集中荷载作用下矩形钢管高强混凝土上翼缘工字形梁屈曲分析

为获得矩形钢管高强混凝土上翼缘工字形梁的屈曲荷载和屈曲模式,文中共设计14根简支梁,考察主要参数为混凝土强度等级、钢管翼缘高宽比、腹板厚度及高度、加劲肋和跨度.利用ANSYS软件建立有限元模型,对14根简支梁开展特征值屈曲分析,获得组合梁的前5阶屈曲荷载和模式,明确混凝土强度、钢管翼缘高宽比、腹板厚度及高度、加劲肋和跨度对屈曲荷载的影响规律.结果表明增加钢管翼缘高宽比、减小跨度及设置加劲肋均会显著提高梁的屈曲荷载,增加腹板的厚度对梁的屈曲荷载影响不明显,增加腹板高度和提高混凝土强度并不能有效提高梁的屈曲荷载.为进一步开展该类组合梁的非线性屈曲分析奠定基础.     

腹板加劲H形截面框架梁塑性耗能区的抗震性能试验研究

针对腹板宽厚比较大的H形截面钢框架梁塑性耗能区延性较差的问题,提出在其腹板设置纵向加劲肋以改善抗震性能的方法,并进行试验验证。通过4个梁腹板设置纵向加劲肋和1个未设置纵向加劲肋的梁柱刚接节点试件的反复加载试验,对框架梁端塑性耗能区腹板设置纵向加劲肋前后的抗震性能进行对比研究。试验以梁腹板采用弹性设计截面的试件为基准,考察在腹板设置一道、两道纵向加劲肋后塑性耗能区抗震性能的改善程度;并与塑性设计截面腹板梁的试件、部分塑化截面腹板设一道纵向加劲肋的试件进行抗震性能的比对。试验结果表明：设置纵向加劲肋可显著提高H形截面框架梁塑性耗能区的抗震性能;梁端塑性耗能区翼缘宽厚比满足塑性设计截面的要求,腹板采用弹性设计截面的宽厚比,当设置一道或两道纵向加劲肋时,可达到不低于塑性设计截面或GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》二级抗震框架梁端耗能区的抗震性能要求;弹性设计截面腹板纵向加劲肋分隔的区格板件宽厚比与实腹梁腹板宽厚比相当时,抗震性能基本等价。     

矩形钢管混凝土柱T形加劲肋设计方法

基于钢板弹性屈曲理论,提出了矩形钢管混凝土柱内设置T形加劲肋的技术措施和设计方法。对于板件宽厚比较大的矩形钢管混凝土柱,沿钢管壁纵向设置T形加劲肋,由于T形加劲肋翼缘部分包裹于混凝土内部,充分发挥加劲肋与混凝土的共同工作性能,改善钢管壁局部屈曲性能。采用能量法并考虑内部混凝土对钢管壁的侧向支撑作用,基于均匀受压四边固支板简化计算模型,推导了内设置T形加劲肋的柱壁板件临界应力计算公式。通过控制钢管壁全截面有效,并考虑加劲肋界限刚度比影响,提出了矩形钢管混凝土柱的T形加劲肋刚度限值要求。结果表明:T形加劲肋与混凝土的共同工作显著改善了钢管壁的局部屈曲性能;对于大宽厚比矩形钢管混凝土柱,通过合理设计T形加劲肋,仍可使钢管壁全截面有效,即先发生屈服而不是局部屈曲。     

超大截面钢管混凝土柱分配梁构造节点下压弯构件承载试验研究

针对采用分配梁+内环板构造、荷载先作用在钢管管壁的1∶5缩尺超大截面钢管混凝土压弯构件进行了试验,研究其破坏模式和分配梁+内环板构造对荷载传递的影响,分析了管壁宽厚比、纵向加劲肋和轴压比对压弯构件力学性能的影响。试验结果表明:分配梁+内环板构造有效地保证了构件受力全过程中基本满足平截面假定;纵向加劲肋及管壁宽厚比的减小延后了钢管局部屈曲发生的时间,且纵向加劲肋的设置提高了试件的极限承载力;压弯构件试验值与中、美设计规范进行对比后得出,美国钢结构规范N-M简化计算曲线偏于保守;与中国规程相比,试验值接近于强度曲线,高于稳定曲线,小宽厚比试件压弯承载力更接近强度曲线,表明超大截面钢管混凝土压弯构件按照现行规程进行设计偏于安全。     

