外方内圆复合钢管高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究外方内圆复合钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了6个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为轴压比、方钢管壁板厚度及其宽厚比、圆钢管混凝土套箍指标。试验结果表明：6个试件的破坏形态基本相同,均为距柱底约300 mm高度范围内方钢管外鼓屈曲,方、圆钢管之间混凝土局部破坏;试件的水平荷载 位移滞回曲线饱满,无明显捏拢;峰值水平荷载时,轴压比设计值约为1.0的试件位移角略小于1/100,其它5个试件位移角均大于1/100;减小方钢管壁板的宽厚比,或增大圆钢管混凝土的套箍指标,可增大试件的初始割线刚度以及极限位移角;增大方钢管壁板的厚度,可提高试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力。采用叠加方法与平截面假定方法计算试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力,计算值与实测值吻合较好。     

震后可快速恢复功能的双钢管混凝土柱试验研究

为研究外方内圆双钢管高强混凝土(CFDT)柱能否在大震后快速恢复其结构功能,完成了4个试件的拟静力试验,试件方钢管壁板宽厚比为24.7。结果表明,位移角达到1/100时,方钢管壁板未鼓曲,外观无损坏,不需修理即可继续使用;试件的水平力-位移滞回曲线饱满,极限位移角大于1/40;轴压比设计值为0.8及1.0的CFDT柱试件,其抗震性能基本相同;方钢管的加劲板与圆钢管焊接,使试件的极限位移角增大。     

薄壁方钢管再生混合柱抗震性能试验研究

通过15根薄壁方钢管再生混合柱在定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验,研究了废弃混凝土取代率、钢管壁厚、轴压比等参数对试件抗震性能的影响。基于新、旧混凝土的组合强度,根据国内外钢管混凝土结构的设计标准以及基于ABAQUS的纤维梁单元模型,对试件的水平承载力进行了计算分析。研究表明：废弃混凝土取代率在0~40%之间变化对试件的初始抗侧刚度、钢管局部屈曲、破坏位移、负刚度段行为、等效黏滞阻尼系数、滞回曲线形状影响有限,但再生混合柱的水平承载力总体上比全现浇柱有所降低;当钢管壁厚在1.78~5.50mm之间变化时,随钢管壁厚增加试件并未表现出更好的变形能力;在钢管壁厚仅1.78 mm（宽厚比168.5）的情况下,轴压比0.4的再生混合柱的破坏位移角可达1/35,满足我国现行抗震规范的层间位移角限值要求;采用5部现行标准计算薄壁方钢管再生混合柱的水平承载力可获得与同条件全现浇柱相当的安全性;横截面积和用钢量相同时,薄壁方钢管再生混合柱的抗震性能优于钢筋混凝土柱。研究发现,薄壁方钢管再生混合柱应用于中、低轴压比（实际轴压比小于0.4）的情况是可行的。     

方钢管再生混凝土中长柱抗震性能试验研究

为研究方钢管再生混凝土中长柱的抗震性能,对6根试件进行定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验。研究钢管壁厚、轴压比和长细比3个参数对试件抗震性能的影响,分析各试件的破坏形态、滞回特性、承载力、延性、耗能能力和刚度退化过程。结果表明:钢管壁厚为3.83~5.93 mm时,滞回曲线饱满,延性系数为2.61~3.41,等效黏滞阻尼比为0.361~0.415,变形能力和耗能能力较好;随着钢管壁厚增加,试件的变形、耗能能力和水平承载力提高;随着长细比增大,变形能力和耗能能力有所提高,而水平承载力明显降低;随着轴压比提高,水平承载力稍有提高,而变形能力减小;当轴压比为0.4时,方钢管再生混凝土中长柱的极限位移角达1/28.7,满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的层间位移角限值要求。     

