对混凝土提供较均匀约束,并且斜拉肋与钢管之间能协同工作。基于ABAQUS软件建立的精细有限元模型能较准确地预测钢管混凝土柱在恒定轴力和反复水平力下的承载力及变形能力。参数分析表明:混凝土强度和轴压比明显影响试件的变形能力,进而建议混凝土强度与轴压比限值的关系。提出考虑斜拉肋和钢管约束之后的塑性应力分布方法计算N-M曲线,与试验结果和有限元分析结果吻合良好。     

带肋薄壁方钢管混凝土柱抗震性能研究

对7根设肋薄壁方钢管混凝土柱进行了拟静力试验,研究了加劲肋设置数量、轴压比和长细比对试件的承载能力、延性和耗能能力的影响.同时使用ABAQUS软件对带肋薄壁方钢管混凝土柱进行了受力全过程分析,模拟结果与试验结论基本一致.研究结果表明:在达到承载力前,无肋试件已经发生鼓曲,鼓曲在达到承载力后迅速增大从而导致焊缝开裂,钢管对混凝土的作用未充分发挥时试件就已破坏.带肋试件由于加劲肋对外部钢管的拉结作用,延缓了试件局部鼓曲的发生,试件材料性能得以充分利用,因此带肋试件的承载力、延性性能和耗能性能均优于无肋试件,且随着加劲肋设置数量的增多,试件的受力性能也得到明显改善.     

带肋薄壁方钢管混凝土柱抗震性能研究

对7根设肋薄壁方钢管混凝土柱进行了拟静力试验,研究了加劲肋设置数量、轴压比和长细比对试件的承载能力、延性和耗能能力的影响.同时使用ABAQUS软件对带肋薄壁方钢管混凝土柱进行了受力全过程分析,模拟结果与试验结论基本一致.研究结果表明:在达到承载力前,无肋试件已经发生鼓曲,鼓曲在达到承载力后迅速增大从而导致焊缝开裂,钢管对混凝土的作用未充分发挥时试件就已破坏.带肋试件由于加劲肋对外部钢管的拉结作用,延缓了试件局部鼓曲的发生,试件材料性能得以充分利用,因此带肋试件的承载力、延性性能和耗能性能均优于无肋试件,且随着加劲肋设置数量的增多,试件的受力性能也得到明显改善.     

冷弯薄壁方钢管长柱轴压性能试验研究

进行了3组共9个试件冷弯薄壁方钢管受压长柱的试验研究与有限元计算分析,截面尺寸均为120 mm×120 mm×2 mm,考察长细比变化时,试件的破坏模式、荷载-位移曲线以及承载力等改变情况,并利用ANSYS软件进行了数值模拟计算,结果表明:1)对于轴心受压柱,在长细比λ≤36.4时,柱发生的是强度破坏,承载力较高;当长细比增大到λ≤65.5时,柱承载力降低近20%,破坏模式为整体破坏。2)有限元计算结果与试验结果较为接近,差值在12%以内,具有较高准确度。     

带肋方钢管混凝土柱偏心受压力学性能研究

在方钢管混凝土管壁内设置纵向加劲肋可提高其管壁的稳定性。采用有限元软件ABAQUS对带肋方钢管混凝土柱偏心受压荷载-变形全过程关系进行计算,计算得到的破坏形态和荷载-变形关系曲线与试验结果符合较好。在此基础上,通过典型算例从变形情况、荷载-变形全过程曲线、核心混凝土的纵向应力分布以及钢管与混凝土相互作用四个方面对带肋方钢管混凝土的工作机理进行分析,并且与相应的无肋方钢管混凝土进行对比。研究结果表明:加劲肋的设置可以增加钢管约束支撑点,减小鼓曲的横向变形值,增强核心混凝土与管壁之间的相互作用,进而有效地延缓构件局部屈曲,改善管壁的稳定性,提高构件的极限荷载;纵向加劲肋宽度越大,构件极限荷载越高,后期延性越好;加劲肋宽度设置应控制在一定范围,能获得较好的综合经济效果。     

复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能研究

通过复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能的试验研究,分析了内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土对薄壁方钢管混凝土构件纯弯段受弯性能的影响。试验表明：内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土可有效提高构件的受弯承载力,内置钢管高强混凝土的提高效果更显著;薄壁方钢管混凝土的受弯承载力和抗弯刚度明显较对比空钢管的高;试验过程中未出现钢管角部破坏的情况。对复式薄壁方钢管混凝土纯弯构件受力性能进行有限元分析,分析结果和试验结果吻合较好,外管的约束作用有效提高了夹层混凝土转角处混凝土的抗压强度。有限元参数分析结果表明,构件的受弯承载力和抗弯刚度随着夹层混凝土强度和径宽比的增大而增大,但随着径厚比的增大而减小;同时构件的受弯承载力随着钢管强度的增大而增大。建议了复式实心薄壁方钢管混凝土构件和复式空心薄壁方钢管混凝土构件受弯承载力的简化计算模型,其计算结果精度较高。     