受压翼缘外带卷边和中间加劲肋的冷弯型钢梁的局部和扭转屈曲特性

采用数值模型分析受压翼缘含卷边和中间加劲肋的冷弯型钢梁的屈曲特性。通过一系列非线性有限元分析,研究了由局部或扭转屈曲导致失稳的两侧翼缘处均含卷边和中间加劲肋的冷弯Z型钢的弯曲性能。研究了中间加劲肋的尺寸和位置以及卷边加劲肋和中间加劲肋的相互作用对型材的屈曲特性和极限强度的影响。有限元分析结果常可用来检验用欧洲设计规范在预测这类断面极限强度时的精确度。     

L形钢管混凝土柱-H型钢梁Z字形拼接节点抗震性能研究

研究了一种L形钢管混凝土柱-H型钢梁Z字形拼接节点的抗震性能,包括翼缘和腹板均拼接的节点和设置上、下部翼缘加劲肋替代腹板处拼接板的节点.通过对节点的拟静力试验和研究,获得了节点的滞回曲线、滑移荷载、屈服荷载、极限荷载、耗能能力、延性与刚度退化规律,分析腹板处拼接板和翼缘加劲肋对节点抗震性能的影响.研究结果表明:腹板处拼接板可以提高节点的屈服荷载和极限荷载.增加翼缘高强螺栓数量可以提高节点的滑移荷载,但会降低节点的延性性能.垂直加劲肋可以提高节点的屈服荷载、极限荷载和延性.对比有无上、下翼缘加劲肋的两组节点可知,上、下翼缘加劲肋可以提高节点的承载能力,有效传递拼接区的剪力,可代替腹板连接,该节点具有良好的延性和塑性转动能力.     

大宽厚比矩形钢管混凝土柱纵向加劲肋构造研究现状

超大截面矩形钢管混凝土柱具有较高的极限承载力。现行相关规范对管壁宽厚比的要求在保证管壁局部屈曲性能的同时,限制了对构件含钢率的进一步优化。在钢管壁内侧设置纵向加劲肋,可有效提高其局部屈曲性能,降低构件的用钢量,充分发挥高强钢的性能。对国内外有关管壁局部屈曲的产生机理和宽厚比限值等方面的研究成果进行了归纳总结,对国内外有关纵向加劲肋对大宽厚比钢管混凝土柱静力承载性能和抗震性能影响、加劲肋和子板件构造要求等方面的试验和理论研究进行了比较分析。基于上述工作,提出了以控制管壁局部屈曲为目标的纵向加劲肋构造设置原则及其作用机理,以及设加劲肋的大宽厚比钢管混凝土柱承载力计算等需要深入研究的方向。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能分析

为研究开孔钢板连接件（PBL）加劲肋对矩形钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能的影响,用能量法推导钢管屈曲系数计算公式,引入PBL和加劲肋相对刚度计算式并分析二者对屈曲模式的相互作用关系,讨论了PBL加劲型钢管的极限屈曲模式及其极限屈曲系数、最大相对宽厚比限值。结果表明:PBL加劲肋可明显改善钢管局部稳定性,钢管屈曲系数k随着PBL加劲肋刚度增加而增大,直至达到极限屈曲系数42.68;PBL连接件可减小板件纵向屈曲的波长,而加劲肋的影响作用与之相反;设置PBL加劲肋后,钢管的最大相对宽厚比限值可达184,并且板件屈曲后强度随宽厚比的变化曲线下降趋势减缓,强度值随着PBL刚度增加而逐渐提高。     

