内埋空间钢构架方形钢管混凝土组合短柱--偏心受压性能有限元分析

为了改善方形钢管混凝土柱的受压性能,在方形钢管混凝土柱中内埋空间钢构架形成空间钢构架-方形钢管混凝土组合柱。这种新型的组合柱具有空间钢构架约束核心混凝土和方形钢管约束空间钢构架外混凝土的双重约束作用,能够有效地改善这种新型组合柱的受压性能和变形能力。为了进一步研究这种新型组合短柱的偏心受压性能,在试验的基础上,本文采用了ABAQUS有限元分析软件,建立了该组合短柱的有限元模型。在验证了模型的准确性后,以方钢管的套箍指标、空间钢构架的约束影响系数、偏心距为参数,对该组合短柱模拟分析。结果表明:方钢管的套箍指标是影响该组合短柱承载力的重要参数。且该组合短柱在大偏心受压时参数的改变对承载力的影响更大。     

新型卯榫节点约束下的复式中空钢管混凝土柱偏心受压力学性能分析

提出一种新型卯榫节点,可解决当前复式中空钢管混凝土构件所面临的问题。为考察新型节点对复式中空钢管混凝土柱的约束效果,以空心率和新型卯榫节点榫头长度为主要研究参数,开展偏压荷载作用下的新型卯榫节点和普通节点约束下复式中空钢管混凝土柱承载力和侧向挠度的对比分析。分析结果表明,与普通节点约束相比,新型卯榫节点可以提高复式中空钢管混凝土柱的承载力,降低侧向挠度;构件的空心率和节点榫头长度对新型卯榫节点约束效果影响明显。     

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。     

复式钢管混凝土外钢管不连通环梁节点抗震性能试验研究

设计一种用于复式钢管混凝土结构的新型外钢管不连通环梁节点,介绍该新型节点的构造和制作过程,进行四个梁柱组合体低周反复荷载试验,研究新型节点的抗震性能。试验结果表明:新型节点具有较好延性和变形能力,增加环梁配筋率和柱内钢管尺寸可提高节点的承载力。通过合理的构造措施,外钢管不连通环梁节点中内钢管混凝土、竖向插筋和密排环箍以及周边环梁一起保持了钢管混凝土柱的连续性,节点整体性强,满足结构设计"强柱弱梁"及"强节点弱构件"的设计原则,具有较好的抗震性能。     

复式钢管混凝土柱弹性轴压组合刚度研究

运用弹性力学半逆解法求得复式钢管混凝土轴压柱的弹性组合刚度解析解,揭示了复式钢管混凝土轴压柱组合刚度较叠加刚度有所提高的原因。通过对解析解的参数分析发现,增大外管厚径比是提高复式钢管混凝土轴压柱组合刚度的最有效方法,提高混凝土强度等级、内管厚径比和内外管直径比次之,而增大钢管强度对组合刚度无影响。     

轴心受压钢骨-方钢管高强混凝土组合短柱承载力

为研究钢骨-方钢管高强混凝土组合短柱轴心受压力学性能,基于合理选取钢材和混凝土本构关系以及正确定义单元类型、模型接触、加载边界条件和加载方式,采用大型通用有限元软件ABAQUS建立钢骨-方钢管高强混凝土组合短柱轴心受压有限元模型,通过后处理得到组合短柱的荷载纵向应变关系曲线,并与试验的荷载纵向应变曲线进行对比分析。分析了典型试件受力全过程以及最终破坏形态,同时比对了不同类别组合短柱轴心受压承载力简化计算公式,最后给出最优简化计算公式。     

型钢-钢管混凝土柱轴压性能数值仿真

内置型钢-钢管混凝土柱是一种基于钢管混凝土柱而发展起来的新型复式组合柱,本文采用AN-SYS软件,开展了不同套箍系数、不同含钢率和不同混凝土强度等级的内置型钢-钢管混凝土组合柱轴压性能仿真分析,得到组合柱轴压性能的变化规律,为今后进一步开展该类组合柱的抗震性能研究奠定了基础。     

钢管钢纤维混凝土结构的性能研究

根据现有钢管钢纤维混凝土的研究,对这种组合结构的轴心受压短柱、偏心受压长柱、均布荷载作用下的梁以及低周反复荷载作用下的长柱性能进行了介绍。钢纤维对钢管混凝土柱受压承载力的提高幅度不大,在钢管混凝土柱中掺入钢纤维的作用主要是提高钢管混凝土柱的延性,而不是提高其受压承载力;在钢管混凝土梁中掺入钢纤维,能改善梁受拉区的工作性能,从而提高梁的承载能力;钢纤维能提高钢管混凝土柱在水平低周反复荷载作用下的水平承载力及延性。     

