钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

提出一种适用于超高层建筑底部楼层的钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙,通过5个剪跨比为2.5的一字形截面组合剪力墙试件的拟静力试验,研究组合剪力墙的抗震性能。试验结果表明：试件的破坏形态为压弯破坏,墙底部边缘构件矩形钢管管壁和钢板鼓曲、钢管断裂、混凝土压溃;矩形钢管混凝土约束边缘构件沿墙肢长度显著影响试件的变形能力和耗能能力;钢板含钢率基本不影响试件的变形能力;矩形钢管混凝土边缘构件内设置圆钢管可提高试件承载力,但对其变形能力影响不大。矩形钢管混凝土约束边缘构件沿墙肢长度为0.2倍墙截面高度、设计轴压比为0.45时,组合墙试件的屈服位移角不小于0.005 rad、极限位移角可达0.030 rad。提出组合墙正截面承载力的计算式,计算结果与试验值吻合较好,误差小于10%。     

GFRP-再生混凝土-钢管组合柱轴压力学性能试验研究

FRP管-再生混凝土-钢管组合柱作为一种新型组合构件,由外FRP管、内钢管以及两管之间填充的再生骨料混凝土3部分组成,其中再生骨料混凝土的应用,有利于促进建筑结构的绿色化、节能化。通过对21根这种组合柱进行单调轴压试验,研究不同再生骨料替代率及不同FRP管厚度对这种组合结构的轴压力学性能的影响。试验结果表明,该新型组合柱相比于填充普通骨料的双管柱承载力有所下降,但延性却有明显提高,有利于抗震;再生骨料替代率为30%的双管组合构件力学性能较好;同时,相比于FRP约束实心组合柱,再生骨料的双管空心柱也表现出良好的约束效果。     

不同腔体构造圆钢管混凝土短柱抗震性能试验

为研究不同腔体构造对圆钢管混凝土短柱抗震性能的影响,进行了3个不同腔体构造的大截面尺寸圆钢管混凝土短柱试件的低周反复荷载试验。试件钢构件分别为圆钢管、圆钢管腔内焊接环向及竖向肋板并设置钢筋笼以及圆钢管内置圆钢管,其中后两者钢构件用钢量相等。各试件的轴力均相等。分析了各试件的承载力、刚度退化、滞回特性、延性、耗能及破坏特征。研究表明：竖向肋板的设置可以提高构件的受弯承载力;环向肋板可以显著约束钢管径向变形;内置圆钢管强化了核心区混凝土的约束,使得外钢管弹塑性变形能力增强;含钢率相等条件下,圆钢管内置圆钢管混凝土短柱与圆钢管腔内焊接环向及竖向肋板并设置钢筋笼混凝土短柱相比,虽然水平承载力略有下降,但是其延性系数和累积耗能能力有显著提高;3个不同腔体构造圆钢管混凝土短柱的等效黏滞阻尼系数分别为0.41、0.53、0.58,均具有较好的耗能性能。圆钢管混凝土柱在压、弯、剪复合受力状态下的承载力试验值高于按照我国规范和规程所得出的计算值,表明我国规范和规程在计算足尺试件承载力时,结果偏于安全。     

纤维增强复合材料管-混凝土-钢管组合长柱偏心受压试验研究

纤维增强复合材料(FRP)管-混凝土-钢管组合柱(DSTC)是一种有效利用复合材料特点的新型组合构件形式。为揭示该组合构件长柱的偏心受压性能,进行了5个偏心受压试验,主要研究荷载偏心距和FRP管壁厚的影响。试验结果表明:DSTC长柱偏压下的破坏模式均为柱跨中受压侧FRP管环向断裂破坏,且表现出良好的延性;在其他参数相同的条件下,随着荷载偏心距的增大,柱的极限承载力降低,而变形能力增强;随着FRP管壁厚的增大,构件极限承载力提高,变形能力增强。     