高轴压比钢骨混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究高轴压比钢骨混凝土剪力墙的抗震性能,完成了6片剪跨比为2.43、轴压比试验值为0.33~0.35的钢筋、钢骨和钢管混凝土剪力墙试件的往复水平力加载试验。试验表明:试件的纵筋和钢骨(钢管)受压屈服先于受拉屈服。试件的破坏形态为底部混凝土压碎剥落,约束边缘构件内的纵筋和钢骨(钢管)压曲,试件丧失竖向承载力。钢骨和钢管提高了试件的正截面承载力,且随位移增大试件能稳定地保持最大承载力。配置工字钢、槽钢和方钢管的试件的极限位移角为1/73~1/59,与钢筋混凝土试件基本相同;配置圆钢管的试件的极限位移角达1/44,墙端约束边缘构件配置圆钢管对提高高轴压比剪力墙的变形能力有显著作用。根据试验结果,提出了高轴压比钢骨混凝土剪力墙屈服、承载力极限状态和变形极限状态的截面应变、应力分布,建立了正截面承载力的计算式和顶点水平位移计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

不同构造多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能试验研究

为研究不同构造的八边形钢管混凝土异形柱抗震性能,设计了4个1/30缩尺试件并进行低周反复荷载试验,从破坏特征、承载能力、滞回性能、刚度、延性以及耗能等方面分析其抗震性能。其中,四种截面构造包括13腔体基本构造、5腔体简化构造、角部角钢加强构造、角部圆钢管加强构造。试验结果表明：八边形异形截面钢管混凝土柱四种截面构造中,角部圆钢管加强试件抗震性能最好,角部角钢加强试件抗震性能其次,5腔体简化型试件和13腔体基本型试件承载力有较大差异,但5腔体简化型试件具有更好的延性,耗能能力差异不显著;试件屈服位移角均值为1/111,破坏时位移角均大于1/37,具有良好的延性。采用条带法计算试件承载力,计算值与试验值吻合良好。     

圆钢管混凝土悬臂长柱压弯构件抗震性能研究

对2个圆钢管混凝土悬臂长柱压弯试件和1个钢管柱对比试件进行了低周反复加载试验,研究了轴压力和钢管内填混凝土对试件抗震性能的影响,得到了试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线等抗震性能指标,分析了试件的破坏形态、刚度退化以及耗能能力。结果表明:各试件的破坏形态为底部管壁鼓曲,底部一定范围内混凝土出现裂缝;与钢管柱压弯试件相比,钢管混凝土柱压弯试件的屈服承载力和刚度均增大,具有更好的抗震性能;随着轴压力的增大,钢管混凝土柱压弯试件的屈服荷载和刚度均有所减小,抗震性能降低。基于试验数据,采用有限元软件ABAQUS进行分析,分析结果与试验结果吻合较好。在此基础上,利用该数值方法对圆钢管混凝土悬臂长柱进行参数分析,分析结果表明,轴压比和含钢率对圆钢管混凝土柱压弯试件的屈服荷载、水平荷载、耗能能力以及刚度退化均有明显的影响,而混凝土强度等级和钢材强度对其影响较小。     

大尺寸圆钢管混凝土柱爆炸试验研究

为了研究大尺寸圆钢管混凝土柱的抗爆性能,通过四根圆钢管混凝土柱试件的现场爆炸试验,得到跨中位移时程曲线,分析了柱的位移变化,且研究了钢管壁厚和炸药当量对圆钢管混凝土柱抗爆性能的影响。结果表明:(1)随着钢管壁厚的增加,试件的跨中最大位移较明显减小;(2)随着炸药当量的增加,试件跨中最大变形显著增大。     

配筋圆钢管自密实混凝土柱抗震性能试验研究

通过7根配筋圆钢管自密实混凝土柱和1根圆钢管自密实混凝土对比柱的低周反复荷载试验,研究了纵筋配筋率、轴压比和钢管壁厚对配筋圆钢管自密实混凝土柱的承载力、延性、耗能能力和性能退化规律的影响。试验结果表明:配筋圆钢管自密实混凝土试件的滞回曲线饱满,表现出良好的抗震性能,在加载中后期,配筋试件的纵筋屈服,强度得到发挥,配筋圆钢管自密实混凝土试件的承载力和延性较普通圆钢管自密实混凝土试件均有不同程度提高,同时,耗能性能提高,且纵筋配筋率越大,配筋圆钢管自密实混凝土试件的承载力和延性也越大。轴压比和钢管壁厚对配筋圆钢管自密实混凝土柱抗震性能的影响规律与普通圆钢管混凝土柱相同。     

