矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱轴压性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱(STHCC)的轴压性能,进行了16根STHCC短柱的轴压静力试验。主要研究参数包括约束效应系数、混凝土立方体抗压强度、翼缘钢管腹板厚度和柱长细比。通过轴压试验得到STHCC短柱试件的试验现象和破坏形态、荷载-位移曲线、钢管翼缘和蜂窝钢腹板的荷载-应变曲线,分析了四参数对STHCC短柱轴压承载力的影响规律及受力机理。结果表明：钢管的外表面会产生吕德尔滑移线,所有试件钢管混凝土翼缘均呈剪切型破坏;试件荷载-位移曲线大致可分为弹性、弹塑性、荷载下降和残余变形等四段。随着约束效应系数和蜂窝钢腹板厚度的增加,试件的轴压承载力逐渐提高;随着长细比的增大,试件的轴压承载力却逐渐下降。最后,通过引入组合效应修正系数和综合影响变量,建立了与试验结果吻合较好的STHCC短柱轴压承载力计算式,并给出了该类轴压短柱的设计建议。     

带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱滞回性能研究

对3根带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱进行滞回试验,主要参数为轴压比。试验结果表明：纵向加劲肋有效延缓了钢管壁局部屈曲的发生;其滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;随着轴压比的增大,柱承载力略有增大,而延性、耗能能力则明显减小;当横向位移大于6倍的屈服位移时,大轴压比的刚度退化速度最快。建立了该类试件的有限元模型,对比可得有限元模拟结果与试验结果吻合较好。基于有限元模型对该类构件开展机理分析和参数分析。结果表明：在带肋冷弯薄壁方钢管的约束下,核心混凝土的强度得到了较大提高;钢管局部屈曲发生在峰值荷载后,局部屈曲只发生在纵向加劲肋和钢管角部间;材料强度、轴压比、钢管宽厚比和长细比等参数对该类构件的承载力有较大影响;混凝土强度、轴压比和长细比对荷载-位移骨架曲线形状有较大影响。基于参数分析建议了该类构件的简化滞回模型,简化计算结果和有限元计算结果吻合较好。     

圆端形钢管混凝土柱偏压性能研究

圆端形钢管混凝土柱具有外观优美、截面布置灵活、承载力高和施工方便等优点,已被应用于实际工程中.为了研究圆端形钢管混凝土长柱的偏压性能,完成了 12根圆端形钢管混凝土柱的偏压试验,变化参数为偏心距和长细比.结果表明:该类柱的承载力随偏心距和长细比的提高而降低,而其延性随偏心距和长细比的提高而增加;达到峰值荷载前,圆端形钢...     

长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土柱的受力性能研究

为研究长期荷载作用对带脱空缺陷钢管混凝土柱受力性能的影响,以脱空类型、脱空率和长期荷载比为主要参数,对长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土短柱的变形特性和承载力进行了试验研究。试验结果表明：在长期荷载作用下,与普通无脱空缺陷钢管混凝土柱类似,脱空缺陷钢管混凝土柱徐变系数终值的上限值为0.9;长期荷载比大的脱空缺陷钢管混凝土柱较长期荷载比小的脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力略大。采用有限元分析软件ABAQUS,对考虑长期荷载作用影响时脱空构件的受力性能进行分析,有限元计算结果和试验结果吻合良好。利用验证过的有限元模型,系统地分析了长细比、含钢率、钢管屈服强度、混凝土强度、长期荷载比、脱空率和荷载偏心率等参数对长期荷载作用下带脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力影响规律。结果表明,混凝土脱空缺陷对考虑长期荷载作用的承载力影响系数的不利影响小于1.5%;现有的考虑长期荷载影响的普通钢管混凝土柱的设计方法可用于预测带脱空缺陷钢管混凝土柱的承载力。     

Behavior of concrete-filled rectangular weathering steel tubular stub columns under axially compressive loading

为了研究耐候钢管混凝土轴压短柱的受力性能,开展了矩形截面形式共4根耐候钢管混凝土轴压短柱试验研究,采用有限元法对试验轴压短柱性能进行了建模分析。结合试验和有限元法,分析比较耐候钢管混凝土轴压短柱与普通钢管混凝土轴压短柱受力性能的差异。研究结果表明：耐候钢材拉伸性能试验表明耐候钢材与碳素钢的力学性能相似,文中采用的钢材本构关系对耐候钢适用;设置约束拉筋使得构件承载力、延性以及钢管对混凝土的约束作用均有提高;耐候钢管混凝土短柱试验研究、有限元分析结果均表明耐候钢管混凝土短柱轴压性能与普通钢管混凝土无显著差异。     

