高强中空夹层钢管混凝土柱的耐火性能试验研究

针对应用高强钢与超高强混凝土的中空夹层钢管混凝土柱，开展了轴心受压柱的标准耐火试验，得到了不同截面形状、边界条件、涂料厚度、荷载比条件下该柱的耐火极限，提出了表征柱耐火性能的延性指标，探讨了高强柱与普通柱耐火性能的差异。试验结果表明:高强中空夹层钢管混凝土柱的受火时间-位移响应与普通柱相似，受火前期膨胀而后期压缩变形进一步增大达到耐火极限。参数分析表明:相同条件下，应用高强钢的中空夹层柱其耐火极限低于应用普通钢的中空夹层柱，而应用超高强混凝土的中空夹层柱其耐火极限则高于应用普通或高强混凝土的中空夹层柱。此外，该文分别基于欧洲规范4中轴心受压柱和压弯构件的常温承载力计算模型，运用材料高温力学参数，计算了该柱高温屈曲承载力与耐火极限，计算结果与试验结果吻合较好。     

横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱双向偏压力学性能研究及承载力计算

为研究横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱的双向偏压力学性能,对两根横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱试件展开了双向偏压加载试验,探究了不同偏心距对试件在双向偏压荷载下的荷载-变形曲线、破坏模态和截面应变发展状况的影响,分析了波纹板与钢管、混凝土之间的相互作用机理。在试验基础上运用有限元模拟,分析了偏心距、加载角度、钢管厚度、波纹板厚度等多种参数对横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱双向偏压荷载下承载力、延性、刚度等力学性能的影响规律,得出钢管厚度增大柱的极限承载力显著提高,加载角度对极限承载力影响不大等主要结论。最后,参考欧洲《EC4》规范钢混组合柱承载力的计算方法,提出了横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱双向偏压承载力实用计算公式,以期为工程实践提供参考。     

多腔式多边形钢管混凝土柱偏心受压承载力研究

以天津高银117大厦巨型柱为原型,按1/20缩尺设计制作11根多腔式多边形钢管混凝土柱偏压试件,通过静力试验研究其偏心受压性能,包括破坏形态、荷载-侧向挠度关系曲线和荷载-应变关系曲线,采用ABAQUS软件拓展分析钢管壁厚、长细比、偏心率和混凝土强度等参数对试件极限承载力的影响规律。研究结果表明:多腔式多边形钢管混凝土柱偏心受压试件主要发生弯曲型失稳破坏;提高混凝土强度或钢管壁厚,可提高试件的极限承载力;腔内钢筋笼可显著提高其延性及后期承载力;当长细比从24增加到70,其极限承载力下降38.6%;当偏心率从0.2增加到1,其极限承载力下降54.1%;基于有限元结果,参考相关的承载力计算方法,建立适用于六边形六腔及五边形四腔的钢管混凝土柱偏心受压承载力计算公式,可为实际工程应用提供参考。     

高温下内配圆管的方钢管混凝土柱轴压力学性能

为了研究高温下内配圆管的方钢管混凝土柱力学性能,该文在修正高温下核心混凝土材料本构关系的基础上,建立钢管混凝土柱的非线性有限元模型,并利用相关试验实测数据对数值模型进行了验证。基于建立的有限元模型,对不同参数下外方内圆钢管混凝土柱的耐火性能进行分析,阐述了受火过程中圆钢管和混凝土轴向承载力的贡献变化规律,并对火灾下钢管混凝土柱的典型变形曲线进行分析。研究结果表明:钢管混凝土柱的耐火极限可比普通钢管混凝土提高2倍以上;随内钢管直径与外钢管边长比增大,耐火极限先增大后减小;圆钢管的约束效应系数增大,耐火极限明显提高。通过合理设计,复合钢管混凝土柱在不设置防火保护层的情况下,可满足抗火设计规范的耐火需求。     

外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱耐火性能研究

为研究外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱的耐火性能，采用ABAQUS对该类组合构件的耐火极限进行了有限元分析。对比分析了外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱与普通外包碳素钢中空夹层钢管混凝土柱受火机理的不同。研究了截面直径、空心率、荷载比和材料强度对构件耐火极限的影响。研究结果表明:外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱比外包碳素钢中空夹层钢管混凝土柱具有更好的耐火性能；该类构件的耐火极限受截面直径和荷载比的影响较大，空心率和材料强度对构件的耐火极限也有一定影响。在参数分析基础上给出了外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱的抗火设计建议。     

