钢管混凝土柱交错桁架结构杆件内力试验分析

为了研究钢管混凝土柱交错桁架结构在水平荷载作用下的受力性能,对1个3层1/3缩尺的钢管混凝土柱交错桁架结构进行了水平加载试验.分析了钢管混凝土柱交错桁架结构杆件的内力,试验结果分析表明:在水平荷载作用下,钢管混凝土柱、桁架的弦杆和腹杆主要承受轴向力.相邻两层柱的轴力大小基本相等,有桁架层柱的弯矩要比无桁架层柱小.桁架弦杆的轴力和剪力在跨中较小,两端较大.交错桁架的斜腹杆承受的轴力比竖腹杆承受的轴力大,承受的弯矩比竖腹杆承受的弯矩小.靠近空腹节闯斜腹杆的轴力比与柱相连斜腹杆的轴力大,桁架中间节间竖腹杆的轴力比边节问竖腹杆的轴力小.桁架斜腹杆的屈曲和拉断导致结构破坏.     

被动消能交错桁架滞回性能试验

目的 为了提高交错桁架结构耗能能力,提出在交错桁架结构的斜腹杆上设置摩擦耗能阻尼器,构成被动消能交错桁架结构.方法 分别对1/3缩尺普通交错桁架单元和被动消能交错桁架单元进行低周反复荷载试验,分析两种交错桁架单元在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力.结果 普通交错桁架单元依靠杆件的塑性变形耗能,滞回曲线不饱满,耗能能力有限,斜腹杆屈曲后,结构的刚度和承载力迅速降低,桁架单元的延性较差.被动消能交错桁架单元主要依靠摩擦耗能器耗能,滞回曲线饱满,呈平行四边形,耗能能力较强;被动消能交错桁架单元在摩擦阻尼器滑移前,水平刚度较大,摩擦耗能器滑移后,结构刚度降低,发生内力重分配;被动消能交错桁架单元,变形能力强,延性好.结论 在桁架的斜腹杆上设置摩擦阻尼器,可以有效地提高结构的耗能能力和延性.     

竖向荷载下套管节点装配式交错桁架受力性能研究

为研究竖向荷载下桁架与方钢管混凝土柱套管节点装配式交错桁架的受力性能,按实际受力和等强原则设计了2种不同套管节点形式的1/2比例缩尺交错桁架模型试件,并对其进行了竖向静力加载试验研究,得到了试件的破坏形态、承载力、刚度以及应变分布规律.采用ABAQUS建立了试验试件的有限元模型,以轴压比和混凝土强度为参数,研究了其对交错桁架承载力的影响.结果表明:与按实际受力设计节点的交错桁架结构相比,按等强设计节点的刚度和承载能力都较大,节点宜按等强设计;减小轴压比或提高混凝土强度均会提高结构竖向极限承载力,但差别不大.     

方钢管混凝土框架-斜加劲薄钢板剪力墙的抗震性能试验研究

对2个单跨两层1:3比例的方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙试件进行了低周反复荷载试验,研究了斜十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能,并与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙进行比较.得到了方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移及抗震性能指标,分析了结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等力学性能.结果表明,方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有较高的侧向刚度和承载力,良好的延性及耗能性能;斜十字加劲肋的设置提高了薄钢板剪力墙的强度和刚度,有效抑制了钢板墙的面外变形.方钢管混凝土竖向边缘构件保证了薄钢板剪力墙性能的充分发挥.     

方钢管混凝土框架-斜十字加劲薄钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

对三个1/3比例单跨两层方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验,研究了梁柱连接为穿心高强螺栓-端板节点和内隔板式节点对试件性能影响,并将方钢管混凝土框架-斜十字加劲薄钢板剪力墙与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙进行对比.得到了试件的破坏形态、滞回曲线、延性、刚度、耗能能力等抗震性能指标,分析了其破坏特征、承载能力及刚度退化等力学性能.结果表明:方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有较高的承载力、抗侧刚度和良好的耗能性能.斜加劲肋能有效限制薄钢板剪力墙面外变形,提高结构初始刚度和承载力,有效减轻滞回曲线"捏缩".穿心高强螺栓-端板节点提高了节点域刚度,延缓了柱壁鼓曲.方钢管混凝土竖向边缘构件确保了薄钢板剪力墙性能充分发挥.     

