施工初应力与长期荷载作用下内配型钢的方钢管混凝土轴压柱受力性能研究

为研究内配型钢的方形钢管混凝土构件在施工初应力和长期荷载作用下的力学性能,基于合理的材料本构,采用有限元软件ABAQUS建立了考虑这两种荷载作用的有限元模型,通过相关试验验证了模型的有效性。在此基础上,对典型内配型钢的方形钢管混凝土柱分析了该类构件各部件间受力机理和破坏形态,并分别与其一次加载时以及方钢管混凝土考虑初应力和长期荷载作用时的承载力变化进行了对比。结果表明:考虑施工初应力和长期荷载后,构件在施工初应力和长期加载阶段产生了初变形;在长期持荷阶段,主要由钢管和型钢受力,构件整体徐变率较小;而再加载阶段,主要由混凝土受力。与一次加载相比,初应力和长期荷载作用下构件承载力增大不显著,但与未配型钢的钢管混凝土相比,承载力增大明显;型钢的存在有效约束了混凝土横向的膨胀变形。     

钢管初应力对钢管混凝土构件轴压刚度和抗弯刚度的影响

钢管混凝土轴压刚度和抗弯刚度是对钢管混凝土结构进行抗震分析的重要指标。利用数值方法计算了考虑钢管初应力影响时的钢管混凝土轴压构件和纯弯构件荷载 -变形关系曲线 ,分析了初应力系数、截面含钢率、钢材和混凝土的强度等因素的影响规律。最后推导了考虑钢管初应力影响时钢管混凝土构件弹性抗弯刚度简化计算公式     

带约束拉杆方形钢管混凝土短柱压弯承载特性

通过对2个不带约束拉杆和8个带约束拉杆方形钢管混凝土短柱试件的拟静力试验,研究带约束拉杆方形钢管混凝土短柱压弯承载力。采用带约束拉杆方形钢管混凝土短柱核心混凝土的本构关系,利用有限条带法对反复荷载作用下试件的骨架曲线进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。并利用该方法分析钢管屈服强度、截面含钢率、混凝土强度及拉杆约束系数等参数对N/Nu-M/Mu曲线的影响规律,在此基础上提出带约束拉杆方形钢管混凝土短柱压弯承载力的简化计算式。运用简化算式及国内外技术标准分析构件的压弯承载力,简化式与试验结果吻合较好,而CECS 159∶2004《矩形钢管混凝土技术规程》没有考虑约束拉杆的作用,对构件的压弯承载力评估不足。     

截面形状对早龄期钢管混凝土柱多级加载变形及承载力影响的试验研究

连续施工过程中钢管混凝土柱受多级荷载作用,而对其进行力学性能研究时,大多将所受荷载简化为钢管的初应力问题,忽略了荷载的多级加载过程与早龄期混凝土收缩徐变的共同影响。为研究多级荷载下早龄期钢管混凝土柱的受力性能,分别对早龄期方形和圆形截面钢管混凝土短柱进行多级加载变形试验和多级加载后试件的轴压承载力试验,分析了不同加载制度对方形和圆形截面试件的变形,以及多级加载后轴压承载力的影响规律。试验结果表明:多级荷载下方形和圆形截面钢管混凝土的早龄期徐变变形均非常明显;同时不同加载制度对试件的变形也有较大影响;在相同加载条件下,圆钢管混凝土柱的变形值要小于方钢管混凝土柱的变形值;多级加载过程对圆形及方形截面钢管混凝土成熟期短柱试件的轴压承载力影响有限,可以忽略。研究可为钢管混凝土柱的连续性施工变形控制和力学性能评估提供参考。     

方形截面钢管混凝土双向压弯构件承载力理论分析和简化计算

在合理确定钢和混凝土应力－应变关系模型基础上,采用数值方法对方形截面钢管混凝土（以下简称方钢管混凝土）双向弯曲和双向压弯构件的荷载－变形全过程关系进行了分析,理论计算结果与试验结果吻合良好,并基于大量参数分析结果,提出该类构件承载力简化计算公式,可供工程设计参考．     

