高温作用后不等肢L形截面型钢混凝土柱偏心受压性能试验研究

对8根不等肢L形截面型钢混凝土柱进行高温作用后的受力性能试验研究,1根未受火柱作为对比试件。柱配钢形式为桁架式配钢,试验中考虑加载角与加载偏心距的影响。通过试验,获得试件破坏形态以及承载力、截面平均应变分布、荷载-滑移曲线和截面变形特性。研究结果表明：柱肢内侧两面受火1 h的不等肢L形截面型钢混凝土柱仍然具有较高的竖向承载能力;空腹式配钢与合理的腹杆布置能够保证型钢与混凝土的协同工作,应变平截面假定仍然适用;不等肢L形截面型钢混凝土柱长肢方向的截面弯曲刚度较短肢的大,加载角0°时的刚度大于加载角45°时的刚度。     

火灾后型钢混凝土异形柱正截面承载力非线性分析

为了研究火灾后型钢混凝土异形柱的正截面承载力,在9根十字形、8根T形、9根等肢L形(简称DL形)和9根不等肢L形(简称BL形)型钢混凝土柱试验研究的基础上,编制了MATLAB非线性程序,通过对比表明运算结果与试验结果基本吻合。利用程序分析了弯矩作用方向角、含钢率、混凝土强度等级和偏心距对火灾后型钢混凝土异形柱正截面承载力的影响。试验结果表明:火灾后型钢混凝土异形柱破坏形式分为受拉破坏、受压破坏、轴心受压破坏和界限破坏;截面应变分布也基本符合平截面假定;在偏心距一定的情况下,0°加载角的承载力高于45°加载角的承载力。在其它因素一定的条件下,构件的极限承载力随含钢率的增大而增大,与混凝土强度等级呈正比,随偏心距的增大而减小。     

火灾后等肢L形型钢混凝土柱偏心受压力学性能试验研究

为研究火灾后等肢L形型钢混凝土柱的力学性能,对4根受火后试件和1根未受火对比试件进行静力加载试验,火灾试验采用ISO834标准升温过程曲线。考虑加载偏心距对试件力学性能的影响。通过试验,得到试件破坏形态以及极限承载力、截面平均应变分布、柱中侧向位移曲线、荷载-滑移曲线和截面特性。研究表明:(1)两面受火1小时的等肢L形型钢混凝土柱仍然具有较高的竖向承载能力;(2)通过空腹式配钢形式与合理的腹杆布置能够保证型钢与混凝土的协同工作能力,平均应变平截面假定仍适用于火灾后等肢L形型钢混凝土柱的分析中;(3)火灾后异形柱截面抗弯能力随着轴力的增加先增大后减小。     

型钢混凝土T形截面构件抗震性能试验研究

通过15个型钢混凝土T形截面构件的低周反复荷载试验,研究了型钢混凝土异形柱和型钢混凝土短肢剪力墙的抗震破损机理及其性能差异,分析了配钢形式、加载方向、剪跨比、肢截面高厚比、轴压比和配箍率等参数对其抗震性能的影响,基于经典四叶状花瓣理论,提出了型钢混凝土T形截面构件双向受剪承载力预测模型。研究结果表明:剪跨比小或配空腹型钢的构件易出现剪切型破坏,而剪跨比大或配实腹式钢构件易出现弯曲型破坏,型钢外围无钢筋笼骨架的易出现黏结破坏;配实腹式钢的T形截面柱在承载能力、刚度退化、位移延性、层间位移角以及耗能能力上均优于配空腹式钢的T形截面柱,沿45°方向加载有利于两柱肢材料力学性能的发挥;肢截面高厚比的增加有利于提高构件的承载力,但降低其位移延性和耗能能力;轴压比在提高型钢混凝土T形截面构件受剪承载力的同时降低了变形能力,而增加配箍率可同时增加型钢混凝土T形截面构件的受剪承载力和变形性能。     