薄壁圆钢管再生混合中长柱的轴压与偏压试验研究

通过36根薄壁圆钢管再生混合中长柱的轴压与偏压试验,考察废弃混凝土混合比、钢管壁厚、荷载偏心距等因素对试件受压性能的影响。基于新、旧混凝土的组合强度,根据国内外钢管混凝土结构设计标准,对试件的受压承载力进行计算对比。试验和分析结果发现:①采用25%或40%的废弃混凝土替换新混凝土后,钢管再生混合中长柱的受压承载力分别比全现浇钢管混凝土中长柱降低5.77%～9.71%和10.65%～15.63%,但前者的初始刚度、屈服性能和延性特征与后者基本相当;②为使钢管再生混合中长柱的计算受压承载力具有与全现浇钢管混凝土中长柱相近的安全性,可对前者计算结果乘以调整系数0.95;③总体来看,设计标准DBJ 13-51-2003和ANSI/AISC 360-05对轴压试件受压承载力的预测结果相对较好,JCJ 01-89对偏压试件受压承载力的预测结果相对较好。研究表明,薄壁圆钢管柱内放置废弃混凝土块体是废弃混凝土循环利用的一条有效途径。     

纤维增强复合材料管-混凝土-钢管组合长柱偏心受压试验研究

纤维增强复合材料(FRP)管-混凝土-钢管组合柱(DSTC)是一种有效利用复合材料特点的新型组合构件形式。为揭示该组合构件长柱的偏心受压性能,进行了5个偏心受压试验,主要研究荷载偏心距和FRP管壁厚的影响。试验结果表明:DSTC长柱偏压下的破坏模式均为柱跨中受压侧FRP管环向断裂破坏,且表现出良好的延性;在其他参数相同的条件下,随着荷载偏心距的增大,柱的极限承载力降低,而变形能力增强;随着FRP管壁厚的增大,构件极限承载力提高,变形能力增强。     

型钢-方钢管混凝土轴压短柱非线性分析

采用ABAQUS有限元软件对型钢-方钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线进行了有限元分析,探讨了型钢-方钢管混凝土轴压短柱、等截面普通方钢管混凝土轴压短柱、等截面且等体积含钢率的型钢-圆钢管混凝土轴压短柱的内力变化情况。分析结果表明:三种短柱中型钢-圆钢管混凝土轴压短柱的极限承载力最大且延性最好;与等截面普通方钢管混凝土轴压短柱相比,型钢-方钢管混凝土轴压短柱中核心混凝土纵向应力有所增长,钢管屈服后纵向应力降低速率、环向应力增加速率减缓,钢管对核心混凝土的约束作用减小;与等截面且等体积含钢率的型钢-圆钢管混凝土轴压短柱相比,型钢-方钢管混凝土轴压短柱角部端点的约束效果最明显,钢管中点的约束效果最弱,型钢-圆钢管对核心混凝土的整体约束最强,型钢屈服后纵向应力略低于其屈服强度,且型钢的翼缘部分抗压强度比腹板部分的抗压强度高;等型钢含量情况下,随着翼缘长度b与腹板高度h比值的增大,轴压短柱的极限承载力越来越低,当b/h=0,即十字形钢骨-方钢管混凝土轴压短柱承载力最高;等体积含钢率下,普通方钢管混凝土柱轴压短柱承载力最低,随着型钢截面面积As与方钢管截面面积At的比值的增大,轴压短柱的极限承载力先增后降,当As/At≈0.8时,承载力达到最大值。     