矩形钢管混凝土双向压弯构件的理论与试验研究

对9根方形、矩形钢管混凝土在轴压、单向压弯及双向压弯受力状态下的力学性能进行了研究。构件的主要变化参数为加载角度和截面长宽比。试验结果表明:在受力过程中构件存在扭转,构件绕弱轴的跨中挠度和绕强轴的跨中挠度比值随着荷载的增加而增大,说明在受力过程中构件绕弱轴的刚度不断降低。编制了数值分析程序,采用纤维模型法分析矩形钢管混凝土在双向压弯受力状态下的力学性能,分析过程中考虑了截面变形轴扭转对构件力学性能的影响,理论分析结果和试验结果吻合良好。利用所编制的数值分析程序,分析了在不同加载角度和截面长宽比下变形轴扭转对构件力学性能的影响。分析结果表明:加载角度为45°时,扭转对构件承载力的降低幅度最大,达到20%以上;随着截面长宽比的增加,截面变形轴扭转会明显降低构件的承载力,截面长宽比越大,承载力的降低幅度也越大。     

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。     

圆中空夹层钢管混凝土压弯构件滞回性能的有限元分析

利用有限元方法,对往复荷载下圆中空夹层钢管混凝土压弯构件的荷载-位移全过程进行计算。有限元模型中合理地考虑往复荷载作用下混凝土的损伤以及刚度和强度退化,同时考虑了钢材的包兴格效应,计算结果与试验结果符合较好。在此基础上,结合钢管和混凝土的纵向应力分布云图对构件的荷载-位移全过程进行分析。     

不同截面形式钢管混凝土压弯柱受力性能试验研究

以轴压比为变化参数,进行了4根圆形和4根哑铃形钢管混凝土柱的压弯试验,对两种截面钢管混凝土柱在压弯荷载作用下的变形模式、荷载-变形曲线和压弯相关曲线进行了对比分析。结果表明:两种截面钢管混凝土构件随着轴压比的增大,构件的延性呈降低的趋势,由于哑铃形截面面内刚度较大,相同轴压比下哑铃形钢管混凝土抵抗弯矩和变形的能力要强于圆形钢管混凝土。通过对圆钢管混凝土和哑铃形钢管混凝土压弯曲线的分析,发现直接采用圆钢管混凝土的压弯相关曲线方程计算哑铃形钢管混凝土,结果偏于保守,还需进一步的有限元分析才能提出适用于哑铃形钢管混凝土的压弯相关曲线。     

方形、矩形钢管高强混凝土单向压弯构件承载力参数分析

以实际工程中常见的弯矩和轴力呈正比例增长的加载方式为基础,采用方形、矩形钢管高强混凝土组合作用下的钢管和核心混凝土的纵向应力-应变关系,编制了非线性数值计算程序,对方形、矩形钢管高强混凝土单向压弯构件的受力变形全过程曲线和影响稳定承载力相关曲线的各参数进行较为详细的分析和研究,为研究方形、矩形钢管高强混凝土中长柱在双向压弯受力状态下的力学性能垫定基础。     

钢管混凝土柱-钢梁外环板节点抗弯承载力计算方法

基于ABAQUS软件建立了钢管混凝土柱-钢梁环板节点的三维有限元数值模型,通过已有试验结果与数值计算结果的对比校验了有限元模型的适用性.基于数值分析结果,分析了此类节点的受力特性,并利用有限元模型进行了参数分析,探讨了环板宽度、柱截面含钢率、钢梁极限弯矩、钢管强度、钢梁材料强度、混凝土强度、柱轴压比、梁柱线刚度比等参数...     

长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土柱的受力性能研究

为研究长期荷载作用对带脱空缺陷钢管混凝土柱受力性能的影响,以脱空类型、脱空率和长期荷载比为主要参数,对长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土短柱的变形特性和承载力进行了试验研究。试验结果表明：在长期荷载作用下,与普通无脱空缺陷钢管混凝土柱类似,脱空缺陷钢管混凝土柱徐变系数终值的上限值为0.9;长期荷载比大的脱空缺陷钢管混凝土柱较长期荷载比小的脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力略大。采用有限元分析软件ABAQUS,对考虑长期荷载作用影响时脱空构件的受力性能进行分析,有限元计算结果和试验结果吻合良好。利用验证过的有限元模型,系统地分析了长细比、含钢率、钢管屈服强度、混凝土强度、长期荷载比、脱空率和荷载偏心率等参数对长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力影响规律。结果表明,混凝土脱空缺陷对考虑长期荷载作用的承载力影响系数的不利影响小于1.5%;现有的考虑长期荷载影响的普通钢管混凝土柱的设计方法可用于预测带脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力。     