复式不锈钢管再生块体混凝土短柱轴压试验研究

为了研究再生块体混凝土构件的受压性能,考虑不同取代率、不同新旧混凝土强度差以及不同钢管径厚比对再生块体混凝土构件受压力学性能的影响,进行了7个外方内圆复式钢管再生块体混凝土短柱和3个普通复式钢管混凝土短柱的试验研究。结果表明,在低强度的混凝土中添加高强度的再生混凝土块体,复式钢管再生块体混凝土短柱轴压承载力随取代率的增加呈上升趋势;添加与不添加再生混凝土试件破坏过程和破坏形态基本相似,鼓曲位置的混凝土局部压碎后,由于钢材的塑性变形能力较好,在方钢管环向约束下混凝土仍维持略微鼓曲,未散落破碎;内圆钢管明显环向鼓曲,新旧骨料结合较好,核心混凝土中未发现界面破坏的情况;试件具有良好的延性,加载结束时,试件尚能承担峰值荷载的60%以上,复式钢管再生块体混凝土短柱轴压承载力受径厚比和新混凝土抗压强度影响较大;采用直接叠加或考虑钢管对核心混凝土的约束作用但圆形截面予以折减的假定,计算所得承载力结果与试验结果吻合较好。     

型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱非线性分析

采用ABAQUS对型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱进行数值模拟,探讨型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土、型钢-PBL加劲型方钢管混凝土、型钢-方钢管混凝土以及方钢管混凝土轴压短柱在承载力以及破坏模态上的差异,并对型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱荷载-竖向应变关系曲线的主要影响因素进行参数分析。结果表明,和型钢-PBL加劲型方钢管混凝土轴压短柱相比,型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱的极限承载力略有下降,但其具有较高的后期承载力;截面含钢率一致的情况下,相对于型钢-方钢管混凝土以及方钢管混凝土轴压短柱,型钢-PBL加劲型方钢管混凝土轴压短柱承载力更高,外钢管鼓曲变形更小;外钢管以及混凝土的强度、外钢管含钢率对型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱的承载力以及延性影响较大。     

双钢管混凝土复合柱的耐火性能及参数影响分析

双钢管混凝土复合柱在普通钢管混凝土柱基础上设置了内部钢管,由于内管受到外层混凝土的高温保护,因此其耐火性能得到改善。文章通过精细化数值模拟方法对此类双钢管混凝土复合柱的耐火性能开展研究,全面分析了内管径厚比、外管径厚比、内外管直径比等参数的影响,并且对比分析了在相同的含钢率条件下不同截面组合型式（内圆外圆、内方外圆和内圆外方）双钢管混凝土短柱的耐火极限。结果表明：在直径不变时增大内钢管的厚度以及在厚度不变时增加内钢管的直径,都有利于耐火极限的提高;在保持整体含钢率不变的条件下,不同截面组合形式的双钢管混凝土柱耐火极限相差不大,但总体上双圆钢管混凝土短柱的耐火性能偏优;另外,双钢管混凝土复合柱的耐火性能比普通钢管混凝土柱有较大提高。     

方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能研究

方形复合不锈钢管混凝土柱是一种新型组合构件,具有广阔应用前景,为研究其滞回性能,以轴压比(005、03和06)、内外管尺寸比(042和067)、柱类型(复合不锈钢管混凝土、中空夹层不锈钢管混凝土、不锈钢管混凝土)为主要参数进行8个压弯试件在往复荷载作用下的试验研究,建立方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能分析的有限元模型,考察各参数对侧向荷载 位移骨架线的影响规律。研究结果表明：方形复合不锈钢管混凝土柱的滞回曲线较为饱满,且比中空夹层不锈钢管混凝土柱和不锈钢管混凝土柱具有更高的极限承载力、延性和塑性耗能能力。随着外管屈服强度、夹层混凝土抗压强度的增加或者外管宽厚比、轴压比、长细比的减小,方形复合不锈钢管混凝土柱极限承载力显著增加,随着内外管尺寸比的增加或者内管径厚比的减小,极限承载力有所增加,但增加幅度不大。多数情况下,方形复合不锈钢管混凝土比复合普通钢管混凝土极限承载力高2%～20%。     

中空型外壁钢板-混凝土组合桥塔塔柱承载力研究

以某跨海大桥原型设计提出的一种新型中空型外壁钢板-混凝土组合桥塔塔柱为背景,设计制作了4个中空型外壁钢板-混凝土组合塔柱试件。通过轴心受压试验,研究中空型外壁钢板-混凝土组合桥塔塔柱破坏过程,并分析混凝土强度、钢板厚度、连接件型式等参数对试件轴压性能的影响。采用ABAQUS软件进行有限元模拟,分析不同结构型式和设计参数(混凝土强度、钢板强度和钢板厚度)对组合塔柱受力性能的影响。研究表明：中空型外壁钢板-混凝土组合塔柱具有优异的承载能力和延性,其承载能力和延性与内外壁钢板-混凝土组合塔柱相当,明显优于普通钢筋混凝土柱;提高混凝土强度、钢板强度和增加钢板厚度均能够提高组合塔柱承载力,但对结构刚度提高不明显。研究成果可为大跨桥梁设计提供参考。     