不同构造异形截面多腔钢管混凝土分叉柱抗震性能试验

为研究截面加强构造对异形截面多腔钢管混凝土分叉柱长轴方向抗震性能的影响，进行了5个试件在轴向压力作用下，水平荷载往复加载2次的低周反复荷载试验。截面构造主要包括1种基本构造和4种加强构造，加强构造主要有，上柱及下柱分叉面下一层纵向受力钢板加厚构造，下柱分叉面下一层增加腔体构造，及在多腔加强基础上角部腔体内设置角钢或圆钢管的加强构造。试验结果表明：试件破坏大多发生在下柱下水平隔板处，表现为焊缝边缘热影响区钢板开裂及延伸引起的钢板撕裂；焊缝布置位置是影响试件破坏形态的主要因素；角部腔体内设置角钢或圆钢管构造效果最好，增厚钢板构造效果次之，多腔加强构造效果最差；各试件承载力退化不明显，上柱变形、耗能较下柱高；各试件的屈服位移角均值约为1/101，峰值荷载对应位移角约为1/42，最大弹塑性位移角约为1/29，可用于超高层巨型框架结构设计。     

不等高H形钢梁-钢管再生块体混凝土柱异型节点抗震性能试验研究

为了研究左右不等高H形钢梁-钢管再生块体混凝土柱异型节点的抗震性能,对2个该类节点试件进行了往复加载试验,考察了再生块体混凝土取代率对节点抗震性能的影响,得到了节点的破坏形式,并建立了节点有限元分析模型,对其抗震性能进行了参数分析。结果表明：在圆钢管混凝土柱异型节点中使用再生块体混凝土,与不使用再生块体混凝土节点相比,其抗震性能差异很小;对于左右不等高H形钢梁-圆钢管混凝土柱异型节点,在加载过程中,上部节点域的应变大于下部节点域的,最终会导致上部节点域发生剪切破坏;在设计时,应以上部节点域作为节点抗剪设计的控制区域;对于合理设计的钢管壁厚,可以避免发生节点区钢管壁剪切破坏。     

大直径钢管混凝土柱抗震性能试验研究及承载力计算

为研究径厚比对大直径钢管混凝土柱抗震性能的影响，进行了2个直径600mm圆钢管混凝土柱试件在恒定轴向压力和水平往复荷载作用下的加载试验，对比分析了不同径厚比(分别为37.5、50.0)试件的破坏形态、滞回特性、钢管应变发展规律以及核心配筋的受力情况。试验结果表明：大直径钢管混凝土柱在压弯荷载作用下，滞回曲线非常饱满，耗能性能优越，均表现出良好的变形能力。随着试件径厚比加大，最大位移角与等效阻尼比均略有减小。柱根部混凝土压溃、钢管鼓曲主要发生在支座底板与下部第一排栓钉之间，栓钉对管壁面外变形具有明显的约束作用；当径厚比较小时，钢管管壁对混凝土的约束作用较强，残余变形较小。核心纵向钢筋基本处于弹性状态，箍筋未屈服，对内部混凝土的约束作用较小，但钢筋与混凝土之间存在明显的滑移现象。大直径钢管混凝土压弯构件的受弯承载力试验值显著高于按照我国现行相关规范、规程公式得到的计算值，说明采用我国现行相关技术规范中的承载力计算公式进行大直径钢管混凝土柱设计，结果偏于安全。     