考虑二阶效应的火灾后不等肢L形型钢混凝土异形柱偏心距增大系数的研究

为了研究考虑二阶效应的火灾后不等肢L形型钢混凝土异形柱的偏心距增大系数,选取4种偏心距,按照两种加载角度,对受火1 h后的8根不等肢L形型钢混凝土异形柱进行了常温下的静力加载试验。由于型钢混凝土异形柱含钢量较高,将L形截面按照等形心轴惯性矩的原则等效成矩形截面,计算出偏心距增大系数η矩,并与异形柱的偏心距增大系数η异进行了对比分析,比较两种计算方法,为火灾后异形柱偏心距增大系数的计算提供参考和依据。研究表明:1不等肢L形型钢混凝土异形柱在X、Y两方向抗侧刚度不同导致两方向柱中挠度不同;2矩形柱与异形柱偏心距增大系数η的差值与矩形柱η的比值均在10%以内,计算结果比较接近,其中比值绝对值最大为9.901 8%,出现在BL6的Y方向,其余比值均在5%以内。     

型钢混凝土L形截面柱压弯剪扭的抗震性能

为研究型钢混凝土L形截面柱在压弯剪扭复合受力下的抗震性能,以配钢形式、扭弯比以及肢高肢厚比为变化参数,对12根型钢混凝土L形柱进行恒定轴力下低周反复弯-剪-扭的试验。基于试验数据,对比分析L形柱的破坏特征、滞回曲线以及延性、刚度、耗能等特征点参数;重点研究在压弯剪扭复合受力下不同配钢形式对L形柱抗震性能指标的影响。结果表明：型钢混凝土L形柱的破坏特征差异主要取决于扭弯比的大小,可分为弯曲破坏、弯剪破坏以及弯扭破坏;配钢形式对试件最终破损程度有影响。弯矩-位移、扭矩-扭转角滞回曲线均出现捏拢效应。增大扭弯比可以提高试件抗扭能力但抗弯能力变弱,刚度退化越快;减小肢高肢厚比可以提高型钢混凝土L形截面柱的延性和耗能。综合对比可知,在压弯剪扭复合受力下,空腹式T型钢混凝土L形截面柱具有较好的抗震性能。     

火灾后型钢混凝土异形柱承载力研究

<正>青岛理工大学开展了火灾后型钢混凝土异形柱偏心受压正截面承载力简化计算方法的研究。试验试件共35根型钢混凝土异形柱,其中十字形截面柱9根,T形截面柱8根,等肢L形截面柱9根,不等肢L形截面柱9根。提出了折算截面法,计算火灾后型钢混凝土异形柱偏心受压时正截面承载力,根据试验结果确定了相应的修正系数,计算值与试验值吻合较好。     

型钢混凝土异形柱正截面承载力试验及有限元分析

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱的正截面承载力性能，设计22个试件进行静力和循环加载试验研究，分析其破坏机理。编写了计算机程序，利用程序分析了加载角、截面配钢形式、配钢率、混凝土强度等级以及柱肢高厚比等变化参数对SRC异形柱正截面承载力的影响，并与钢筋混凝土（RC）异形柱的正截面承载力进行对比分析。研究结果表明：SRC异形柱破坏形态表现为大偏心受压破坏、小偏心受压破坏和轴心受压破坏；截面应变基本符合平截面假定；加载角和截面配钢形式对正截面承载能力有显著影响，T形柱的薄弱加载方向是0°、90°和315°，L形柱的薄弱加载方向是90°和315°，十形柱的薄弱加载方向是0°，实腹配钢比空腹配钢试件的承载能力有明显提高；适当增加截面配钢率、混凝土强度等级以及柱肢高厚比均能有效提高SRC异形柱的正截面承载能力；当截面配钢率不大于6%时，SRC异形柱的承载力与普通的RC异形柱相比提高36%以上。     