Finite element analysis on axial loading behavior of stub columns of square concrete-filled steel tube with diagonal ribs

为改善方钢管对核心混凝土的约束效应和薄壁钢管混凝土柱的受力性能,提出了带斜拉肋方钢管混凝土柱,其中斜拉肋通长并焊接于钢管两邻边的三分点处。基于有限元软件ABAQUS,对带斜拉肋的方钢管混凝土短柱的轴压受力性能进行了精细化模拟,分析了斜拉肋的设置与否、钢管宽厚比、混凝土强度、斜拉肋厚度、钢材强度、斜拉肋与钢管之间焊缝间隔长度及斜拉肋孔径、间距对轴压力学性能的影响。结果表明：设置斜拉肋可使方钢管混凝土短柱的轴压承载力平均提高14.9%左右,并使方钢管对核心混凝土的约束效果增加,即组合作用系数从1.031平均增加到1.103,尤其可以明显改善大宽厚比方钢管混凝土柱的轴压承载力及组合作用;采用较薄厚度的斜拉肋,可使短柱的组合作用更好,并能充分发挥材料的性能。     

Structural Performance of Welded Built-Up Mega Composite Columns Subject to Compressive Force and Moment

The width thickness ratio of a concrete-filled steel tube column is limited in order to prevent the local buckling of the tube. Determined by column width and steel tube thickness, width-thickness ratio decides whether the cross-section is compact, non-compact or slender. Different compressive strength formulas are applied depending on the type of the cross-section. This study suggests the shape of binding frames which are placed at a constant distance inside the steel tube of a mega column having large cross-sections to improve the composite effect and confinement effect. Structural tests are conducted on 9 welded built-up and generic CFT columns with different steel thicknesses to evaluate their structural performance under compressive force and moment applied simultaneously. The maximum load of the welded built-up specimens with compact, non-compact and slender cross-sections is approximately 38%, 30% and 20% higher when compared with their generic CFT counterparts. While the effective stiffness of the members of concrete-filled composite columns is calculated by one formula, the difference among the specimens is greater than 10% depending on the width-thickness ratio. Therefore, it is deemed that effective stiffness needs to be categorized depending on the width-thickness ratio as in the case of compressive strength and bending strength.     

圆中空夹层钢管混凝土柱力学性能研究

分别进行了十四个轴心受压构件和十二个偏心受压构件的试验研究 ,二种构件的试验参数分别为钢管径厚比和空心率 ,构件长细比和偏心率。在确定组成圆中空夹层钢管混凝土的钢材和核心混凝土应力 -应变关系模型的基础上 ,利用数值解法对圆中空夹层钢管混凝土轴压和压弯构件的荷载 -变形关系进行了全过程分析 ,分析结果与试验结果吻合良好。最后在参数分析的基础上 ,提供了圆中空夹层钢管混凝土轴压和压弯构件承载力实用验算方法。     

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。     

圆钢管自应力自密实混凝土短柱轴心受压性能研究

通过对18根圆钢管混凝土短柱进行轴心受压试验,研究初始自应力、钢管壁厚和混凝土强度对其破坏形态、荷载-位移曲线、承载力和变形能力等的影响。试验结果表明：初始自应力对圆钢管自应力自密实混凝土短柱的破坏形态影响不明显,在轴心荷载作用下,所有短柱均为剪切破坏;初始自应力可显著提高圆钢管自应力自密实混凝土短柱的轴压刚度和承载力,其中承载力提高幅度可达27.5%;初始自应力会导致圆钢管自应力自密实混凝土短柱的变形能力明显降低,极限位移和破坏位移大幅减小;钢管壁厚和混凝土强度对圆钢管自应力自密实混凝土短柱承载力的影响幅度受初始自应力的影响。最后,考虑初始自应力的影响,建立圆钢管自应力自密实混凝土短柱轴心受压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

复式钢管混凝土偏压柱试验

通过对9个不同尺寸和壁厚的内圆外方的复式钢管混凝土柱试件(其中内(圆)增强方钢管混凝土试件6个,方中空夹层钢管混凝土试件3个),进行偏压试验得到极限承载力和荷载-变形曲线。试验表明,对内(圆)增强方钢管混凝土,内置圆钢管的存在能够对偏压方钢管内核心混凝土起增强作用,且这种增强作用随着圆管管径的增大愈加明显;对于方中空夹层复式钢管混凝土偏压短柱,随着圆钢管管径的增加,其承载力降低的程度愈大。