壁式钢管混凝土柱平面外穿芯拉杆-端板连接梁柱节点抗震性能试验研究

壁式钢管混凝土柱是一种特殊的矩形钢管混凝土柱,针对壁式钢管混凝土柱截面特点,提出了壁式钢管混凝土柱平面外穿芯拉杆-端板连接梁柱节点。通过3个足尺节点试件的低周反复加载试验和有限元分析,对其破坏模式、滞回行为、承载能力、变形性能等进行分析。结果表明：节点的破坏模式为钢梁塑性铰区破坏,破坏区域钢梁上下翼缘屈曲或撕裂,梁与端板连接焊缝撕裂;滞回曲线稳定饱满,无明显捏拢;节点域混凝土损伤微小;破坏时位移延性系数大于3.0,等效黏滞阻尼系数大于0.34,具有良好的变形能力。所建立的有限元模型可较为准确地预测该节点在低周反复加载下的滞回行为。分析表明：随着轴压比提高,模型的延性降低;适当的增加钢梁翼缘和端板厚度可以提高节点的承载能力和延性。     

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。     

Nonlinear behavior of concrete-filled stainless steel stiffened slender tube columns

This paper investigates the nonlinear behavior of concrete-filled high strength stainless steel stiffened slender square and rectangular hollow section columns. The stiffened slender tubes had overall depth-to-plate thickness (D/t) ratios ranging 60–160. The concrete strengths covered normal and high-strength concrete. The investigation focused on short axially loaded columns. A nonlinear finite element (FE) model has been developed to study the behavior of the concrete-filled stiffened tube columns. A parametric study was conducted to investigate the effects of cross-section geometry and concrete strength on the behavior and strength of the columns. The results of the concrete-filled stiffened tube columns were compared with the results of the companion concrete-filled unstiffened tube columns. It is shown that the concrete-filled stiffened slender tube columns offer a considerable increase in the column strength and ductility than the concrete-filled unstiffened slender tube columns. The column strengths obtained from the FE analysis were compared with the design strengths calculated using the American specifications and Australian/New Zealand standards. A design equation was proposed for concrete-filled stainless steel stiffened slender tube columns. It is shown that the proposed modified equation provides more accurate design strengths compared to the American and Australian/New Zealand predictions.     

钢管混凝土柱数值模拟与分析

采用非线性有限元分析方法,进行了钢管混凝土柱轴压状态下的数值模拟及分析。其中钢管采用理想弹塑性本构关系模型,核心混凝土采用约束混凝土本构关系模型。其中分析了6个圆钢管混凝土柱在轴向压力作用下的静力性能,分析结果与试验结果吻合较好,证实了该模型的合理性,可为今后的分析提供一定的参考。     

High strength thin-walled rectangular concrete-filled steel tubular slender beam-columns,Part II: Behavior

Experimental and numerical research on full-scale high strength thin-walled rectangular steel slender tubes filled with high strength concrete has not been reported in the literature. In a companion paper, a new numerical model was presented that simulates the nonlinear inelastic behavior of uniaxially loaded high strength thin-walled rectangular concrete-filled steel tubular (CFST) slender beam-columns with local buckling effects. The progressive local and post-local buckling of thin steel tube walls under stress gradients was incorporated in the numerical model. This paper presents the verification of the numerical model developed and its applications to the investigation into the fundamental behavior of high strength thin-walled CFST slender beam-columns. Experimental ultimate strengths and load-deflection responses of CFST slender beam-columns tested by independent researchers are used to verify the accuracy of the numerical model. The verified numerical model is then utilized to investigate the effects of local buckling, column slenderness ratio, depth-to-thickness ratio, loading eccentricity ratio, concrete compressive strengths and steel yield strengths on the behavior of high strength thin-walled CFST slender beam-columns. It is demonstrated that the numerical model is accurate and efficient for determining the behavior of high strength thin-walled CFST slender beam-columns with local buckling effects. Numerical results presented in this study are useful for the development of composite design codes for high strength thin-walled rectangular CFST slender beam-columns.     

