L形钢管混凝土柱抗震性能非线性有限元分析

为深入了解低周反复荷载下L形钢管混凝土柱的抗震性能,以试验研究为基础,依据L形钢管混凝土柱核心混凝土在低周反复荷载作用下的应力-应变关系,采用有限元程序Opensees,对L形钢管混凝土柱的抗震性能进行非线性分析,给出其荷载-水平位移关系曲线;并分析L形钢管混凝土柱抗震性能的影响因素。结果表明:计算结果与试验结果吻合较好;截面宽厚比D/t和截面长宽比D/B对构件骨架曲线的影响相似,总体上对荷载-位移骨架曲线的形状影响很小,主要表现在对水平承载力大小的影响;轴压比是构件骨架曲线的主要影响因素,轴压比对试件弹性阶段的刚度影响不大,对构件弹塑性阶段刚度影响明显,随着轴压比的增大,试件的刚度也逐渐变小,水平极限承载力变小,并且曲线将会出现下降段,且下降段的下降幅度随轴压比的增加而增大,表明构件的位移延性也越来越差。     

高强钢管混凝土柱抗震试验分析

对高强钢管混凝土柱进行低周反复水平荷载作用的试验 ,得到了不同轴压比情况下的滞回曲线及骨架曲线 ,讨论了高强钢管混凝土柱压弯承载力计算公式的适用性。研究表明 ,高强钢管混凝土柱具有较高的承载力及良好的抗震性能。     

高强箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点抗震性能试验研究

为了研究高强箍筋约束高强混凝土Z形截面柱框架节点在地震作用下的抗震性能,对缩尺比为1∶2的5榀配置高强箍筋和1榀配置普通强度箍筋的高强混凝土Z形截面柱框架节点试件进行拟静力试验。研究了高强箍筋约束高强混凝土节点的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化、受剪承载力以及高强箍筋应力发挥水平等。分析了剪压比、轴压比、箍筋的体积配箍率等参数对Z形截面柱框架节点破坏形态、滞回性能和受剪承载力的影响。结果表明：Z形截面柱节点的破坏形态受设计参数的影响,有弯曲破坏和弯剪破坏两类;与普通强度箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点相比,高强箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点在显著提高节点最大剪压比控制值的同时具有优越的抗震性能。给出了高强箍筋应力的取值,采用JGJ 149—2017《混凝土异形柱结构技术规程》公式计算高强箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点的受剪承载力是可行的,将其计算结果与试验结果进行了比较,两者吻合较好。     

圆端形截面钢管混凝土柱抗震性能研究

圆端形截面钢管混凝土柱已被应用于抗震设防区的结构中。为了研究轴压比及高宽比对该类组合柱抗震性能的影响规律,进行了12根圆端形截面钢管混凝土柱的滞回试验。试验结果表明：和矩形钢管混凝土柱相比,圆端形截面钢管混凝土柱的破坏程度更轻,滞回曲线更饱满,变形能力、延性和耗能能力更高;柱承载力、刚度、耗能能力随着高宽比的增大而提高,但延性随之降低;高宽比对刚度退化速率和阻尼比的影响较小。建立了圆端形截面钢管混凝土柱的有限元模型,对比得到有限元模拟骨架曲线和实测结果吻合较好。采用经验证的有限元模型开展了圆端形截面钢管混凝土柱的参数分析,主要影响参数包括材料强度、含钢率、轴压比、长细比和高宽比。参数分析结果表明：圆端形截面钢管混凝土柱的承载力和刚度随着高宽比的增大而增大,但延性随之降低;当钢材屈服强度由235 MPa增大到700 MPa时,承载力提高了89.1%;当含钢率由0.05增大到0.2时,承载力提高了146%;当长细比由20增大到100时,承载力降低了88.3%;当轴压比由0.01增大到0.8时,承载力降低了61.2%;当高宽比由1提高到3时,承载力提高了215.3%。基于圆钢管混凝土恢复力模...     