钢管混凝土柱与桁架穿芯螺栓端板式连接节点试验研究

为了研究矩形钢管混凝土柱与交错桁架穿心螺栓端板式节点抗震性能,对2个节点试件进行了低周反复荷载试验,在此基础上对节点的受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、强度退化、刚度退化和耗能能力等抗震性能进行了较为深入的研究与分析.试验结果表明:穿芯螺栓能够有效地传递桁架拉力;试件滞回曲线呈反S形;节点具有较好的承载力、耗能性能及滞回特征;在整个加载过程中节点的刚度退化明显;随着端板厚度的增加,节点的承载力增加,延性变差;节点转动能力满足抗震性能的要求.     

框支短肢剪力墙结构中斜柱转换结构的抗震试验研究

通过对两榀框支短肢剪力墙斜柱转换结构在竖向荷载及水平低周反复荷载共同作用下的拟静力试验,分析了试件的应力分布状态、破坏形态、荷载传递规律以及转换梁的受力性能和试件的抗震性能.试验结果表明,斜柱式转换结构受力特点类似于一个简单桁架,转换层上层传力梁强度和刚度对转换梁性能有重要的影响,设计合理的框支短肢剪力墙-斜柱转换结构具有较好的延性,可以形成多道抗震防线,从而获得较好的抗震性能.     

叠合柱边框内藏钢桁架带洞口组合核心简抗震性能研究

提出了钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒,为了解该新型多重组合带洞口核心筒的抗震性能,进行了1个钢管混凝土叠合柱边框带洞口混凝土组合核心筒和1个钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架带洞口混凝土组合核心筒的低周反复荷载试验研究,2个试验模型按原型结构的1/6缩尺.在试验研究基础上,分析比较了2个核心筒的滞回特性、承载力、延性、刚度衰减、耗能能力和破坏形态.结果表明,与钢管混凝土叠合柱边框带洞口混凝土组合核心筒相比,钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架带洞口混凝土组合核心筒的抗震性能显著提高,建立了其承载力简化力学模型,计算结果与试验结果符合较好.     

偏心腹杆式交错桁架结构滞回性能有限元分析

为研究偏心腹杆式交错桁架单元的滞回性能,探索偏心腹杆式交错桁架的合理布置形式,应用ANSYS软件对5种不同节间布置形式的偏心腹杆式交错桁架单元试件进行非线性的有限元分析,对比分析表明,偏心腹杆式交错桁架的滞回性能与内填的Y形偏心腹杆数量相关,适当布置斜腹杆有利于提高偏心腹杆式交错桁架单元的水平刚度.     

框支短肢剪力墙结构中斜柱转换结构抗震试验研究

通过对两榀框支短肢剪力墙斜柱转换结构在竖向荷载及水平低周反复荷载共同作用下的拟静力试验,分析了试件的应力分布状态、破坏形态、荷载传递规律以及转换梁的受力性能和试件的抗震性能。试验结果表明,斜柱式转换结构受力特点类似于一个简单桁架,转换层上层传力梁强度和刚度对转换梁性能有重要的影响,设计合理的框支短肢剪力墙-斜柱转换结构具有较好的延性,可以形成多道抗震防线,从而获得较好的抗震性能。     

矩形钢管混凝土桁架静力性能非线性有限元分析

为了研究矩形钢管混凝土桁架的静力性能和分析模型,采用非线性有限元法,建立了两种不同的杆系模型,并将分析结果进行比较.结果表明:单材料模型对矩形钢管混凝土桁架的分析结果较为可靠,但材料本构关系成为有限元分析的关键;矩形钢管混凝土桁架的破坏并不是杆件造成的,而是由节点失效引起的,且失效将发生在相对变形量较大的节点位置;分析所得极限承载力为桁架节点发生塑性变形时荷载值,与桁架整体极限承载力稍有偏差,但分析模型能够满足桁架在桥梁结构中的设计要求.     