实腹式型钢混凝土十形与L形截面柱抗震性能试验及有限元分析

采用"建研式"加载装置对实腹式型钢混凝土十形、L形截面柱各3个试件进行了低周反复加载试验。考虑了配钢率和轴压比的影响,观察了试件的受力过程,分析了破坏形态及荷载-位移滞回曲线和骨架曲线、延性、承载力、刚度、耗能能力等抗震性能指标。基于此,采用ABAQUS并调用纤维模型子程序PQ-Fiber对试验进行有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合较好,进而对实腹式型钢混凝土十形和L形截面柱在不同加载角度下的受力性能和轴压比限值进行了分析。结果表明:剪跨比为2.5的实腹式型钢混凝土十形和L形截面柱均呈弯曲型破坏;试件的滞回曲线对称、饱满,延性好,承载力稳定,耗能能力强;十形截面柱沿45°加载时延性最差,沿0°加载时承载力最低; L形截面柱沿45°加载时延性最差,承载力最低。型钢混凝土十形截面柱和L形截面柱二级抗震等级对应的轴压比限值建议分别取0.65和0.45,一级和三级抗震等级时分别减小和增加0.1。     

型钢混凝土T形柱-钢梁空间边节点开裂剪力计算方法

为建立型钢混凝土T形柱框架边节点开裂剪力计算模型,对按"弱节点"设计的10个型钢混凝土T形柱-钢梁空间边节点进行低周反复荷载试验,获取了节点核心区的开裂模式及剪切裂缝的开裂部位。采用叠加原理和弹性理论对型钢混凝土T形柱框架边节点开裂剪力进行分析;基于截面置换法,将实腹式配钢节点核心区型钢腹板的抗剪贡献计入计算模型。研究结果表明:型钢混凝土T形柱-钢梁空间边节点最初于型钢的混凝土保护层出现竖向黏结裂缝;之后,于核心区柱肢面上出现剪切裂缝,其首条斜裂缝的产生部位与加载角度有关,加载角不超过45°时,剪切裂缝最先出现于腹板上,加载角在45°时,剪切裂缝在腹板和翼缘出现的概率一致,加载角为60°时,剪切裂缝最先出现在翼缘上。当加载角在0°~45°以及45°~90°时,T形柱框架空间边节点的开裂剪力验算肢分别以核心区腹板和核心区翼缘为主。无论是叠加原理还是弹性理论,所计算的开裂剪力均大于试验值;相比于实用性更强的叠加原理,弹性理论的计算值更加接近试验结果。     

型钢混凝土T形柱斜截面承载力研究

为研究型钢混凝土T形柱负弯矩区的抗剪性能,设计4个T形试件进行静力单调加载试验,主要考虑剪跨比、配钢形式、配箍率、截面形式4个变化参数,试验过程中捕捉到混凝土应变、型钢应变、角钢应变、跨中挠度等一系列重要数据,并绘制出剪力-挠度,荷载-应变等重要关系曲线,给出混凝土截面应变的分布情况,采用能量等值法分析试件的剪切延性,探讨设计参数对抗剪承载力的影响,给出型钢混凝土T形柱斜截面承载力的计算公式。试验研究和理论分析结果表明:型钢混凝土T形柱的破坏形态有弯剪破坏、剪切粘结破坏,混凝土平均应变沿截面高度分布符合平截面假定;基于叠加法得到的受剪承载力计算公式可以用于计算型钢混凝土T形柱的斜截面剪切强度。     

STUDY ON OBLIQUE SECTION BEARING CAPACITY OF STEEL REINFORCED CONCRETE T-SHAPED COLUMNS

为研究型钢混凝土T形柱负弯矩区的抗剪性能,设计4个T形试件进行静力单调加载试验,主要考虑剪跨比、配钢形式、配箍率、截面形式4个变化参数,试验过程中捕捉到混凝土应变、型钢应变、角钢应变、跨中挠度等一系列重要数据,并绘制出剪力-挠度,荷载-应变等重要关系曲线,给出混凝土截面应变的分布情况,采用能量等值法分析试件的剪切延性,探讨设计参数对抗剪承载力的影响,给出型钢混凝土T形柱斜截面承载力的计算公式。试验研究和理论分析结果表明：型钢混凝土T形柱的破坏形态有弯剪破坏、剪切粘结破坏,混凝土平均应变沿截面高度分布符合平截面假定;基于叠加法得到的受剪承载力计算公式可以用于计算型钢混凝土T形柱的斜截面剪切强度。     

