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。     

预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱抗震性能试验研究

预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱是充分利用钢管混凝土叠合柱和预应力钢带约束柱的优点所开发出来的具有良好抗震性能的新型组合柱,为探究钢管约束内部混凝土和预应力钢带约束外部混凝土对柱抗震性能的改善规律,开展4个预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱试件和2个未采用预应力钢带约束的普通钢管混凝土叠合柱试件的拟静力试验,研究预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱在低周反复荷载作用下的破坏机理、破坏形态、滞回性能、位移延性、骨架曲线、耗能性能、刚度退化以及钢带应变变化等受力性能,分析了钢带间距、箍筋布置对预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱抗震性能的影响规律。研究结果表明:预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱具有良好的延性、变形能力和耗能性能,相对普通钢筋混凝土柱和普通钢管混凝土叠合柱具有更加良好的抗震性能。     

装配式圆钢管混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究装配式圆钢管混凝土组合剪力墙的抗震性能,设计了3个足尺剪力墙试件,包括现浇圆钢筋混凝土剪力墙、现浇钢管混凝土组合剪力墙和装配式圆钢管混凝土组合剪力墙,通过低周往复加载试验,分析了剪力墙的破坏形态、滞回性能、耗能能力、延性和刚度退化。结果表明：钢管套筒灌浆连接方式可有效传递装配式钢管混凝土组合剪力墙两侧钢管混凝土暗柱竖向荷载,连接安全可靠;装配式钢管混凝土组合剪力墙和现浇钢管混凝土组合剪力墙弹塑性层间位移角均可达到2.5%,相比于普通钢筋混凝土剪力墙提高了25%;设置钢管混凝土暗柱剪力墙残余承载力约为现浇钢筋混凝土剪力墙的2倍;相比于普通钢筋混凝土剪力墙,现浇钢管混凝土剪力墙和装配式钢管混凝土剪力墙的变形能力分别提高了28.4%和25.3%;耗能能力分别提高了25.5%和43.6%。装配式钢管混凝土组合剪力墙结构两侧钢管混凝土暗柱的连接可采用弹簧单元进行模拟,弹簧竖向刚度建议取值为1 350 kN/mm。     

屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架抗震试验性能研究

屈曲约束支撑可以有效地提高装配式钢管混凝土组合框架的抗侧移刚度和耗能减震作用。为研究地震作用下屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能和破坏机理,进行两层单跨屈曲约束支撑单边螺栓端板连接钢管混凝土组合框架的水平低周反复荷载试验。考察柱截面类型和端板形式对结构整体抗震性能的影响。记录和研究了此类混合结构的破坏形式和水平荷载-水平位移滞回曲线,分析和评价其骨架曲线、强度和刚度退化规律、延性和耗能等。试验研究表明,在柱截面含钢率相同条件下,抗侧移体系采用屈曲约束支撑,梁柱连接采用单边螺栓端板连接方式,屈曲约束支撑方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始抗侧刚度大于屈曲约束支撑圆钢管混凝土组合框架,但是其延性和耗能能力反之。试验和分析结果表明：屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的抗震性能,较大的可变形能力和耗能能力,可以在多高层建筑结构中应用和推广。     

L形双连接板实体式方钢管混凝土组合柱抗震性能研究

提出了一种采用双连接板的L形实体式方钢管混凝土组合柱，为了研究其抗震性能，设计了3个采用不同的钢管连接件的尺寸(宽度分别为100mm或200mm)、不同轴压比(0.4和0.6)的试件。对各试件施以不同的竖向恒载，进行了拟静力试验，讨论了试验参数对试件抗震性能的影响。结果表明：连接板宽度与水平峰值荷载和刚度呈正相关，增加连接板宽度对两者的提升很大，与延性和耗能能力呈负相关，增大连接板宽度两者有所下降，而且更宽的连接板会加剧强度退化和刚度退化；竖向恒载与水平峰值荷载和耗能能力呈负相关，加大轴压比导致两者均变小，且加剧了刚度衰减，但是能在一定程度上改善延性，强度退化也更均匀。通过有限元模拟研究了钢管壁厚度、钢管管径和钢材强度等级对组合柱受力性能的影响。结果表明：增大钢管壁厚度、钢管管径都可以显著加强L形双连接板实体式方钢管混凝土组合柱的水平峰值荷载和刚度，但变形能力即延性也明显下降；提高钢材强度等级则能使水平峰值荷载和延性都得到改善。     

国际期刊导读

优化偏心支撑框架的连接件以获得最大耗能能力;循环非弹性应变下低碳钢对接焊缝的性能;侧向循环荷载下钢管混凝土柱的性能;矩形管状构件端板与底板螺栓连接节点的性能;异形钢管混凝土组合柱的抗震性能.     

