单双钢管高强混凝土柱构件抗震性能对比分析

通过4根双钢管高强混凝土柱及2根单钢管高强混凝土柱在不同轴压比下的反复水平荷载作用的试验,研究双钢管混凝土柱和单钢管混凝土柱的抗震性能,并从多个方面对二者的性能加以对比分析。分析表明,双钢管高强混凝土柱较单钢管混凝土柱具有较好的抗震性能。     

高轴压比方钢管高强混凝土柱抗震性能仿真分析

钢管混凝土因其良好的抗震性能被应用在高层建筑中,但有时在建筑的底部会出现高轴压比的情况,因此对高轴压比方钢管高强混凝土柱抗震性能展开来研究。采用有限元软件ABAQUS对7组高轴压比的方钢管高强混凝土柱进行了模拟,其结果表明,轴压比的增加,钢管混凝土柱承载力提高,但抗震性能降低;含钢率的增加,钢管混凝土柱承载力和抗震性能均提高;长细比的增加,钢管混凝土柱承载力和抗震性能均降低。     

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。     

装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能试验研究

圆形或方形钢管混凝土柱与钢梁通过单边高强螺栓和适宜端板连接组成框架,通过钢筋桁架混凝土组合楼板形成了新型装配式组合框架。为了解装配式钢管混凝土组合框架在地震作用下的抗震性能和受力机理,进行了2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁通过单边高强度螺栓和平齐或外伸端板连接形成的组合框架的水平低周反复荷载试验,研究了柱截面形式和端板连接类型对组合框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了此类组合框架在水平低周反复荷载作用下的受力全过程和楼板裂缝发展规律,得到了此类结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、延性、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明,单边螺栓端板连接装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,延性系数μ为2.13~4.28,能量耗散系数E为0.652~0.90。在柱截面含钢率相同条件下,圆钢管混凝土组合框架的承载力小于方钢管混凝土组合框架,其延性、耗能性能优于方钢管混凝土组合框架。研究成果将为我国装配式钢管混凝土组合框架设计理论与应用提供科学依据。     

新型复式钢管混凝土梁柱节点抗震性能研究

对低周循环荷载作用下的复式钢管混凝土柱-钢梁节点的抗震性能进行了有限元模拟,并与试验作对比,结果表明模拟值与试验结果吻合较好。在此基础上,又分别模拟分析了低周循环荷载作用下的复式钢管混凝土柱-钢管混凝土梁节点、单层钢管混凝土柱-钢管混凝土梁节点的抗震性能,综合分析评定三种组合结构节点的耗能能力、延性、刚度退化及强度退化等抗震性能指标。分析结果表明,三种组合结构节点的破坏模式均是首先在梁根部产生塑性铰进入塑性状态。在柱子均采用复式钢管混凝土的情况下,将钢梁用钢管混凝土梁替换能够有效地提高节点的抗震性能;在除去复式钢管混凝土柱中内嵌圆钢管的情况下,将钢梁用钢管混凝土梁替换仍可在一定程度上提高节点的抗震性能。     

国际期刊导读

1抗震工程中的钢-混凝土组合结构体系分析 摘要：过去10年里,美国关于钢-混凝土组合结构体系抗震性能的研究显著增多。介绍了最近一系列组合横向抗力体系的研究成果,包括由钢梁和钢管混凝土柱或型钢混凝土柱组成的无支撑框架,带钢管混凝土柱的支撑框架及各种组合、混杂墙结构。     

钢骨-方钢管高强混凝土柱抗震性能试验研究

通过14根组合柱试件在高轴向压力和低周反复水平荷载作用下的试验,研究了钢骨-方钢管高强混凝土柱的抗震性能。试验结果表明,该组合柱滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;轴压比、混凝土强度、宽厚比、含骨率等参数对组合柱的极限承载力和刚度具有显著影响,但是延性和耗能主要受轴压比和含骨率影响,其中轴压比是最主要的因素;钢骨的加入使方钢管高强混凝土柱的位移延性系数有了显著提高,但是当内填混凝土强度很高时,为了满足抗震设计的要求,保证组合柱具有良好的延性,仍有必要对其轴压比的限值作出规定。研究成果可为钢骨-方钢管高强混凝土柱在高烈度地震区的应用提供参考。     

高强高性能混凝土在高层建筑结构应用技术研究

在提升结构安全性和功能性的前提下,为节约、高效利用材料,实现绿色、可持续发展,高强高性能混凝土的推广应用已成为我国高层建筑结构领域的发展方向之一。本文进行了28个高强钢筋高强高性能混凝土柱压弯、抗震性能试验以及60个高强高性能混凝土内置钢板-混凝土组合剪力墙的受剪、受弯抗震性能试验,结果表明:(1)同时提高混凝土、钢筋两种材料强度可明显提高混凝土柱的抗震性能。(2)高强高性能混凝土、中部钢板可显著改善组合剪力墙的受剪、受弯性能。研究成果为高强高性能混凝土在高层建筑结构中的推广应用奠定了基础。(3)对高强高性能混凝土高层建筑结构体系抗震设计理论及方法进行了展望。     