钢管约束型钢高强混凝土压弯构件的抗震性能研究

进行两个圆钢管约束型钢混凝土和两个方钢管约束型钢混凝土压弯构件的滞回性能试验研究,并进行两个普通型钢混凝土对比试件的试验研究。试件的混凝土为C70高强混凝土,试验中的主要参数为轴压比(n0=0.3和0.5)。试验结果表明,型钢混凝土和钢管约束型钢混凝土压弯构件易发生黏结破坏,因此工程实践中应在型钢翼缘设置抗剪连接件以防止黏结破坏的发生。相同用钢量条件下,圆钢管约束型钢高强混凝土柱的抗弯承载力、延性、极限层间变形能力和耗能性能明显高于型钢混凝土柱。随轴压比的提高,圆钢管约束型钢高强混凝土压弯构件的抗弯承载力提高,但轴压比对构件的层间变形能力无明显影响。相同用钢量条件下,方钢管约束型钢高强混凝土柱的抗弯承载力与型钢混凝土柱基本相同,但方钢管约束型钢高强混凝土柱的延性、极限层间变形能力和耗能性能明显高于型钢混凝土柱。随轴压比的提高,方钢管约束型钢高强混凝土压弯构件的抗弯承载力提高,但轴压比对构件的层间变形能力无明显影响。根据试验结果和理论分析结果建议了钢管约束型钢混凝土柱的截面抗弯承载力计算方法,提出设计建议,可为工程实践提供参考。     

钢管初应力对内配型钢的圆钢管混凝土柱受压性能影响

为研究钢管初应力对内配型钢钢管混凝土构件后期受力性能的影响,共设计了12根内配型钢圆钢管混凝土柱进行受压性能试验研究,试验主要参数为初应力系数和荷载偏心率。通过试验研究了内配型钢圆钢管混凝土柱的变形过程、破坏形态及不同参数对构件荷载-变形曲线和受力性能的影响。试验结果表明：初应力系数及荷载偏心率对内配型钢圆钢管混凝土柱最终的破坏形态影响较小,但不同长细比的构件破坏过程有所差异;初应力系数的变化对轴压短柱承载力影响较小,但对偏压柱受力性能有一定影响,随着初应力系数的增大其承载力下降;试验参数范围内,偏心率对柱承载力的影响明显大于初应力系数的影响。基于试验结果对有限元模型的可靠性进行验证,在模型验证基础上,分析钢管初应力对钢管与混凝土之间的相互作用和各部件承载力分配的影响,并进一步分析不同参数（如长细比、偏心率、型钢截面尺寸等）对柱承载力影响系数的影响。结果表明,钢管初应力系数、偏心率和长细比对柱承载力影响系数影响显著,基于此提出考虑钢管初应力时内配型钢钢管混凝土柱受压承载力计算方法,其计算结果与试验和数值结果吻合较好。     

CFRP约束竹条-薄壁圆钢管组合柱轴压性能研究

为延缓胶黏剂的失效,防止薄壁钢管过早发生屈曲,同时应对竹材防火、防虫、防腐性能差的缺点,提出一种CFRP约束竹条-薄壁圆钢管组合柱。制作9个短柱和4个长柱并对其进行轴心受压试验,继而基于验证后的有限元模型,分析竹条厚度、CFRP层数、钢管截面以及长细比对轴压性能的影响规律,在此基础上提出组合柱轴压承载力理论计算公式。研究结果表明：组合柱的破坏模式为柱中材料破坏、端部压溃破坏及整体失稳;组合柱的承载力随着竹条厚度和钢管直径的增加而增大,随着长细比的增大而减小;CFRP在中小长细比(λ_c≤50)组合柱中的环箍作用显著,但在大长细比(λ_c>50)组合柱中作用有限;组合柱发生整体失稳破坏的长细比界限值为19;各参数对组合柱承载力提升效率的影响不同。试验、有限元模拟及理论分析的结果吻合较好,承载力公式的计算结果与试验或有限元分析结果的平均误差均低于5.0%,最大误差均低于10%,说明轴心受压承载力计算公式具有较高的精度,适用于预测CFRP约束竹条-薄壁圆钢管组合柱的承载力。     