受压弦杆填充混凝土的带悬挑预应力矩形钢管桁架

通过对3个大尺寸的大跨带悬挑预应力矩形钢管混凝土桁架、预应力矩形钢管桁架和矩形钢管混凝土桁架模型对比试验,考察了这些桁架结构的破坏形态、变形特点和承载性能。试验结果表明,施加预应力并填充混凝土的桁架试件的变形减小,极限承载力也明显提高,填充混凝土可以有效防止受压钢管壁的局部屈曲,试件破坏受材料的强度控制,为工程设计和施工提供了参考依据。     

矩形钢管混凝土框架的非线性有限元分析

基于一榀单跨两层矩形钢管混凝土框架的抗震性能试验,利用通用有限元软件ABAQUS建立了框架的非线性有限元分析模型,模型中考虑了混凝土反复荷载下的刚度退化.通过与试验结果的对比分析,证明利用该模型进行矩形钢管混凝土框架结构的有限元分析是可行的,能真实反映框架结构各阶段的受力状态和最终的破坏结果,具有较大的实用价值,可利用该模型进行不同类型钢管混凝土框架结构的全过程非线性分析,揭示其组成构件的工作机理和破坏过程,以及构件在受力过程中的应力分布等微观机理,为钢管混凝土结构的推广应用以及合理设计奠定基础.此外,通过有限元分析还可以得知框架结构中梁、柱的受力状况和材料利用状况,为结构的优化设计提供依据.     

钢骨-钢管混凝土框架结构抗震性能比较

运用SAP2000有限元分析软件对钢骨-钢管混凝土框架结构进行模态分析和地震响应弹塑性时程分析,并结合8层钢管混凝土框架结构和钢骨-钢管混凝土框架结构工程进行比较。结果表明：不同地震波作用下,钢骨-钢管混凝土框架结构层间位移最大值、顶层的最大层间位移角、水平向加速度峰值及基底剪力最大值均小于钢管混凝土框架结构,其抵抗水平地震作用的能力优于钢管混凝土框架结构,对地震的响应弱于钢管混凝土框架结构,对地震的迟滞作用好于钢管混凝土框架结构。     

钢管自密实混凝土柱轴心受压承载力试验

对18根钢管自密实高性能混凝土柱进行了轴压强度承载力的试验研究,试验的主要参数分别为自密实混凝土的配合比和加载方式。在确定组成钢管自密实高性能混凝土柱的钢材与混凝土的应力-应变关系的基础上,利用钢管混凝土柱轴压强度承载力的实用计算方法对其受力性能进行了理论分析,并采用有限元程序ANSYS对轴压柱的荷载-应变关系进行了分析,最后得出了试验值高于理论分析值,而与有限元计算值吻合较好的结论。该试验结论对相关工程实践具有一定的参考价值。     

改进的组合式L形钢管混凝土柱力学性能试验

为研究改进的组合式L形钢管混凝土柱力学性能,对18个改进的组合式L形钢管混凝土柱进行了轴压试验,分析了钢管厚度、混凝土强度和长细比等参数对试件力学性能的影响,提出了改进的组合式L形钢管混凝土柱承载力计算公式.研究结果表明:试件最终破坏形态主要表现为腰鼓型破坏、局部鼓曲(或拉裂)型破坏和弯曲型破坏;钢管厚度、混凝土强度和长细比均是影响承载力的主要因素,但增加钢管厚度更有利于承载力的提高;含钢率α越大,钢管对核心混凝土的约束作用越强;承载力公式计算结果与试验结果吻合较好.     