斜向受力十字形钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为研究十字形钢管混凝土柱在斜向受力下的抗震性能,以加载角度(0°和45°)、混凝土强度等级(C50和C70)、轴压比(0、0.25和0.5)以及是否设置加劲肋为试验参数,进行了9根十字形钢管混凝土柱在往复荷载作用下的试验研究,获得了柱的破坏形态、水平荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性、累积耗能、变形等特性,分析了不同参数对柱抗震性能的影响规律。并建立了十字形钢管混凝土柱的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好。试验结果表明:十字形钢管混凝土柱具有较好的滞回性能,所有柱的位移延性系数均高于3.5;轴压比对十字形钢管混凝土柱的抗震性能影响较大,轴压比越大,柱承载力越低,刚度退化越快,延性和耗能能力也越差;随着混凝土强度的增加,柱承载力增加,轴压比较大时,混凝土强度越高,延性下降越明显;内部间断焊接加劲肋的柱比未设置加劲肋柱的承载力提高约8%,但延性和耗能能力提高不大;加载角度为45°柱的滞回性能稍优于0°的柱。     

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。     

带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱抗震性能试验研究

为研究带拉杆约束矩形截面钢管混凝土短柱的抗震性能,以轴压比、约束拉杆间距和截面长宽比为主要参数,进行了4个无拉杆约束和11个带拉杆约束矩形钢管混凝土短柱试件的低周往复加载试验。研究了其破坏过程、滞回性能、承载能力、变形能力、刚度退化及耗能能力等,并基于数值分析给出了带约束拉杆矩形截面钢管混凝土短柱压弯承载力计算式。结果表明：钢管板件宽厚比为50和67、剪跨比为3的矩形截面钢管混凝土短柱的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩;设置约束拉杆提高了试件的承载能力、变形能力及耗能能力;带约束拉杆试件的极限位移角在1/19~1/50之间,位移延性系数在3.28~6.25之间;破坏时的等效黏滞阻尼系数在0.3以上;增加轴压比降低了试件的延性;减小约束拉杆间距可明显改善柱的抗震性能;保持截面宽度不变,增加截面长宽比,可提高试件承载力,但延性降低。提出的带约束拉杆矩形截面钢管混凝土短柱的压弯承载简化计算式的计算结果与试验结果吻合较好。     

钢骨-钢管混凝土柱滞回性能试验研究

为了解钢骨-钢管混凝土柱在低周往复荷载作用下的力学性能,对5根底层柱进行了低周反复荷载试验并对试验结果进行分析,得到不同含钢率和轴压比下的荷载-位移滞回曲线及骨架曲线,分析比较了轴压比和含钢率对构件承载力的影响。研究表明,钢骨-钢管混凝土柱滞回曲线图形饱满,表现出良好的耗能能力。由骨架曲线分析得知:随着含钢率的增加,构件承载力和延性有明显的提高;随着轴压比的增加其骨架曲线下降段越陡,相应的构件延性越差,轴压比越低则构件延性越好。     

T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能非线性有限元分析

在已有试验结果的基础上,采用OpenSeeS有限元软件模拟了在低周往复荷载作用下T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架的受力全过程,并通过对模拟结果的分析,来研究此类框架结构位移与骨架曲线的影响因素。结果表明:采用OpenSEES计算得到的滞回曲线与试验滞回曲线吻合较好;框架的水平极限承载力和弹性阶段刚度随柱截面含钢率、钢材强度、混凝土强度、柱翼缘宽度、柱腹板高度的增大而增大;框架荷载-位移骨架曲线的形状与混凝土强度、柱翼缘宽度、柱腹板高度有关;框架柱轴压比和梁柱线刚度比是影响框架骨架曲线的形状的重要因素,可以间接反映框架延性性能。     

双缀板式L形钢管混凝土柱抗震性能研究

以一种由钢管混凝土端柱与双排竖向缀板连接而成的L形截面钢管混凝土组合柱为研究对象,利用ABAQUS软件建立简化模型,分析该新型组合异形柱的抗震性能。通过改变轴压比、钢材强度、混凝土强度以及缀板宽厚比参数,得出各模型柱在往复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线及刚度退化曲线,并进一步分析了各模型柱的延性与耗能能力。结果表明:提升钢材强度能有效提高承载力、延性及耗能能力;增大轴压比时,承载能力、延性、耗能均降低;混凝土强度对抗震性能影响不明显,随着混凝土强度的提升,承载力变化不大,延性略微下降;增大缀板宽厚比,承载力显著提高,初始刚度、延性及耗能增大,但刚度退化速度加快。     