带肋薄壁方钢管混凝土轴压短柱受力性能试验研究

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。     

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。     

钢筋加劲T形截面钢管混凝土柱抗震性能试验研究

制作4根钢筋加劲的T形截面钢管混凝土柱、1根非加劲T形截面钢管混凝土柱和1根T形截面钢筋混凝土柱试件,对其进行低周往复水平荷载作用下的滞回性能试验,研究其破坏模式和滞回性能,分析钢筋加劲肋的作用机理以及钢管对混凝土的约束作用。结果表明：相比T形截面钢筋混凝土柱,T形截面钢管混凝土柱破坏程度有明显减轻,刚度、承载力以及耗能性能均有明显提高;钢筋加劲肋能有效限制钢板局部屈曲和阴角处钢管与混凝土脱离,保证钢管和混凝土共同工作,对拉钢筋加劲肋相对锯齿形钢筋加劲肋的效果更加显著;含钢率较高的钢管混凝土柱承载力更高,耗能能力更好;轴压比从0.2增加到0.4时,钢筋加劲的T形截面钢管混凝土柱的承载力增大,延性降低。     

竖向连接竖向加劲钢板墙弹性剪切屈曲性能分析

采用有限元软件ANSYS 10.0对多组竖向连接竖向加劲钢板墙(VV-SPSW)模型进行剪切荷载作用下的弹性屈曲分析,研究肋板刚度比、钢板厚度与跨高比、加劲肋根数与截面、肋间宽厚比等因素对VV-SPSW模型剪切屈曲性能的影响,探讨提高VV-SPSW临界剪切屈曲应力的方法。给出VV-SPSW剪切整体屈曲与局部屈曲的界限刚度比的取值范围,以及肋间宽厚比的合理取值区间。     

卷边翼缘工形截面构件的局部稳定性能

提出了一种翼缘卷边的工形截面薄壁构件,可以应用在轻型钢结构房屋结构中。由于翼缘板有卷边的加强作用,极大地提高了其局部屈曲荷载,从而使翼缘板可以不受板件宽厚比限值的约束,能获得比较好的经济效益。为此建立了翼缘卷边工形截面构件有效长宽比的概念及其计算公式,并通过变化几何参数对这种截面的局部屈曲性能进行研究和分析,从而确定卷边宽度系数的合理取值以及卷边翼缘宽厚比限值。     

不锈钢焊接H形截面柱滞回性能试验研究

为了研究不锈钢焊接H形截面柱的滞回性能,对10个不锈钢焊接H形截面柱进行了循环加载试验,分析了轴压比、翼缘宽厚比和腹板宽厚比对试件的破坏形态、承载力、耗能能力、塑性发展能力和延性的影响。结果表明：所有不锈钢焊接H形截面柱试件的破坏过程均为翼缘首先发生局部屈曲变形,然后腹板发生局部屈曲变形,屈曲变形形状均呈半正弦波状;板件宽厚比越大,试件达到破坏时的位移级和等效黏滞阻尼系数越小,位移延性系数和塑性发展系数越小,承载力退化越快;轴压比对试件的抗震性能影响显著,其影响规律与板件宽厚比的相似。对于不锈钢结构的抗震设计,建议在规定H形截面柱宽厚比限值时考虑轴压的影响。     

加劲肋在大宽厚比方钢管混凝土柱中的应用

当方钢管混凝土柱宽厚比较大时,需要考虑管壁局部屈曲导致的截面部分失效。沿管壁纵向布置加劲肋有助于解决此问题。通过对带加劲肋钢板的屈曲系数k值的变参数分析,得出加劲肋尺寸对k值的影响,并建议选择加劲肋需要满足的两个条件。给出大宽厚比情况下等距布置加劲肋的步骤和验算方法。     

空腹钢管桁架内加劲节点抗弯性能试验研究

上海市某工程中采用了内设加劲肋的箱形截面弦杆与方钢管腹杆直接焊接形成的空腹桁架节点.为考察此类节点在平面内弯矩作用下的静力承载性能,分别进行了腹杆根部有无纵肋的2个对比试件的模型试验和有限元分析.试验结果表明,该类型节点的破坏模式为腹杆根部受拉侧翼缘与弦杆连接焊缝开裂、节点域剪切变形、腹杆受压翼缘局部屈曲等形式;增设纵肋可以阻止腹杆根部受压翼缘局部屈曲的发生,并使节点域腹杆翼缘上沿杆轴方向的应力分布更均匀,但是该措施降低了节点的变形c能力.与无加劲节点承载力公式值比较结果表明,该类节点的承载力有显著提高.     