国内外科技动态

钢管高强混凝土应用技术钢管高强混凝土在广州好世界广场超高层建筑工程的应用这项成果通过了部级鉴定并处于国内领先地位。广州珠江实业总公司在该工程中率先采用钢管高强混凝土及高强混凝土作主体结构柱，并用穿心式承重销解决梁柱节点构造问题。实践证明，采用钢管高强混凝土是解决超高层建筑“胜柱”问题经济有效的途径，是高层建筑技术发展的新突破。与普通钢筋混凝土往相比，使用钢管高强混凝土具有四方面优点：其一，强度高，柔性增强，抗震性能好；其二，往截面减少，增加了建筑有效使用面积；其三，混凝土柱自重减轻，节省基础工程…     

高强钢管混凝土柱抗震试验分析

对高强钢管混凝土柱进行低周反复水平荷载作用的试验 ,得到了不同轴压比情况下的滞回曲线及骨架曲线 ,讨论了高强钢管混凝土柱压弯承载力计算公式的适用性。研究表明 ,高强钢管混凝土柱具有较高的承载力及良好的抗震性能。     

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     

约束钢管混凝土柱的开发研究(英文)

本文提出了一种更适合抗震设计的新型钢管混凝土体系———约束钢管混凝土柱体系。它建立在清楚的力学概念基础上,其设计着眼于在可能出现塑性铰的部位附加横向约束以控制钢管的局部屈曲和更有效地约束混凝土。这一新型钢管混凝土柱体系兼具了钢管混凝土及套管混凝土柱两者的优点,克服了传统钢管混凝土柱的抗震缺陷,为抗震地区的高层结构和桥梁设计提供了理想的选择。在本研究的第一阶段,作者们对FRP约束的圆钢管柱和钢板约束的方钢管柱进行了模拟地震力的加载试验。其结果验证了约束钢管混凝土柱的良好抗震性能。     

Seismic performance of CFST column to steel beam joint with RC slab: Experiments

The objective of this research is to investigate the seismic behaviour of the composite joint consisting of circular concrete filled steel tubular (CFST) column and steel beam with reinforced concrete (RC) slab. Six specimens, including four interior and two exterior joints, were tested under constant axially compressive load on the top of the columns and cyclic loads at the ends of the beams. The main experimental parameters were the type of the joint, the axial load level on the CFST column and the section configuration of the beam. Several indexes that could reflect the seismic behaviour of the composite joint, such as the ductility, the strength degradation, and the energy dissipation capacity were analyzed. It was found that the composite joints exhibited favorable seismic performance.     

钢管混凝土柱与钢梁组合节点的抗震试验

研究了由带钢筋混凝土板的钢管混凝土柱与钢梁组成的组合节点的抗震性能。进行了4个内部节点和2个外部节点的试验,柱顶承受恒定轴力,梁端承受循环荷载。主要参数有:节点形式,柱顶轴力大小及梁截面构造形式。对能反映组合节点韧性、强度退化、耗能能力等抗震性能的几个指标进行分析,结果证明组合节点的抗震性能非常好。     

传统风格建筑方形SRC-圆形RC变截面组合柱抗震性能试验研究

为研究传统风格建筑方形型钢混凝土(SRC)-圆形钢筋混凝土(RC)变截面组合柱的抗震性能,对2个足 尺传统风格建筑变截面组合柱进行了低周反复加载试验,得到了试件的破坏形态、滞回特性、刚度和强度退 化、延性及耗能性能。研究表明：传统风格建筑方形SRC-圆形RC变截面组合柱的破坏主要是由变截面处上柱 型钢和钢筋屈服及混凝土压碎剥落造成的;试件滞回曲线饱满,刚度和强度退化小;破坏时,试件的位移延 性系数介于3.18～3.76之间,等效黏滞阻尼系数介于0.289～0.338之间,具有良好的变形和耗能性能。在试 验基础上,利用ABAQUS建立试件三维模型,进行了混凝土强度、轴压比、型钢屈服强度、上下柱线刚度等参 数对其抗震性能影响的参数分析。试验及分析结果表明：随混凝土强度、型钢屈服强度增大,试件的水平承 载力增大,但其延性降低;增大轴压比,试件的水平承载力降低,延性系数减小;而随上、下柱线刚度比增 大,试件的水平承载力和延性增大。     