钢管混凝土柱耐火极限和防火设计实用方法研究

在对钢管混凝土柱耐火极限试验研究和理论分析结果的基础上 ,分析了组成钢管 (高强 )混凝土的材料强度、截面含钢率、截面直径、构件长细比和荷载偏心率等参数对ISO 83 4标准火灾作用下 ,柱构件承载力的影响 ,提出了承载力和防火保护层厚度实用计算方法。最后 ,简要介绍了深圳赛格广场大厦和杭州瑞丰、商业大厦钢管混凝土柱防火保护设计方法 ,可供有关工程参考     

新型钢管混凝土柱环板节点的非线性有限元分析研究

钢管混凝土柱与梁的节点构造和受力分析是钢管混凝土柱结构推广应用的关键技术所在。提出一种新型钢管混凝土柱环板节点,并利用有限元分析软件ANSYS,对该新型钢管混凝土柱环板节点进行空间非线性有限元分析,分析垂直对称荷载作用下该新型构造节点内的应力分布情况和内力传递机理,并与穿心节点和不穿心的环梁节点进行比较分析。分析结果表明,该新型钢管混凝土柱环板节点能有效地传递梁端内力,且构造简单,施工方便,可为钢管混凝土柱节点的设计提供参考和选择。     

芯钢管连接的钢管混凝土半连通角节点试验研究

提出一种芯钢管连接的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的新型节点形式。在钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱连接区,局部间断钢管混凝土柱的外钢管,设置芯钢管连接上下钢管混凝土柱,使钢筋混凝土梁中的钢筋直接伸入节点,节点混凝土与梁中混凝土成为整体,简化了节点构造,保证了节点刚度。通过半连通角节点模型试验,研究了节点试件的破坏过程、破坏形态、节点区各组成部分的荷载-应变关系。研究表明,芯钢管混凝土对节点强度、刚度有重要作用。试件破坏是由梁和柱的破坏引起,直至试件达到极限状态,节点尚未破坏,证实了这种节点的可行性,且满足"强柱、弱梁、节点更强"的抗震设计原则。     

圆钢管混凝土柱-钢筋桁架组合梁节点抗连续倒塌机制及参数分析

为研究钢筋桁架组合梁对钢管混凝土结构抗连续倒塌性能的影响,采用ABAQUS建立圆钢管混凝土柱-钢筋桁架组合梁节点数值模型,分析中柱失效工况下该类节点的破坏机理和抗力计算曲线,以及钢筋桁架高度、混凝土强度、钢筋强度等主要参数对组合节点抗连续倒塌能力的影响。结果表明:相比钢管混凝土柱-RC组合梁节点,钢筋桁架组合梁节点的梁机制和悬链线机制峰值承载力分别提高了12.5%和10%; 因钢筋桁架在下弦钢筋屈服后上弦钢筋仍可以提供拉力,使得钢梁下翼缘断裂后承载力可以继续提高,表现出良好的抗连续倒塌能力; 钢筋桁架高度和钢筋桁架钢筋强度主要对节点梁机制峰值承载力与极限承载力提升较显著,对悬链线机制峰值承载力影响较小,楼板混凝土强度对节点各阶段的承载力影响较小,并且会降低节点延性; 综合对比分析不同参数下节点的抗力指标和位移延性指标发现,增加钢筋桁架高度和钢筋强度对节点的抗连续倒塌极限承载力具有有利影响,在工程设计和应用中应予以考虑。     