新型卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)滞回性能足尺试验研究

基于薄壁钢板组合截面PEC柱的研究成果,为更好满足受压构件双向等刚度原则和进一步改善薄壁钢板组合截面PEC柱的力学性能,提出采用翼缘卷边和设置外拉结板条的新型卷边钢板组合截面PEC柱。对变化拉结板条间距的3个卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)足尺试件在恒定轴压下进行水平循环荷载的滞回性能试验。观察记录了各试件加载过程中钢板组合截面翼缘局部屈曲和混凝土裂缝开展与压溃现象,得到试件的荷载-位移滞回曲线。根据试验结果分析试件的承载力、抗侧刚度、构件抗震延性与耗能、变形规律和破坏模式等力学性能。结果表明:试验卷边PEC柱试件充分发挥了薄板局部屈曲后性能,具有良好的变形能力与耗散地震能的双重功效;构件的破坏模式为柱脚部位卷边钢板组合截面翼缘局部屈曲区域不断增加,柱脚混凝土压溃面积加大和拉结板条屈服。研究进一步丰富了PEC柱研究成果,为PEC组合柱设计规范的制订和工程应用提供了理论依据。     

十字形截面钢异形柱的抗震性能和板件宽厚比限值研究

按照强震区多、高层钢框架结构柱的受力工况,以现行国标型钢组合的工程应用为目标,设计不同轴压比下不同翼缘宽厚比与不同腹板高厚比组合的36个十字形截面钢异形柱模型,模型截面应力相似系数为1,缩尺比为1∶2。考虑试件的初始缺陷和材料非线性,对这些模型系统地进行常轴力、低周反复荷载下的有限元计算。模拟模型的受力、变形、破坏全过程,研究变形模式、破坏模态、滞回性能、承载能力、耗能能力等抗震性能,并分析翼缘宽厚比、腹板高厚比和轴压比对抗震性能的影响规律,对模型的整体抗震性能进行综合评价。最后,基于抗震设计承载力取值和整体抗震性能的要求,提出不同轴压比下,能够在强震区使用的十字形截面钢异形柱翼缘宽厚比与腹板高厚比的组合限值,为工程应用和钢异形柱结构技术规程的编制提供理论依据。     

设分配梁与内环板传力构造的巨型钢管混凝土柱抗震性能试验研究

针对7个按1∶5缩尺的设置分配梁加内环板传力构造的巨型钢管混凝土柱试件进行拟静力试验研究,考察了轴压比、长细比、管壁宽厚比及纵向T形加劲肋等因素对此类构件抗震新能的影响。研究结果表明,管壁宽厚比大于60的试件,在达到极限荷载之前（约为极限荷载的63%）发生管壁局部屈曲,延性较差;设置T形加劲肋可有效减小管壁宽厚比,提高管壁局部屈曲强度,改善试件的延性性能及耗能能力;试件位移延性系数随轴压比和试件长细比的增大而降低,刚度退化越明显;在低周反复荷载作用下,同时设置分配梁与内环板传力构造的钢管混凝土柱试件破坏时的位移角超过了规范规定的弹塑性层间位移角限值,满足抗震设计要求,且钢管与核心混凝土变形协调,相应的截面属性和压弯承载力可按平截面假定计算。     

交叉加劲钢板剪力墙弹性屈曲研究

用有限元方法对交叉加劲钢板剪力墙的弹性屈曲性能进行了研究,重点研究了加劲肋与墙板的刚度比、墙板高厚比、边长比以及加劲肋宽厚比等对弹性屈曲系数k的影响,同时与十字加劲板的抗剪屈曲性能进行了对比。研究结果表明,设置交叉加劲肋能显著提高钢板剪力墙的弹性屈曲荷载;屈曲系数k随着墙板边长比、高厚比以及加劲肋宽厚比的增大而趋于减小;本文给出的交叉加劲板弹性屈曲系数k的计算公式与有限元法的结果较吻合。