钢管混凝土柱轴压力-弯矩-扭矩空间复合受力拟静力试验研究

采用自行设计的压力-弯矩-扭矩复合受力加载装置,基于力-位移混合控制加载方法,完成了8个钢管混凝土柱试件在压-弯-扭等复合荷载作用下的拟静力试验,变化了截面形式、加载方式和弯扭比等参数。试验结果表明：圆钢管混凝土柱和矩形钢管混凝土柱在压-弯-扭等复合受力往复荷载作用下的滞回曲线较为饱满,没有“捏拢”现象产生,具有较好的耗能能力;弯扭比较大的矩形钢管混凝土试件在扭转角较大时由于钢管底部局部屈曲较为明显,存在承载力退化现象;钢管混凝土截面轴向应变基本满足平截面假定;弯矩的存在将削弱钢管混凝土柱的受扭能力;在压-弯-扭等复合受力往复荷载作用下,钢管剪应变与扭转角之间存在较好的线性关系。对试验实测结果和已有文献分析表明：在弯扭比较大时由主压应力导致钢管表面发生局部鼓曲而破坏,弯扭比较小时,主拉应变将导致钢管混凝土柱表面在低周往复荷载作用下开裂。研究成果可为进一步开发考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁单元提供基础性依据。     

新型钢管混凝土梁柱节点力学性能试验研究

为研究内加强环式圆钢管混凝土柱与矩形钢管混凝土梁这种新型连接节点的力学性能,设计了缩尺钢管混凝土梁柱节点试件,开展了相同梁柱节点试件的静力加载试验和低周往复加载试验。通过研究该节点试件的破坏模式、荷载-位移曲线以及拟静力加载试验的骨架曲线、核心区剪切变形等,分析了节点试件的承载能力、延性和耗能能力,全面考察了同一梁柱节点在静力加载和低周往复加载两种工况下的受力性能和破坏模式。结果表明：钢管混凝土梁柱节点试件核心区强度较强,破坏模式主要为梁端破坏,低周往复加载试验时试件梁柱连接处附近的梁端钢板发生拉裂破坏和钢板鼓曲,静力加载试验时试件梁端焊缝发生拉裂破坏;试件延性较好,加载过程中经历了弹性、弹塑性和塑性发展阶段。最后提出了该类钢管混凝土梁柱节点核心区的抗剪强度计算公式。     

钢管混凝土拱柱结构抗震性能试验与有限元分析

为了研究单点往复荷载作用下钢管混凝土拱柱结构的抗震性能,设计了一个由两个正方形截面的钢骨混凝土柱与单个圆钢管混凝土拱肋组成的单层单跨钢管混凝土拱柱结构,进行了低周往复加载静力试验和有限元分析。结果表明:结构靠近加载点侧的柱脚和拱脚区域首先出现塑性铰,且损伤相对较严重;结构正向加载的承载能力特征值和屈服位移略小于反向加载对应值,但强屈比、延性系数和刚度略大于反向加载时的对应值,应按位移进行设计控制;结构屈服后的滞回环面积和等效粘滞阻尼系数均呈现大幅度提升,表现出了较好的抗震耗能能力;等效梁柱法可用于预测钢管混凝土拱柱结构的承载力变化规律。     

高温喷水冷却后方与圆钢管混凝土柱轴压性能及损伤研究

为研究高温喷水冷却后方与圆钢管混凝土柱的力学性能及损伤演化差异,以截面形式、高温温度、混凝土强度、冷却方式为变量设计了方、圆钢管混凝土柱各14根,对其高温喷水冷却处理后进行轴压试验,对比方与圆钢管混凝土柱峰值应力、初始刚度、延性系数、耗能系数等力学性能指标。确定试件损伤程度,对比方与圆钢管试件损伤随温度的演化规律,以及剩余承载力与损伤的关系。结果表明：高温喷水冷却后,圆钢管试件峰值应力、延性、耗能能力更大;随温度升高,圆钢管试件剩余承载力退化更慢,而方钢管试件延性以及耗能能力提高更快;相对于圆钢管试件,喷水冷却对方钢管试件延性、耗能的影响更为明显;随温度升高,方钢管试件损伤发展更快,且剩余承载力随损伤发展下降更迅速。     

方钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究方钢管再生混凝土柱的抗震性能,采用正交设计方法设计并制作了9个试件,并对其进行拟静力试验。考虑钢管壁厚、再生骨料取代率和轴压比3个变化参数,观察试件加载全过程和破坏形态,分析试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能和刚度退化。结果表明:方钢管再生混凝土柱试件破坏过程及破坏形态与普通钢管混凝土柱类似,主要表现为柱底钢管的鼓曲破坏;试件的滞回曲线均比较饱满,没有明显的捏缩现象,试件的变形性能良好;再生骨料取代率对钢管再生混凝土柱的位移延性系数影响较小,主要受钢管壁厚及轴压比的影响;加载完成后,各试件的等效黏滞阻尼系数达到0.2以上,表现出良好的耗能能力;试件刚度主要受钢管壁厚和轴压比的影响,再生骨料置换率对试件刚度的影响不大;三线型的P-Δ骨架曲线模型无量纲化后,试验数据有较好的规律。     

高温喷水冷却后方钢管与圆钢管再生混凝土短柱轴压性能对比分析

为研究高温喷水冷却后方钢管与圆钢管再生混凝土短柱轴压性能差异,以方和圆两种截面形式、历经最高温度、再生粗骨料取代率和冷却方式为变化参数,对各27根方钢管和圆钢管再生混凝土短柱进行高温冷却后轴压加载试验,观察了试件的破坏过程,对比分析了方钢管与圆钢管试件的承载力、初始轴压刚度、延性及耗能的差异。结果表明:方钢管试件的初始轴压刚度和耗能能力受冷却方式的影响显著,圆钢管试件的承载力和延性受冷却方式的影响显著;随着温度T的不断升高,方钢管试件承载力退化、延性变化及耗能能力变化较圆钢管试件相比更为显著;对于初始轴压刚度,当温度较低时,方钢管试件退化更大,当温度较高时,圆钢管试件退化更大;取代率对方钢管试件的承载力和圆钢管试件的初始轴压刚度影响较大,且随着取代率r的增大,方钢管试件的延性系数和耗能系数增大,而圆钢管试件的延性系数和耗能系数减小。     

侧向冲击作用下圆钢管-钢骨混凝土柱抗冲击性能研究

为研究钢管-钢骨混凝土柱的抗冲击性能,利用非线性有限元软件ABAQUS建立了圆钢管-钢骨混凝土柱数值模型。并与已有冲击试验进行对比验证,以保证建模方法的正确性。基于验证后的建模方法研究了侧向冲击作用下圆钢管-钢骨混凝土柱的抗冲击性能,重点分析了冲击质量、冲击速度、钢管壁厚、轴压比和长细比对圆钢管-钢骨混凝土柱抗冲击性能的影响,并对比分析了不同截面形式复合柱的抗冲击性能。结果表明：随着冲击质量和冲击速度的增大,冲击力峰值、冲击力平台值、跨中挠度及冲击力持续时间增长;合理增加钢管壁厚和内插钢骨可以明显改善柱的抗冲击性能;在用钢量和混凝土用量相同时,圆钢管混凝土柱抗冲击性能最优,圆钢管-钢骨混凝土柱次之,方钢管-钢骨混凝土柱较差。     

#br# 偏压荷载下钢管混凝土柱的抗扭性能试验研究

自重和水平地震作用将对曲线梁桥中墩梁固结的墩柱和拱桥钢管混凝土结构的主拱产生偏压和扭转复合效应。为研究钢管混凝土柱在偏压荷载作用下的抗扭性能,完成了8个不同截面形状钢管混凝土柱试件单调纯扭加载、往复纯扭加载和偏压-往复扭转加载拟静力试验。试验结果表明：钢管混凝土柱在往复扭转作用下的滞回曲线较为饱满,没有“捏拢”现象产生,试件的强度和刚度的损伤退化程度较低,具有较好的耗能能力。矮柱试件破坏现象较高柱试件更为明显,矮柱试件的屈服转角小于高柱,屈服扭矩与高柱相差不大,极限承载力大于高柱,极限转角小于高柱,耗能能力比高柱更好。偏压-往复扭转荷载作用下的方形截面试件刚度退化较为明显,偏压作用导致方钢管混凝土柱试件耗能能力降低。极限状态下,偏压作用改变了钢管的褶皱角度。