钢管再生混凝土长柱偏压性能研究

对10个圆钢管再生混凝土和10个方钢管再生混凝土长柱进行偏压静力单调加载试验,考虑了再生粗骨料取代率、长细比、偏心距3个变化参数,观察了试件受力的全过程和试件破坏形态,绘制出荷载-变形、荷载-应变等一系列重要关系曲线,给出了截面应变沿高度分布情况,并分析了变化参数对试件极限承载力的影响规律,采用国内外常用的8部相关规程计算两种截面形式试件的极限承载力。研究结果表明:钢管再生混凝土偏压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要为弹塑性失稳破坏;建议采用规程DL/T5085-1999和DBJ13-51-2003设计圆钢管再生混凝土偏压长柱试件的极限承载力,采用规程CECS159:2004、DBJ13-51-2003设计方钢管再生混凝土偏压长柱试件的极限承载力。     

钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能的参数研究

该文建立了局部火灾下钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能分析的有限元计算模型, 计算结果与实测结果吻合较好. 考虑火灾发生位置及蔓延范围、钢梁高度、钢梁加劲肋的设置、梁荷载大小、柱轴压比等参数变化, 对钢管混凝土框架结构的变形和内力重分布规律、破坏形态、破坏机理和耐火极限进行了详细的参数研究. 研究表明:火灾作用位置对框架耐火极限有影响, 梁荷载对框架耐火极限影响较大, 而轴压比对框架耐火极限影响 不大.     

钢管自应力自密实高强混凝土柱偏心受压性能试验研究

为提高钢管内混凝土的密实度,减小混凝土的收缩,以保证钢管与混凝土更好地共同工作,满足实际工程需要,该文提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱,考虑偏心距、长径比和初始自应力等参数的影响,设计制作21根钢管自应力自密实高强混凝土柱和3根钢管自密实高强混凝土柱试件,通过偏心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线,分析各参数对偏心受压试件受力性能的影响。研究表明:偏心受压试件主要发生弯曲失稳破坏;试件极限承载力随偏心距或长径比增大而减小,当初始自应力为3 MPa~5 MPa时,钢管自应力自密实混凝土偏心受压柱的极限承载力提高9.2%~11.7%。参考国内相关规范,通过试验数据回归分析,提出钢管自应力自密实高强混凝土柱偏心受压承载力计算公式,可供工程设计参考。     

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压承载力

在钢板中部位置设置具有约束钢板外凸变形作用的水平拉杆,是改善异形钢管混凝土柱力学性能的有效方法。该文介绍了8个带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱试件的试验,结果表明约束拉杆的设置延迟钢管局部屈曲的发生,有助于L形钢管混凝土偏压短柱承载力的提高;偏心受压下该柱的截面应变符合平截面假定。采用带约束拉杆L形钢管的管内核心混凝土本构关系,利用纤维模型法对试件偏压极限承载力进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。利用该数值方法对带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱进行参数研究,分析了钢材屈服强度、截面含钢率、混凝土强度、拉杆约束系数及荷载角对N/Nu-M/Mu曲线的影响规律,在此基础上提出带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱双向压弯承载力的简化计算公式。     

方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点在地震损伤后的耐火性能分析

为研究方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点在地震损伤后的耐火性能,该文建立了有限元数值模型,并用其他研究者完成的试验数据对模型进行了验证。在此基础上分别建立了震损后组合梁节点在三种受火工况下耐火极限计算模型,分析了组合梁节点柱防火保护层在滞回加载中的脱落位置及脱落程度和三种受火工况对节点耐火极限、破坏模态的影响。结果表明:经历柱端往复荷载作用的节点随着损伤程度的不断加重,钢管应力值及变形程度明显增大;当节点在楼板以下区域受火时,随着受火时间的增长,栓钉由底部至顶部的温度梯度较明显,楼板混凝土由于栓钉的影响,温度场分布呈现波浪形;不同损伤程度及不同受火工况对节点破坏模态均影响显著,但有无考虑防火保护层脱落的节点在三种受火工况下的破坏模态均没有较大差别;在楼板以下区域受火及楼板以上区域受火两种工况下,防火层脱落对重度损伤节点的耐火极限影响显著。在楼板上下区域均受火的工况下,防火层脱落对节点的耐火极限没有显著影响。     