双向加载路径下型钢-混凝土组合柱抗震性能试验研究

通过8根型钢-混凝土组合柱在低周往复荷载作用下的加载试验,研究配钢形式、加载路径对该类组合柱破坏过程、滞回性能、刚度退化、延性性能及累积耗能的影响,分析纵筋及型钢的应变发展。结果表明：在相同含钢率下,配置方钢管的型钢混凝土柱的变形能力比十字形截面型钢的型钢混凝土柱的大,破坏位移角增大了约24%;加载路径对组合柱滞回特性影响显著,在非对称路径加载下,滞回特性亦表现出明显的非对称性;与单向循环加载组合柱相比,双向循环加载组合柱的峰值荷载小、刚度退化快、屈服位移小、延性差、破坏位移角小,但其累积滞回耗能明显大于单向循环加载时的情况;纵筋屈服发生在峰值荷载前,而型钢一般在达到峰值荷载时才屈服;在位移加载后期,双向循环加载组合柱纵筋及型钢应变增长明显较单向加载组合柱的快。因此,双向加载路径对型钢-混凝土组合柱承载能力、变形性能及累积耗能等抗震性能的影响显著,在设计时应予以考虑。     

非对称十字形配钢型钢混凝土矩形截面柱抗震性能试验研究

为适应型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)框架结构在边柱、角柱部位不均匀受力的特征,并简化施工、避免大量型钢开孔和钢筋焊接,提出非对称十字形配钢SRC矩形截面柱构造。开展7根非对称十字形配钢SRC矩形截面柱和1根对称十字形配钢SRC矩形截面柱的低周往复加载试验,分析配钢形式、剪跨比、轴压比和体积配箍率等主要设计参数对柱抗震性能的影响。结果表明：不对称配钢形式使SRC柱的正、负向承载力不对称,正向加载(型钢内缩侧受压)比负向加载先达到峰值荷载;在相同含钢率下,非对称十字形配钢SRC矩形截面柱可达到与对称配钢形式相近的抗震性能;剪跨比的增大使柱的刚度衰减率降低,延性增加,耗能能力提高;增大轴压比,柱刚度退化加剧,延性降低,耗能能力减弱;提高体积配箍率将改善柱的耗能能力和延性。     

Experimental study on seismic behavior of steel reinforced concrete rectangular column with unsymmetrical cross-shaped steel section

为适应型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)框架结构在边柱、角柱部位不均匀受力的特征，并简化施工、避免大量型钢开孔和钢筋焊接，提出非对称十字形配钢SRC矩形截面柱构造。开展7根非对称十字形配钢SRC矩形截面柱和1根对称十字形配钢SRC矩形截面柱的低周往复加载试验，分析配钢形式、剪跨比、轴压比和体积配箍率等主要设计参数对柱抗震性能的影响。结果表明：不对称配钢形式使SRC柱的正、负向承载力不对称，正向加载(型钢内缩侧受压)比负向加载先达到峰值荷载；在相同含钢率下，非对称十字形配钢SRC矩形截面柱可达到与对称配钢形式相近的抗震性能；剪跨比的增大使柱的刚度衰减率降低，延性增加，耗能能力提高；增大轴压比，柱刚度退化加剧，延性降低，耗能能力减弱；提高体积配箍率将改善柱的耗能能力和延性。     

L形型钢混凝土异形柱正截面承载力的理论研究(Ⅱ)——受力性能分析

利用文献[1]编制的型钢混凝土(SRC)异形柱正截面承载力的有限元计算程序,通过计算得到了各设计因素(包括混凝土强度等级、加载角、配钢率、轴压比和肢长比)变化时,L形SRC异形柱正截面受力性能的,N-及M-M,相关曲线.通过对计算结果的分析,得到了5种设计因数变化时,对L形SRC异形柱正截面受力性能的影响规律.     