热轧H型钢组合柱轴压承载性能研究

热轧H型钢组合柱是由热轧H型钢与钢板焊接拼合而成,并在内部灌注混凝土形成钢-混凝土组合截面构件。为研究热轧H型钢组合柱的轴压承载性能,完成了3个热扎H型钢组合短柱轴压试验,得到了试件在轴压荷载下的破坏形态、荷载-位移关系曲线和荷载-应变关系曲线等。建立了经试验验证的精细化有限元模型,并以钢材强度、混凝土强度和长细比为关键参数进行分析。研究结果表明:热轧H型钢组合柱的延性很好,但是试件端部H型钢外伸翼缘由于约束较弱,所以轴压荷载作用下先行屈曲;试件截面中部腹板拼接焊缝处钢板的宽厚比较大,易出现局部稳定问题;采用的有限元模型可准确模拟试件在轴压荷载下的破坏形态、荷载-位移关系等。在混凝土强度等级C20~C90、钢材强度等级Q235~Q420范围内,基于试验和有限元分析结果,提出钢-混凝土组合构件的轴压短柱承载力和中长柱的稳定承载力计算公式,公式计算结果与试验值及有限元分析值吻合较好。     

设置传力构件的矩形钢管混凝土柱轴压性能分析

采用有限元软件ABAQUS,对不考虑钢管壁与核心混凝土的粘结,只设置传力构件的矩形钢管混凝土轴压柱进行研究分析。分析核心混凝土及钢管壁的轴力-竖向位移曲线,得出设置传力构件的矩形钢管混凝土柱的轴力-竖向位移曲线及混凝土工作承担系数。通过对轴压作用下设置传力构件的矩形钢管混凝土柱性能的研究分析,验证了可采用CECS159∶2004《矩形钢管混凝土结构技术规程》的相关规定对设置传力构件的矩形钢管混凝土柱的轴压承载力进行计算。     

轴压钢管混凝土柱非线性有限元分析

本文介绍了方钢管混凝土柱的三维非线形有限元分析方法,并用该方法分析了两组6个方钢管混凝土轴压短柱的力学性能,有限元计算的极限荷载和荷载应变曲线与试验结果吻合较好。本文方法对于钢管混凝土柱的非线性分析具有借鉴意义。     

钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

本文进行了6个13比例钢板剪力墙的低周反复荷载试验,重点研究了钢板墙极限承载力和滞回性能,为钢板墙结构利用屈曲后强度及抗震设计提供试验依据;本试验揭示了边柱局部屈曲、加劲肋布置形式、加劲板刚度和板高厚比对钢板墙滞回性能的影响。试验结果表明,边柱不出现局部屈曲是钢板墙发挥极限承载力的重要保证;厚板和较强的加劲肋对提高钢板墙滞回曲线的饱满度和滞回环面积是有利的;三种钢板墙以交叉加劲板的承载力和滞回性能最佳,十字加劲板次之,钢板墙结构耗能能力依赖于钢板与边柱的弹塑性变形和钢板面外鼓曲变形。试验曲线与应用弹塑性大挠度有限元法计算的滞回曲线吻合良好;利用屈曲后强度的钢板墙受剪承载力,其试验值与本课题建议公式及有限元值计算结果基本一致。     

组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压试验研究

在分析各种异形钢管混凝土柱工程应用的基础上,提出组合T形截面钢管混凝土柱。考虑长细比、偏心距等参数的影响,设计制作18个组合T形钢管混凝土柱试件。通过偏心受压试验,对长细比16.0<λ≤28.8的组合T形钢管混凝土柱压弯性能进行研究,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-应变曲线和荷载-柱中挠度曲线,分析各参数对试件偏心受压力学性能的影响。通过试验数据回归分析,参考国内外相关规范,提出组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压承载力计算公式。试验结果表明：偏心受压柱均为弯曲失稳破坏,长细比越大,弯曲破坏特征越明显;偏心距越大,试件极限承载力越低。研究表明,组合T形钢管混凝土柱的两个组成部分能很好地协同工作,力学性能较好;所提出的承载力计算公式可供工程设计参考。图10表3参8     

带约束拉杆圆端形钢管混凝土短柱轴压工作机理

针对带约束拉杆圆端形钢管混凝土相对于其他截面钢管混凝土受力性能更加复杂的问题,对带约束拉杆圆端形钢管混凝土截面进行强弱约束分区,将圆端形钢管混凝土截面切分为矩形和半圆形,并分别采用不同的混凝土本构关系修正,提出一种新的圆端形钢管混凝土本构关系式; 最后提出了带约束拉杆圆端形钢管混凝土轴压承载力的推荐公式,并验证了公式的合理性。利用有限元软件对57个模型构件进行精细化分析。改变拉杆直径、混凝土强度、拉杆间距、截面含钢率、高宽比等进行参数研究。结果表明:随着截面含钢率、拉杆直径、拉杆密度的提高,构件的承载力和延性均得到提高; 混凝土强度的提高能提高构件的承载力但会导致延性降低; 提出的推荐公式考虑了拉杆系数的影响,推荐公式计算结果与有限元模拟结果非常吻合,混凝土强度超过80 MPa时,计算结果偏安全,能有效预测构件的承载性能。     