基于多尺度建模的钢管混凝土组合框架耐火性能数值模拟

钢管混凝土组合框架在局部火灾作用下可能会出现由于受火柱破坏而引发的结构连续性倒塌破坏。在合理选取钢材与混凝土的热-力本构模型的基础上,合理选取了组合框架中梁柱构件单元模型及其相互作用模型,基于ABAQUS软件用多尺度建模方法建立了局部火灾作用下三层三跨钢管混凝土平面组合框架的数值模型,对4种典型火灾工况下结构整体变形、内力分布、破坏机制等进行了分析研究,并在此基础上进行了不同火灾工况下组合框架的耐火极限计算。结果表明:框架中间层受火时,由于周围构件的约束作用明显而使得其耐火极限最大。     

标准火灾作用后矩形钢管混凝土柱剩余承载力的研究

通过对6个矩形截面钢管混凝土柱按ISO-834标准升温曲线升温作用后的试验，研究火灾作用后矩形钢管混凝土柱的力学性能和剩余承载力。结果表明，在本次试验参数范围内，火灾后裸钢管混凝土柱的承载力损失严重。在确定了钢材和混凝土在高温作用后应力~应变关系模型的基础上，本文计算了火灾作用后矩形钢管混凝土压弯构件荷载~变形关系曲线，理论计算结果得到试验结果的验证。在分析了各参数，如火灾持续时间、构件截面含钢率、钢材种类、混凝土强度等级、荷载偏心率、构件长细比、截面高宽比和构件截面尺寸等影响的基础上，本文提出火灾作用后矩形钢管混凝土柱承载力实用计算方法。     

钢管混凝土哑铃形偏压构件试验研究

进行了8 根钢管混凝土哑铃形短柱的偏压试验。试验参数为偏心率。试验结果表明,钢管混凝土哑铃形偏压短柱受力性能与单圆钢管混凝土偏压柱的有相似之处。对极限承载力的计算表明,现有的折算面积法偏于保守而格构式算法又偏于不安全。提出的修正的格构式算法与试验结果吻合良好且偏于安全,可供工程应用参考。     

Behaviour of recycled aggregate concrete filled stainless steel stub columns

Past research indicates that recycled aggregate concrete (RAC) could be successfully used in concrete-filled steel tubular (CFST) columns. Their yielded performance is almost as good as that of the traditional CFST columns. In addition, as a comparatively new construction material, stainless steel can be used to replace carbon steel for enhancing the durability and ductility of CFST columns. With an aim to combine the advantages of both RAC and stainless steel, RAC is proposed in this paper to be used as a filling material for stainless steel tubes. A test program is introduced in this paper to investigate the behaviour of RAC-filled stainless steel stub columns. For comparison purposes, reference specimens with carbon steel tubes are also tested. In the end, finite element analysis is conducted to simulate the current test results and those reported in the literature.     

基于纤维模型的钢管混凝土组合框架连续倒塌非线性动力分析

基于非线性纤维梁-柱单元理论建立了钢管混凝土空间框架有限元模型,分析其在非正常荷载作用下(火灾、爆炸、撞击等)的抗连续性倒塌性能。以ABAQUS软件为求解平台进行了钢材和混凝土材料模型的二次开发,并采用已有研究者的试验结果进行了模型验证,在此基础上采用抽柱法进行了一典型的12层钢管混凝土空间框架体系在不同初始损伤模型下的连续性倒塌非线性动力分析。分析结果表明,不同抽柱工况下,框架梁柱内力由于失效柱破坏将发生内力重分布,相邻构件弯矩和轴力变化较大,其卸载后传力路径遵循就近原则;底层中柱失效后,其上部节点竖向位移最大,底层角柱失效后,上部节点竖向位移最小。总体上钢管混凝土空间框架在竖向荷载作用下具有较好的抗连续倒塌性能。     

轴向往复荷载作用下圆钢管混凝土柱恢复力模型研究

为研究钢管混凝土柱的轴向恢复力模型,设计制作了8个钢管混凝土柱试件并对其进行轴向往复加载,分析其受力机理和恢复力特性。基于试验结果,选用退化三线型模型,建立了钢管混凝土柱无量纲骨架曲线模型,并提出其轴拉与轴压方向的峰值承载力和位移的计算方法。鉴于钢管混凝土试件在轴拉与轴压方向受力机理的差异,对滞回曲线的正负向选用不同的滞回规则,建立了相应的卸载刚度函数。据此提出了钢管混凝土柱的轴向恢复力模型,并与试验滞回曲线进行对比,验证了恢复力模型的合理性,所建立的恢复力模型可为斜交网格结构体系的弹塑性分析提供依据。