型钢混凝土异形柱受剪机理及承载力计算

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱的抗震性能,对17个型钢混凝土异形柱试件采用"建研式"加载装置进行低周反复荷载试验,观察了不同配钢形式的SRC异形柱的受力过程和破坏形态。试验表明SRC异形柱的破坏形态有剪切斜压破坏、剪切粘结破坏、剪弯破坏和弯曲破坏;分析了SRC异形柱的破坏机理和特点,给出了荷载-位移滞回曲线和荷载-应变滞回曲线;分别推导了各种配钢形式的SRC异形柱在正向荷载(沿工程轴)以及斜向荷载作用下发生剪切斜压破坏和剪切粘结破坏时的受剪承载力计算公式,计算结果与试验实测值吻合较好。理论分析和试验结果表明:异形柱中的翼缘对构件的抗剪强度有提高作用,提高的程度与荷载作用方向和柱的肢长肢厚比有关,但在肢长肢厚比一定的前提下与肢厚的改变无关。T、L形截面柱的斜向抗剪强度大于正向加载抗剪强度,而十字形截面柱的斜向抗剪强度小于正向加载抗剪强度。     

L形配钢型钢混凝土矩形柱偏压力学性能研究

L形配钢型钢混凝土(SRC)矩形柱用作高层建筑角柱时,可避免T形配钢SRC柱梁柱型钢不连续造成的传力不直接和应力集中问题。为揭示L形配钢SRC柱偏压力学性能,设计了不同荷载偏心率、长细比和不同配钢形式的5根L形配钢SRC矩形柱和1根T形配钢SRC矩形柱并对其开展偏心受压试验。结果表明：L形型钢在混凝土的不均匀约束作用下,试件裂缝双向不对称发展,且在同一截面高度处,L形配钢SRC柱拉压区的钢筋和型钢不同时屈服;但型钢不对称并没有明显降低试件的承载力和延性。在试验研究基础上建立有限元模型,拓展分析荷载偏心率、长细比、腹板偏心对L形配钢SRC柱偏压力学性能的影响。模型分析表明：L形配钢SRC柱的拉压区界限呈斜直线,但因斜率较小且试件承载力与T形配钢方式无明显差异,在构件截面设计时相对受压区高度可按直线进行简化;分析多种工况的有限元模型,建议取荷载偏心率0.45作为构件设计时大小偏压的初步判别标准。     

T形截面SRC异形柱有限元分析

运用有限元软件ABAQUS对型钢混凝土T形截面异形柱在单调荷载作用下的受力情况进行模拟,研究了其在不同的荷载角、轴压比、配钢形式和配钢率下正截面承载力的变化情况,并对模拟结果进行理论分析。分析结果：型钢混凝土T形截面异形柱正截面承载力随轴压比的增加先增大后减小;最不利水平加载角为0°～30°;配钢形式对正截面承载力的影响较大;在合理的截面配钢率下,正截面的承载力随截面的配钢率增大而显著提高。     

考虑二阶效应的火灾后等肢L形型钢混凝土异形柱偏心距增大系数的研究

为了研究考虑二阶效应的火灾后等肢L形型钢混凝土异形柱的偏心距增大系数,在8根受火1 h后的等肢L形型钢混凝土异形柱常温静力加载试验的基础上,测其侧向变形曲线,计算出偏心距增大系数η1,然后将L形截面按照等形心轴惯性矩的原则等效成矩形截面并与异形柱的η2进行比较。为火灾后异形柱偏心距增大系数的计算提供参考和依据。研究表明:通过比较,除DL5的偏心距增大系数相差较大以外,其余计算出的偏心距增大系数比较接近,相差均在10%以内;DL5—DL8异形截面柱的偏心距增大系数要小于矩形截面柱的偏心距增大系数,最大值为10.47%出现在DL5的Y肢方向,表明对于受火后的异形柱来说,双向偏心受压的加载方式更为不利。