圆端形钢管混凝土中长柱轴压性能

为研究圆端形钢管混凝土中长柱的轴压性能,考虑了构件千分之一杆长的初弯曲,使用有限元软件ABAQUS建立了圆端形钢管混凝土中长柱精细化有限元分析模型,利用已有试验数据验证有限元模型的合理性与精确性,在此基础上分析了试件的变形模式和承载能力状态,比较短柱、中长柱与长柱性能的不同,得出了圆端形钢管混凝土界限长细比。综合分析了长细比、钢管厚度、混凝土强度、钢材强度、高宽比等参数,提出了圆端形钢管混凝土中长柱极限承载力简化计算公式,并对简化计算公式的准确性进行了验证。结果表明:短柱为强度破坏,中长柱发生弹塑性失稳破坏,长柱发生弹性失稳破坏; 在其他条件相同的情况下,圆端形钢管混凝土中长柱的极限承载力、延性与长细比呈负相关,与钢材强度、钢管厚度呈正相关,混凝土强度的变化对承载力和延性的影响不大; 短柱与中长柱界限长细比λ₀=10～11,中长柱与长柱界限长细比λ_p=86.4～96.0; 与试验数据及有限元计算结果相比,承载力公式具有足够精度,可为圆端形钢管混凝土中长柱研究与工程应用提供理论依据。     

基于神经网络的十字形截面方钢管混凝土组合异形柱轴压承载力研究

采用有限元法对方钢管混凝土组合异形柱轴压性能进行模拟分析,通过有限元模型的破坏形式和轴压承载力与试验结果对比,验证了有限元程序的可行性。基于有限元分析结果,训练神经网络,通过承载力的对比,二者误差较小,验证了神经网络的可行性和精确性。利用神经网络对十字形截面方钢管混凝土组合异形柱轴压承载力影响因素进行参数化分析,结果表明承载力随着钢材强度、混凝土强度、钢管高度、钢管尺寸和钢管厚度的增大而增大。     

轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力理论分析及试验研究

研究了由同心设置的内、外圆钢管构成的轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力,分析了单钢管混凝土柱与双钢管混凝土柱的受力机理,并根据纤维模型法原理,采用适用于钢管混凝土受力特性的钢材与混凝土材料本构关系,给出了轴心受压双钢管混凝土短柱的荷载-位移全过程数值分析和正截面承载力计算公式。进行了5个双钢管混凝土短柱的轴心受压试验,验证理论分析的正确性。理论分析与试验研究表明:轴心受压双钢管混凝土短柱与单钢管混凝土柱的受力全过程都可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。双钢管混凝土短柱的破坏形态为腰鼓形,其外层混凝土的工作性能与单钢管中的混凝土大致相同,但内钢管中的内层混凝土受到的约束效应较大,且不是内、外钢管对它的约束效应的叠加,因此对内层混凝土约束效应的确定是计算承载力的关键。通过与相同含钢率的轴心受压单钢管混凝土短柱受力过程的对比得出:双钢管混凝土柱的承载力明显高于单钢管混凝土柱,且具有非常好的延性和整体     

PBL加劲型矩形钢管混凝土不等宽T型节点应力集中系数分析

为研究开孔钢板连接件（PBL）加劲型矩形钢管混凝土T型节点的疲劳性能,进行了T型节点支管受拉、面内受弯及面外受弯的应力集中系数分析。基于矩形钢管混凝土T型节点受拉试验,设计了主管为矩形钢管、矩形钢管混凝土和PBL加劲型矩形钢管混凝土,支管为方钢管的T型节点受拉试件,并采用ABAQUS软件对其进行非线性有限元分析,其中主管钢管宽厚比为27,支主管宽度比为0.4。通过非线性有限元数值模拟,分析热点可能出现位置,并采用二次外推法计算得到支主管的应力集中系数。结果表明:PBL加劲型矩形钢管混凝土节点热点出现位置与矩形钢管节点和矩形钢管混凝土节点一致;与矩形钢管混凝土节点相比,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点的应力集中系数显著降低,抗疲劳性能明显提高。