圆不锈钢管混凝土短柱轴压承载力模型研究

不锈钢管混凝土结构因具有良好的耐腐蚀性能和承载力高等优点,在海洋平台、桥梁、地下工程中具有极佳的应用前景,但是其承载力计算方法却没有明确的相关规定。为了研究圆不锈钢管混凝土柱轴压承载力,对不同径厚比的奥氏体型无缝圆不锈钢管混凝土短柱进行轴压试验,得到圆不锈钢管混凝土短柱在轴压下的破坏模式、荷载-轴向变形曲线、荷载-环向应变曲线、荷载-纵向应变曲线、承载力与不锈钢圆管约束系数的关系、试件的延性与不锈钢圆管约束系数的关系;同时,基于本文和相关文献的试验数据,通过拟合得到了圆不锈钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,并与欧洲规范(Eurocode 4)、美国规范(ACI 318-99)、日本规范(AIJ-CFT)、中国规程(CECS 28:2012)、福建省地方标准(DBJ 13-51-2003)、行业标准(DL/T5085-1999)的计算结果进行对比分析;最后,由拟合公式推导得出了圆不锈钢管混凝土抗压承载力模型,并与Mander模型、Li模型、Xiao模型、Teng模型进行比较。研究结果表明：圆不锈钢管混凝土短柱在轴压作用下,其典型的破坏形式为向外局部屈曲破坏,不锈钢管对核心混凝土的约束作用、试件的延性和承载力随约束效应系数的增加而增大;相关规程中普通钢管混凝土承载力计算方法应用于圆不锈钢管混凝土短柱承载力计算时偏小,采用本文拟合公式的计算结果更接近试验值;同时,本文的圆不锈钢管混凝土承载力模型、Xiao模型和Teng模型与试验结果较接近,但采用本文模型计算结果标准差更小,得出的圆不锈钢管混凝土短柱承载力较Xiao模型和Teng模型稍微偏大。     

异形钢管混凝土轴压短柱的非线性分析

为深入了解L形钢管混凝土柱在轴压荷载作用下的力学性能,以试验为基础,参考常用的方钢管混凝土柱核心混凝土本构关系,提出采用等效约束效应系数ξDB来考虑L形钢管对混凝土的约束作用,利用有限元软件ABAQUS建模对L形钢管混凝土柱轴压时的力学性能进行了非线性分析,给出了有限元计算钢管和核心混凝土本构关系模型、钢管与混凝土间界面模型的确定方法,计算和分析了其荷载-变形关系曲线,计算结果与试验结果吻合较好。典型L形钢管混凝土轴压短荷载-变形关系曲线可以分为3个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和下降段,在此基础上研究了宽厚比、长宽比、钢管屈服强度和混凝土强度对L形钢管混凝土柱承载力提高系数的影响。     

钢管混凝土轴压短柱的极限承载力分析

基于双剪统一强度理论,充分考虑了中间主应力,即钢管和核心混凝土之间的相互作用力（紧箍力）的影响,推导出了钢管混凝土轴心受压短柱的承栽力公式。该公式不仅考虑了紧箍力对混凝土的约束作用,而且考虑了紧箍力对钢管的环向张拉作用,并对其侧压系数和材料强度参数的取值做了分析探讨,最后将计算结果与文献资料的试验数据进行了对比。结果表明：双剪统一强度理论对钢管混凝土构件的研究有很好的适用性;考虑紧箍力对钢管承载力的影响是非常有必要的;该研究为钢管混凝土结构的优化设计提供了可靠的理论依据。     

端部带拉筋方钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁框架结构抗震性能试验研究

“柱铰”是造成结构垮塌的主要因素。采取必要的结构构造措施在不增大结构刚度的基础上避免“柱铰”的形成是一个亟待思考与解决的课题。为提高钢管混凝土组合框架结构在地震荷载作用下的抗震性能,提出了一种柱端带拉筋方钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁框架结构体系。通过对普通及端部带拉筋方钢管混凝土组合平面框架结构进行水平低周反复荷载试验,研究了柱端拉筋与梁柱抗弯承载力比对组合框架结构滞回性能、变形能力和破坏模式的影响。研究结果表明：两类组合框架结构均具有较好的抗震性能和耗能能力;试件的破坏模式主要有钢管局部屈曲、混凝土板开裂和钢管撕裂等;端部带拉筋方钢管混凝土组合框架结构的承载力与耗能能力优于普通方钢管混凝土组合框架结构;柱端拉筋能延缓结构塑性铰的出现,提高结构抗震耗能性。研究成果可为钢-混组合结构体系在抗震设防高烈度地区和城市人口密集区域的推广应用提供参考。