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。     

内置型钢圆形截面不锈钢管混凝土短柱轴压性能研究

为研究内置型钢圆形截面不锈钢管混凝土短柱的轴压性能，进行了10根内置型钢的圆形截面不锈钢管混凝土短柱和2根圆形不锈钢管混凝土短柱的轴压试验，并建立其有限元模型，开展了受力机理分析和参数分析。试验和受力机理分析结果表明：设置型钢后圆形截面不锈钢管混凝土短柱的承载力和延性系数分别平均提高了24%和80.3%;峰值荷载作用时，型钢的最大约束应力超过不锈钢管。参数分析结果表明：该类组合柱的承载力随材料强度、钢管含钢率和型钢含钢率的增大而增大，最大提高幅度为36.1%～81.94%;峰值应变随钢材强度或钢管含钢率的增大而增大，最大提高幅度为28.33%～136.09%;轴压刚度随混凝土强度、钢管含钢率和型钢含钢率的增大而增大，最大提高幅度为27.89%～49.1%。提出该类组合柱的轴压承载力、峰值应变和组合刚度的简化模型，简化模型计算值与有限元计算结果及实测结果吻合较好。     

带水平连接节点的装配式钢-混凝土组合管剪力墙抗震性能研究

为研究带水平连接节点的装配式钢-混凝土组合管(SRCT)剪力墙抗震性能,对2个足尺SRCT剪力墙试件和1个足尺现浇钢筋混凝土(RC)剪力墙试件进行了低周往复荷载下的模型试验。结果表明:无论是在剪力墙中部还是底部设置连接的装配式SRCT剪力墙均具有较高的承载力、刚度、延性和耗能能力,水平连接节点安全可靠;带中部水平连接节点的试件承载力、刚度、耗能能力等性能与SRCT剪力墙试件基本一致,中部水平接缝对试件整体抗震性能影响较小;配置拉结筋的方钢管可以有效抑制钢管内混凝土的开裂和裂缝发展,使得墙肢根部的破坏程度远小于RC剪力墙,同时钢管内外混凝土可有效约束薄壁钢管的屈曲;SRCT剪力墙存在两种破坏形态,一种破坏形态能充分发挥钢材和混凝土的材料性能,是理想的破坏形态,另一种破坏形态具有脆性特征,应加以规避。     

拉筋接触方式对高轴压比钢管混凝土柱抗震性能影响试验研究

高轴压比下的钢管混凝土柱抗震性能较差,端部拉筋能够有效提高钢管混凝土柱的抗震能力,但拉筋与钢管壁焊接施工困难,不利于工程应用。为了研究拉筋笼与钢管壁间接触方式对钢管混凝土柱整体抗震性能的影响,通过对2个圆形和4个方形截面高轴压比端部带拉筋的钢管混凝土柱进行水平低周往复荷载作用下的试验研究,分析不同接触方式对其破坏形态、滞回耗能能力、骨架曲线、弹性刚度、承载力、延性系数、刚度退化和残余变形率的影响规律。结果表明：拉筋笼与钢管内壁焊接能够加强拉筋和钢管对混凝土的约束作用,从而增加构件的整体刚度。同时,塑性铰处钢管鼓曲幅值与局部屈曲长度明显降低,因此获得了更高的弹性刚度、承载力和滞回耗能能力;外径尺寸和其他设计参数相同时,常用拉筋笼约束方式下方钢管混凝土柱比圆钢管混凝土柱具有更大的抗弯刚度、承载力和塑性耗能能力,且破坏时始终表现为塑性压铰,而带拉筋圆钢管混凝土柱在破坏后往往由塑性压铰转变为拉铰。     

Foundation connections for circular concrete-filled tubes

Concrete filled steel tubes (CFTs) promote economical and rapid construction. They offer increased strength and stiffness relative to structural steel and reinforced concrete. The steel tube serves as formwork and reinforcement to the concrete fill, thereby reducing the labor requirements. CFT components encourage the optimal behavior of each material (concrete and steel) while providing a symbiotic relationship between the two to mitigate undesirable failure modes. The fill increases the compressive strength and stiffness, delays and restrains local buckling of the tube, and enhances ductility and resistance if composite action is achieved.Both rectangular and circular CFT have been employed, but circular CFT provide better performance, because they provide increased confinement of the concrete and composite action. A missing component for circular CFT construction is reliable and ductile connections. The research described herein that investigated and develops design procedures for simple and economical connections of circular CFT piers or columns to reinforced concrete foundations, pile caps and wide cap beams (bridge construction) is presented and evaluated. The connection requires no dowels or internal reinforcement connecting the tube to the footing or cap beam. Experiments and analytical studies evaluate the inelastic seismic performance and establish design criteria for the connection. The seismic performance of a CFT column and connection assembly is compared to a conventional reinforced concrete column. The research shows that the proposed connection develops the full capacity of the composite column. The assembly provides excellent ductility and inelastic deformation capacity under seismic loading while mitigating damage even at larger drift demands.     