高轴压比下复式钢管混凝土柱 钢梁连接节点抗震性能试验

为了研究高轴压比下复式钢管混凝土柱 钢梁连接节点的抗震性能,按照现行规范设计了3个强柱弱梁型复式钢管混凝土外环板节点试件,进行了低周往复加载试验,研究其在高轴压比下的破坏形态、承载能力、变形能力以及耗能能力等。结果表明:增加水平环板的宽度可以有效提高节点的延性;锚固腹板加肋可以增加梁柱连接节点的初始刚度,增强节点的整体性,从而提高节点的承载能力和耗能能力;节点试件的破坏表现为钢梁翼缘首先发生屈服,随着水平荷载加大,试件同时出现梁端塑性铰和柱端塑性铰的破坏形态,锚固腹板加肋和水平环板加宽的试件在加载后期出现明显的柱端压弯破坏,各节点核心区应力较小,基本处于弹性阶段,因此高轴压比下复式钢管混凝土柱 钢梁连接节点可实现强节点要求,但不能满足“强柱弱梁”的抗震设防要求。     

High strength thin-walled rectangular concrete-filled steel tubular slender beam-columns,Part II: Behavior

Experimental and numerical research on full-scale high strength thin-walled rectangular steel slender tubes filled with high strength concrete has not been reported in the literature. In a companion paper, a new numerical model was presented that simulates the nonlinear inelastic behavior of uniaxially loaded high strength thin-walled rectangular concrete-filled steel tubular (CFST) slender beam-columns with local buckling effects. The progressive local and post-local buckling of thin steel tube walls under stress gradients was incorporated in the numerical model. This paper presents the verification of the numerical model developed and its applications to the investigation into the fundamental behavior of high strength thin-walled CFST slender beam-columns. Experimental ultimate strengths and load-deflection responses of CFST slender beam-columns tested by independent researchers are used to verify the accuracy of the numerical model. The verified numerical model is then utilized to investigate the effects of local buckling, column slenderness ratio, depth-to-thickness ratio, loading eccentricity ratio, concrete compressive strengths and steel yield strengths on the behavior of high strength thin-walled CFST slender beam-columns. It is demonstrated that the numerical model is accurate and efficient for determining the behavior of high strength thin-walled CFST slender beam-columns with local buckling effects. Numerical results presented in this study are useful for the development of composite design codes for high strength thin-walled rectangular CFST slender beam-columns.     

High strength circular concrete-filled steel tubular slender beam-columns, Part II: Fundamental behavior

There is relatively little experimental and numerical research on the fundamental behavior of high strength circular concrete-filled steel tubular (CFST) slender beam-columns. In a companion paper, a new numerical model for predicting the nonlinear inelastic behavior of high strength circular CFST slender beam-columns under axial load and bending was presented. The numerical model developed accounts for confinement effects on the strength and ductility of the concrete core and on circular steel tubes as well as initial geometric imperfections of beam-columns. This paper presents the verification of the numerical model and extensive parametric studies on the fundamental behavior of high strength circular CFST slender beam-columns. The ultimate strengths and axial load-deflection responses of circular CFST slender beam-columns under eccentric loading predicted by the numerical model are verified by corresponding experimental results. The computer program implementing the numerical model is used to investigate the fundamental behavior of high strength circular CFST slender beam-columns in terms of load-deflection responses, ultimate strengths, axial load-moment interaction diagrams, and strength increase due to concrete confinement. Parameters examined include column slenderness ratio, eccentricity ratio, concrete compressive strengths, steel yield strengths, steel ratio and concrete confinement. It is demonstrated that the numerical model developed is an efficient computer simulation and design tool for high strength circular CFST slender beam-columns. Benchmark numerical results presented in this paper are valuable in the development of composite design codes for high strength circular CFST slender beam-columns.     

穿心暗牛腿钢管混凝土柱单梁节点空间非线性有限元分析

钢管混凝土柱与梁的节点构造和受力分析是钢管混凝土柱研究与应用的关键技术。利用“Ansys”有限元分析软件 ,对穿心暗牛腿钢管混凝土柱与现浇钢筋混凝土梁的单梁节点进行了空间非线性有限元分析 ,研究了垂直对称荷载作用下该节点内的应力分布情况和内力传递机理 ,并与试验结果进行了比较 ,结果表明 ,建立的有限元模型较为准确地揭示了结构的实际受力特点。根据分析结果 ,给出了节点构造的改进意见