不同方式连接下钢柱-一体式预制混凝土墙组合构件抗震性能试验研究

钢框架与内部混凝土墙形成的组合构件具有优越的抗震性能。为进一步分析钢柱-一体式预制混凝土墙不同方式连接（梁柱刚接与柱边焊接、梁柱刚接与柱边不焊、梁柱铰接与柱边焊接、梁柱铰接与柱边不焊）时的抗震性能,分别对4个不同连接形式的钢柱-一体式预制混凝土墙的1/2缩尺模型进行了低周往复加载试验。得到了该类构件的滞回曲线及骨架曲线,并通过分析各构件的试验现象、承载力、刚度、耗能能力、延性及应变和变形,得出了不同连接形式对该类构件抗震性能及受力机理的影响。试验结果表明：钢柱 一体式预制混凝土墙体呈现三道防线特征,其中混凝土墙板为第一道防线,内斜撑为第二道防线,边框为第三道防线。柱边焊接对构件的承载力、刚度及边框与内墙组合作用的影响最为明显;内支撑对构件的刚度贡献最为显著且对边框与内部墙板组合作用的发挥具有关键作用。节点铰接且柱边不焊的构件位移延性系数可达2.83,可按1/20作为其弹塑性最大层间位移角限值,其他连接方式的构件位移延性系数在1.22～1.53之间,建议按1/100作为其弹塑性层间位移角限值。按位移控制进行设计的结构推荐采用节点铰接且柱边不焊的构件,而按承载力控制进行设计的结构推荐采用节点刚接且柱边焊接的构件。     

方套方中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓连接节点#br# 拟动力试验分析

为揭示中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓连接在地震作用下的动力特性和破坏模式,文章选取典型的中柱节点作为试验模型,进行方套方中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓端板连接节点拟动力试验。研究柱截面空心率、端板形式以及采用可拆卸组合楼板对节点动力性能的影响。获得节点在各工况下的动力特性和破坏模式,分析构件最大位移时程曲线、最大加速度时程曲线、柱顶水平荷载-水平位移滞回曲线,获得阻尼比、刚度退化和累积滞回耗能等抗震性能指标的变化规律。试验结果表明,方套方中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓端板连接节点具有优越的抗震性能和良好的延性,可以在高烈度地区的多高层装配式钢结构建筑中应用和推广。     

部分预制装配型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为充分发挥型钢混凝土结构受力性能及预制装配结构施工性能方面的优势，提出了部分预制装配型钢混凝土实心柱(PPSRC柱)和空心柱(HPSRC柱)，结合2个系列10个柱试件的拟静力试验，对两种柱的抗震性能进行了研究。通过对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化的研究，并结合各试件的实测应变结果，对柱截面形式、轴压力、配箍率和现浇混凝土强度对PPSRC柱和HPSRC柱抗震性能的影响进行了分析。研究结果表明：PPSRC柱试件的最终破坏形态分为弯曲破坏与弯剪破坏，HPSRC柱试件均发生弯剪破坏，所提出的高强高性能预制混凝土外壳能够很好地与型钢及现浇混凝土协同工作，主要受力方向型钢与外部混凝土之间未发现明显的黏结裂缝；由于内部混凝土的存在，PPSRC柱相比于HPSRC柱拥有更好的耗能及变形能力；轴压力较低、配箍率较大的试件表现出更好的耗能能力及变形能力。通过对两种柱试件的受弯承载力分析可知，中低轴压比的PPSRC柱与HPSRC柱拥有相近的受弯承载力，在同一结构中HPSRC柱可与PPSRC柱沿竖向混合使用，以有效避免柱变截面处的刚度及承载力突变带来的影响。     

大连市体育馆钢管约束钢筋混凝土短柱设计

钢管约束钢筋混凝土柱就是在普通钢筋混凝土柱外设置薄壁钢管,钢管在梁柱节点区断开,不直接承担纵向荷载,只对核心混凝土起约束作用。由于钢管不通过梁柱节点区,因此钢管约束钢筋混凝土柱与钢筋混凝土梁连接方便;且钢管约束钢筋混凝土柱承载力高,抗震性能优越,是一种具有广泛应用前途的新型组合结构形式。钢管约束钢筋混凝土柱在大连市体育馆工程中的应用,解决了钢筋混凝土超短柱抗震性能差的问题;且钢管约束钢筋混凝土柱的用钢量低,施工方便,经济效益和综合效益显著。     

楼板对钢筋混凝土柱-钢梁空间组合体抗震性能影响研究

楼板在地震作用下对钢筋混凝土柱-钢梁组合体抗震性能的影响是建立地震作用下节点计算模型的基础,也是准确评价组合结构体系抗震性能的关键问题之一。为此,完成了3个钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)空间组合体试件在考虑不同楼板宽度情况下的抗震性能试验,分析整个受力过程中楼板受力性态对组合构件受力特征、破坏模式等抗震性能的影响。各试验模型在加载过程中均产生梁铰破坏,并表现出较好的延性和耗能能力,最终因节点区钢梁屈曲、扁钢箍开裂和柱端混凝土压碎而丧失承载力。分析表明,楼板裂缝以横向裂缝为主,随着楼板宽度增加,次生斜裂缝增多,板底混凝土压碎区域增大;混凝土楼板与钢梁组合体对节点核心区的约束作用较明显地改善了空间组合体受力性能。对楼板混凝土和板内纵筋在受力过程中的应变进行分析,结果表明,随着楼板宽度的增加,楼板对RCS空间组合体刚度、承载力的贡献值有限。对现浇板受拉有效翼缘宽度进行分析,结果表明考虑钢-混凝土组合梁翼缘有效宽度对梁端受弯承载力、惯性矩影响较大。