锈蚀圆钢管再生混凝土轴压短柱受力性能研究

以名义锈蚀水平(0%、10%和20%)为变化参数,设计了6根圆钢管混凝土短柱进行轴压试验,观察了锈蚀圆钢管混凝土短柱的受力全过程和破坏形态,得到了构件的应力-应变关系曲线,重点分析了锈蚀对构件轴压性能的影响,得出锈蚀圆钢管混凝土短柱刚度退化规律以及损伤演变规律。研究结果表明：随着锈蚀水平的提高,钢管混凝土柱的承载力均下降,组合弹性模量不同程度降低,刚度损伤增大;核心混凝土的类型对锈蚀构件承载力影响不大。采用钢管壁厚折减法结合ABAQUS有限元软件对构件在轴压荷载作用下荷载-变形关系进行模拟,同时根据GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》公式进行计算,试验结果与模拟结果以及计算结果基本一致。采用钢管壁厚折减法能够有效计算锈蚀圆钢管再生混凝土的承载力。     

钢骨形式对钢管混凝土短柱轴压承载力的影响

为了对比钢管混凝土短柱内配置不同钢骨对轴压承载力的影响,采用有限元模拟软件,建立了4个配骨指标相同而内配不同钢骨的钢管混凝土构件以及2个对比构件,进行非线性分析。结果表明,钢管厚度相同时,内配钢骨均可以有效提高短柱轴压承载力;截面含钢率相同时,未配置钢骨的圆钢管混凝土短柱轴压承载力最高;配骨指标相同时,内配圆钢管的钢管混凝土轴压承载力最高,且残余承载力最高,内配工字钢的钢管混凝土短柱与内配十字型钢的轴压承载力接近;内配方钢管的承载力最差且残余承载力也最差。因此,工程中选用内配圆钢管的钢管混凝土柱会取得较好的安全性与经济性。     

GFRP管-混凝土-钢管受弯构件非线性分析

为进一步研究GFRP管-混凝土-钢管受弯构件的受力性能,对其在单调荷载作用下的整个受力过程进行分析.采用平截面假定的纤维模型法,编制了GFRP管-混凝土-钢管组合构件的抗弯承载力计算程序.利用该程序计算得到弯矩-曲率、荷载 变形关系曲线,以及混凝土强度、空心率及GFRP管及内钢管厚度等因素对GFRP管-混凝土-钢管组合构件荷载-变形曲线的影响.研究表明,荷载-变形曲线可分为弹性、弹塑性和塑性三个阶段,空心率对极限荷载的影响比较显著,GFRP管-混凝土-钢管受弯构件的承载力随着GFRP管和钢管管壁厚度的增加而增加,随着混凝土强度等级的提高而增大,随着空心率的增大,其相应变小.     

橡胶掺量对圆钢管橡胶混凝土短柱力学性能的影响

对12根圆钢管橡胶混凝土(RCFT)短柱进行轴压试验,研究了橡胶掺量对圆钢管混凝土短柱力学性能的影响。结果表明:圆钢管橡胶混凝土短柱破坏形态为钢管一处或多处出现鼓曲或褶曲破坏;圆钢管橡胶混凝土短柱在加载过程中具有较好变形能力和后期承载力;圆钢管橡胶混凝土短柱轴压承载力随橡胶掺量的增加而降低。参考韩林海等给出的钢管混凝土轴压承载力计算公式,对试验数据进行线性回归,提出了圆钢管橡胶混凝土短柱轴压承载力计算公式。与试验值相比,计算结果偏于安全。     

FRP管-混凝土-钢管组合柱力学性能的试验研究和理论分析

FRP管-混凝土-钢管组合柱(DSTC)是一种新型组合构件,由FRP外管、钢内管以及两者之间填充的混凝土三部分组成,三种材料的协同互补和共同工作使该组合柱具有许多优于现有组合构件的力学性能。本文阐述了该新型组合构件的截面形式,介绍了构件轴心受压和四点弯曲试验的结果,并分析和探讨了其力学性能。试验结果表明,尽管DSTC内部空心,但FRP外管仍然可以对混凝土提供有效的约束,使构件具有良好的延性。基于轴心受压试验所得到的应力-应变曲线,对受弯构件进行了截面分析,分析结果与试验结果基本吻合。     

CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱试验研究

进行了以CFRP为套箍指标主导的大钢管径厚比CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的轴压试验,观察了其破坏形态与变形特征,测得了CFRP和钢管的荷载-应变关系曲线。分析了CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线,探讨了套箍指标对试件受力性能和延性的影响,阐述了区别于普通CFRP-圆钢管混凝土轴压短柱的破坏过程。结果表明:CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的破坏形态为CFRP断裂引发钢管径向鼓曲破坏;在塑性上升阶段,CFRP能延缓钢管的屈服速率,同时CFRP被赋予一定的塑性,构件在这一阶段具备一定的加劲特征,而钢管混凝土试件呈现软化特征;CFRP套箍指标对构件的极限承载力和延性影响较大,钢管套箍指标的影响相对较弱。     

轴向反复荷载作用下圆钢管混凝土柱的受力性能研究

采用ABAQUS有限元软件建立了圆钢管混凝土柱有限元模型,研究了钢管及核心混凝土的应力分布情况和破坏发展进程,分析了柱在轴向拉压反复荷载作用下的受力性能,探讨了不同材料强度、径厚比等因素对构件受力性能的影响规律。研究表明:圆钢管混凝土柱具有较好的弹塑性变形能力和耗能能力,轴向抗震性能较好;材料强度对轴向承载力影响较大,径厚比对轴向承载力和刚度均有较大影响。     

圆钢管型钢再生混凝土组合柱轴压性能及承载力计算EI北大核心CSCD

为研究圆钢管型钢再生混凝土组合柱的轴压性能,对11个组合柱试件进行了轴心受压试验,主要考虑了再生粗骨料取代率、钢管径厚比、截面型钢配钢率和长细比等4个设计参数,观察了试件的受力全过程以及破坏形态,获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线;重点分析了设计参数对组合柱轴压性能的影响。研究结果表明：组合柱主要破坏特征为型钢屈服后钢管表面发生外鼓变形破坏,核心再生混凝土主要发生剪切破坏和压溃破坏;组合柱轴压承载力随再生粗骨料取代率的增加而降低,但试件仍表现出良好的变形能力;减小圆钢管径厚比和增大型钢配钢率均可提高试件的轴压承载力和变形能力;长细比的增大降低了组合柱的轴压承载力;此外,组合柱的横向变形系数约为1.2。在此基础上,基于极限分析法和试验数据,提出了适用于圆钢管型钢混凝土组合柱的轴压承载力计算式,计算值与试验值吻合良好。     

纤维增强材料管-混凝土-钢管组合构件的研究进展

纤维增强材料(FRP)管-混凝土-钢管构件是一种新型组合构件,由外部FRP管、内层钢管以及两者之间填充的混凝土三部分组成,三种材料的协同互补和共同工作使该组合构件具有许多优于现有组合构件的力学性能,该组合构件外管和内管同心放置可用于受压构件,偏心放置可用于受弯构件。主要综述国内外关于该组合构件的最新研究成果,主要包括轴压、偏压和受弯作用下的破坏模式、主要影响因素,以及构件承载力实用计算式等。     

圆钢管型钢再生混凝土组合柱轴压性能及承载力计算

为研究圆钢管型钢再生混凝土组合柱的轴压性能,对11个组合柱试件进行了轴心受压试验,主要考虑了再生粗骨料取代率、钢管径厚比、截面型钢配钢率和长细比等4个设计参数,观察了试件的受力全过程以及破坏形态,获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线;重点分析了设计参数对组合柱轴压性能的影响。研究结果表明:组合柱主要破坏特征为型钢屈服后钢管表面发生外鼓变形破坏,核心再生混凝土主要发生剪切破坏和压溃破坏;组合柱轴压承载力随再生粗骨料取代率的增加而降低,但试件仍表现出良好的变形能力;减小圆钢管径厚比和增大型钢配钢率均可提高试件的轴压承载力和变形能力;长细比的增大降低了组合柱的轴压承载力;此外,组合柱的横向变形系数约为1.2。在此基础上,基于极限分析法和试验数据,提出了适用于圆钢管型钢混凝土组合柱的轴压承载力计算式,计算值与试验值吻合良好。