装配式钢管混凝土柱-盖梁节点抗震性能试验研究

装配式钢管混凝土柱-盖梁节点施工简单、工期短,逐渐在桥梁建设中广泛运用。提出一种带抗剪环的新型钢管混凝土柱-盖梁节点,介绍装配式节点在桥梁施工中的施工工序。设计7个钢管直径超过508mm 的大规模节点试件,通过低周反复荷载试验对6个抗剪环节点和1个钢筋笼节点进行了地震响应分析。对比分析节点的破坏形态、有效刚度、延性、滞回性能和极限承载能力等力学特性,得到如下结论：钢管混凝土柱出现初始撕裂时的位移随着构件的有效刚度增大而增大,盖梁的开裂情况则随着钢管混凝土柱埋深的增加而减少。埋深相近的情况下,抗剪环节点的极限荷载承载力大于钢筋笼节点;抗剪环节点的整体延性随着径厚比D/t的增大而减小。     

基于位移的圆钢管混凝土柱抗震设计方法研究

对基于位移的圆钢管混凝土柱抗震设计方法进行研究:首先对基于性能抗震设计方法的基本概念和原理进行介绍;并给出钢管混凝土柱基于位移抗震设计的一般过程;以解决等效刚度、等效阻尼等设计中的关键问题;最后对圆钢管混凝土柱性能设计进行具体分析,并研究相关参数的影响。结果表明:在通常范围内,第二阶段刚度系数对滞回阻尼的影响不大;随着轴压比的增加,钢管壁厚度增加,柱延性系数增加;随着截面尺寸增加,钢管壁厚度减小,屈服弯矩也减小。     

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。     

Analysis on axial compressive performance of embedded circular steel tube totally-recycle concrete composite columns

为研究全再生混凝土柱内配钢管后的轴压力学性能,设计5个内置钢管全再生混凝土组合柱试件和3个对比试件进行试验,分析体积配箍率和钢管面积比对试件承载力、延性和损伤性能的影响规律以及内配钢管后的组合效应。研究表明：钢管混凝土柱达到峰值荷载时刻滞后于中空钢筋混凝土柱,即在管外混凝土达到极限状态后,核心钢管混凝土逐渐发挥作用;随着体积配箍率的增加,组合柱的承载力和延性整体呈增长趋势,累积损伤增长变慢;提高钢管面积比,组合柱承载力降低,延性增强,提前进入损伤状态,但后期损伤发展缓慢;CECS 188:2005的计算结果与试验结果吻合良好,该规程可用于内置钢管全再生混凝土组合柱轴压承载力设计。     

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。     

钢管混凝土柱螺栓连接钢梁节点的抗震性能分析

为了改进施工过程,同时确保房屋的抗震性能,提出了一种新型的连接类型,用于钢管混凝土柱和钢梁的连接处设计。该连接具有外伸端板的特性,出厂前与钢梁焊接在一起,然后在现场用高强钢将其与钢管混凝土柱螺栓连接。对这种螺栓连接端板节点的抗震性能进行试验研究,并通过对3个足尺节点模型进行试验,评估了混凝土楼板和削弱型梁截面对其的影响。试验结果表明:楼板对节点强度的作用显著,削弱型梁截面能有效地将屈曲区域转移到远离焊接点的位置。同时,螺栓连接端板节点的分析模型也采用OPENSEES1.7.3模拟了试验结果。     

Flexural strength analysis of non-post-tensioned and post-tensioned concrete-filled circular steel tubes

Concrete-filled circular steel tubes (CFT) have recently gained significant attention for their enhanced strength and ductility over the conventional steel and reinforced concrete construction. The concrete compressive strength is significantly increased by the lateral confinement provided by the steel tube and local buckling of the steel tube is restrained by the concrete infill. This paper investigates the further enhancement of these composite actions due to post-tensioning the concrete cores inside circular steel tubes. The flexural behavior of a post-tensioned CFT as well as a non-post-tensioned CFT was studied experimentally and analytically. A numerical algorithm for predicting the moment capacities of circular CFT, with or without the post-tensioning effects, has been validated against the test results by the authors as well as those published in the literature.     

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。     

矩形钢管混凝土柱-混凝土梁搭接式节点抗震性能研究

在现有钢管混凝土柱与混凝土梁连接形式基础上,提出一种新型搭接式钢管混凝土柱-混凝土梁节点,通过低周反复荷载试验和数值模拟分析,研究了节点的破坏形态、承载能力、刚度退化、延性及耗能能力等,分析了梁端纵筋和搭接牛腿翼缘的应变发展规律。结果表明:钢管混凝土柱-混凝土梁搭接式节点表现出典型的混凝土梁端塑性铰破坏模式,符合“强节点、弱构件”的抗震设防理念; 节点的滞回曲线饱满,捏缩现象较轻,刚度退化明显,强度退化较小,具有较好的延性及耗能能力; 梁纵筋及牛腿各测点中搭接牛腿端部截面应变最大,通过搭接连接方式可实现梁端弯矩和剪力的有效传递,但搭接牛腿长度不足会使节点发生锚固破坏; 在节点设计时,应保证足够的搭接长度,以实现钢筋混凝土梁纵筋在弯剪复合受力状态下锚固性能的可靠性,充分发挥节点的抗震耗能能力; 有限元计算结果与试验结果吻合良好,该模型能够准确反映节点在实际受力情况下的力学特性,所得结论可为此类新型搭接式节点工程应用提供技术支撑。