带直角六边形钢管混凝土柱的滞回性能研究

带直角六边形钢管混凝土柱具有表面平整和抗震性能好的优点,已被应用于实际工程中.为进行该类结构的非线性抗震分析,基于有限元法研究了其滞回性能,并开展了参数分析,主要参数包括:含钢率、混凝土强度、钢材强度、轴压比和长细比.分析结果表明:该类组合构件的承载力随着含钢率和钢材强度的增大而提高,随着长细比和轴压比的增大而降低;抗弯刚度随着含钢率的增大而增大,随着长细比的增大而减小;长细比和轴压比对骨架曲线形状的影响较大;骨架曲线下降段刚度随着轴压比和混凝土强度的增大而增大,随着长细比的增大而减小;构件绕强轴破坏时具有更好的延性.最后给出了该类构件的荷载-位移恢复力建议模型,简化计算结果和试验结果吻合较好.     

带肋薄壁复式钢管混凝土柱的抗震性能研究

带肋薄壁复式钢管混凝土柱具有较好的耐火性能和经济性,同时钢管混凝土构件多用于地震频发区域,因此有必要研究其抗震性能。以轴压比和内管外径为主要参数,进行了6根带肋薄壁复式钢管混凝土压弯柱的低周反复加载试验。试验结果表明:该类组合柱的滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能,其承载能力和耗能能力明显高于带肋薄壁钢管混凝土对比柱;该类柱均为面内压弯破坏;随着轴压比的增大,试件的延性、累积耗能随之减小,后期刚度退化加剧;随着内管外径的增大,试件的承载力、延性和耗能能力提高,但内管外径对刚度退化的影响较小。建立了带肋薄壁复式钢管混凝土柱的有限元模型,并利用试验结果检验了模型的准确性。基于该模型开展参数分析,结果表明钢管屈服强度、外部混凝土强度、轴压比、径宽比、径厚比和长细比等参数对该类构件的承载力影响较显著。最后基于参数分析,建议了荷载-挠度恢复力模型。     

冷弯薄壁型钢空间节点滞回性能分析

总结分析当前用于建造冷弯薄壁型钢结构的节点力学性能,发现冷弯薄壁型钢结构体系中组合墙体和楼盖均为空间受力体系,连接部位不能简单地简化为梁柱节点,应考虑其空间作用。本文在此基础上进行了试验研究,结果表明:试验试件的破坏形态及破坏模式均为楼盖梁出现严重的塑性变形;试件滞回经历了弹性、弹塑性、塑性阶段;冷弯薄壁型钢试件有很好的耗能性能;轴压比对试件延性系数影响较大,当轴压比为0.2时,截面尺寸越大延性系数越大,而当轴压比为0.4时,截面尺寸越大延性系数越小。     

方钢管再生混凝土柱滞回特性的试验研究

根据6根方钢管再生混凝土柱在定常轴力和水平往复荷载作用下的试验结果,探讨了钢管壁厚、轴压比和长细比3个参数对试件滞回性能的影响。试验表明:各试件的滞回曲线形状大致相同,滞回曲线较为饱满,具有良好的抗震性能。在试验研究基础上,分析了实测滞回曲线特征,对试验结果进行回归分析,建立了恢复力模型的三折线骨架曲线方程,确定了卸载刚度、强度退化规律和恢复力模型的滞回规则,建立了方钢管再生混凝土柱水平侧向力-位移恢复力模型,试件的计算滞回曲线和骨架曲线与试验实测曲线吻合良好。     

方形薄壁钢管混凝土柱的耐火性能研究

为研究薄壁钢管混凝土柱的耐火性能,进行4个方形薄壁钢管混凝土柱在标准升温曲线下的耐火试验。试验参数为荷载偏心率、是否设置加劲肋以及是否设置防火保护。基于试验结果,研究方形薄壁钢管混凝土柱在高温下的破坏模态、温度场分布和耐火极限,并将其耐火性能和普通钢管混凝土柱进行比较。试验结果表明,方形薄壁钢管混凝土柱具有较好的耐火性能。     

新型方钢管混凝土梁柱节点力学性能分析

钢管混凝土能够充分发挥混凝土和钢材两种材料的特性,混凝土受到钢管环箍作用,具有很高的抗压承载力.但由于梁柱连接节点部位构造较为复杂,施工难度大,还有待进一步改进改善.利用ANSYS对新型方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁内插钢板连接节点的受力特性进行了研究,通过与普通钢筋混凝土梁柱节点的对比分析,得到新型节点具有较高承载力、抗震性能优越、延性非常好、有很长的屈服平台、屈服后承载力下降不多等优点.破坏时节点域变形很小,塑性角外移,避免了节点域的脆性破坏.     

Experimental research on mechanical behavior of concrete-filled thin-walled stiffened square steel tubular short column under axial load

为研究带肋薄壁方钢管混凝土轴压短柱的受力性能,以钢管宽厚比、加劲肋宽度和加劲肋个数为参数,对26个薄壁方钢管混凝土短柱进行了试验研究。研究结果表明：对于无肋试件,在达到承载力以前管壁已经发生鼓曲,且试件宽厚比越大,鼓曲越早发生,鼓曲部位的钢管截面越早退出工作,没有发挥出钢管混凝土的优势。设置加劲肋后薄壁方钢管混凝土短柱的受力性能得到明显改善,钢管壁的局部鼓曲得以延缓,材料强度得到了充分利用,试件承载力提高。当试件宽厚比为60、80时,加劲肋宽度对试件承载力影响最明显,加劲肋宽度越大,承载力越高,增加加劲肋个数对试件承载力影响不大;而当试件宽厚比为100时,设置单个加劲肋已不能满足对管壁局部屈曲的抗弯刚度要求,必须增加加劲肋的个数以增加约束钢管变形的支撑点,减小管壁局部屈曲的波长,提高试件局部屈曲的临界荷载。同时利用ABAQUS有限元计算软件对薄壁带肋方钢管混凝土轴压短柱的受力全过程进行了模拟,并将试验结果与有限元模拟结果进行了对比,两者吻合良好,为下一步分析奠定基础。     

圆端形钢管混凝土柱偏压性能研究

圆端形钢管混凝土柱具有外观优美、截面布置灵活、承载力高和施工方便等优点,已被应用于实际工程中.为了研究圆端形钢管混凝土长柱的偏压性能,完成了 12根圆端形钢管混凝土柱的偏压试验,变化参数为偏心距和长细比.结果表明:该类柱的承载力随偏心距和长细比的提高而降低,而其延性随偏心距和长细比的提高而增加;达到峰值荷载前,圆端形钢...     

方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

对3个单跨两层1∶3比例的方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙试件进行了低周反复荷载试验,研究了十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能,并与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙比较。对比了框架梁柱内隔板式节点与穿芯高强螺栓-端板节点对结构性能的影响。得到了方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移及抗震性能指标等,分析了结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等力学性能。结果表明,方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有良好的抗震性能;十字加劲肋限制了薄钢板剪力墙的面外变形,提高了其承载力与耗能能力,但对整体刚度影响较小;穿芯高强螺栓-端板节点提高了结构的承载力与刚度。     

Experimental study of hysteretic behaviour for concrete-filled square thin-walled steel tubular columns

In this paper, the hysteretic behaviour of concrete-filled thin-walled steel tubular (CFTST) columns was investigated experimentally. The parameters in the study included the axial load level and steel tube section type. Nine CFTST columns, including six columns with a longitudinal stiffener on each inner face of the steel tube and three columns with a longitudinal stiffener on the two opposite inner faces of the steel tube, were tested under a constant axial load in addition to a cyclic lateral load. The effect of axial load level on the hysteretic behaviour (stiffness, ductility and energy dissipation) was studied. Experimental results indicated that the CFTST columns under an axial load level below 0.5 exhibited plump hysteretic loops with a slight pinching effect, better ductility and energy dissipation capacity. The displacement ductility decreases significantly with an increase in the axial load level. Columns with two steel tube sections had almost the same load capacity, whilst the ductility and energy dissipation capacity of columns with a longitudinal stiffener on each inner face of the steel tube was better than that of columns with two opposite stiffeners.     

新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点拟静力试验研究

以轴压比为主要变化参数,对两种类型共4个1∶1足尺模型的新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点进行了拟静力试验。试验观察了试件的受力过程和破坏形态,得到了梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并对比分析了试件的刚度退化、延性和耗能能力。结果表明:两种节点破坏均属于延性破坏,破坏时C型钢梁发生平面外屈曲,形成塑性铰,钢梁下翼缘、腹板与柱焊接处拉裂,钢管混凝土柱-空钢管梁节点还在空心钢管梁上出现塑性铰;随着轴压比的增大,空钢管柱-空钢管梁节点初始刚度变化不大,而钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度有所减小,两种节点的延性均明显降低,极限承载力也有所下降,其中钢管混凝土柱-空钢管梁节点下降幅度更大。至于钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度则明显大于空钢管柱-空钢管梁节点,且滞回曲线较饱满,在极限承载力、延性和耗能指标等方面均优于空钢管柱-空钢管梁节点。