高轴压比高强混凝土足尺框架柱抗震性能研究

对9个高轴压比、高强纵筋、高强箍筋、高强混凝土井字箍矩形截面足尺框架柱进行了水平低周反复荷载作用下的抗震性能试验研究,讨论了其破坏机理、破坏形态和滞回特性,分析了轴压比、混凝土强度、箍筋形式及配箍率等因素对试件滞回曲线、骨架曲线、刚度、承载力及延性的影响规律。研究表明:足尺框架柱破坏时混凝土脱落较为严重;高轴压比、高强钢筋、高强混凝土矩形截面足尺框架柱的滞回曲线较为扁平,耗能亦较差,下降段较陡且延性较差;柱中部箍筋非加密区由于纵向钢筋受压失稳而发生破坏导致试件的滞回曲线很扁,且几乎没有下降段;随着混凝土强度等级提高,骨架曲线的最大荷载对应的位移和极限破坏荷载对应的位移均较小,骨架曲线的下降段亦较陡。建议对高轴压比高强混凝土框架柱应沿着整个柱高加密箍筋。     

钢管高强混凝土组合柱抗震性能试验研究

为研究钢管高强混凝土组合柱的抗震性能,完成了10个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为轴压比和配箍特征值,探讨了组合柱在反复水平荷载作用下的破坏形态、滞回特性、位移延性、耗能比、截面应变分布和承载力等受力性能。试验结果表明:10个试件的破坏形态为柱根部混凝土压溃而丧失竖向承载力,力-位移滞回曲线饱满,位移延性系数在4.0以上,极限位移角大于1/40,以耗能比表示的耗能能力接近。用平截面假定和叠加法计算得到的试件在轴压力作用下的正截面承载力与试验结果符合较好,《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》(CECS 188:2005)方法计算的正截面承载力偏小较多。     

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。     

焊接环式箍筋约束高强混凝土柱恢复力模型试验研究

对6个1/2比例焊接环式箍筋约束高强混凝土柱进行了低周反复加载试验,研究了轴压比和配箍率对柱变形性能和滞回特征的影响。通过试验结果的回归分析,以位移比、轴压比和配箍率等为主要参数,建立了卸载刚度和反复加载下的承载力退化率的计算式。在试验研究基础上,对滞回曲线特征进行了分析,并根据试验 P-Δ滞回曲线的特征,得到了柱恢复力模型。研究结果表明：采用由弹性、强化和承载力退化三阶段所组成的三折线型骨架曲线,可以反映焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的恢复力特性,该骨架曲线按试验实测数据统计回归分析法以及截面条带分析法确定,其强化段和承载力退化段均考虑了轴压比和配箍率的影响。在试验研究基础上,建立了焊接环式箍筋约束高强混凝土柱剪力-侧移恢复力模型。分析和试验结果表明：所建立的恢复力模型能较好地反映不同轴压比与配箍率对柱的滞回规律特性的影响,可用于该类柱的抗震性能分析。     

高轴压比高强混凝土框架柱抗震性能尺度效应分析

根据高轴压比高强混凝土框架柱抗震性能的试验结果,分析了截面尺寸对框架柱的承载力、滞回曲线及骨架曲线和延性的影响,并对框架柱的纵向钢筋、箍筋及混凝土的应变变化规律进行了探讨。研究表明:柱截面尺寸越大,其承载力和延性越差;大尺寸高强混凝土框架柱的滞回曲线呈明显的捏拢效应,大尺寸高强混凝土框架柱的骨架曲线下降段较陡;随着混凝土强度和轴压比的提高,混凝土拉应变和压应变增加较快,纵向钢筋最大拉应变减小;拉条箍筋和普通箍筋作用相同;截面尺寸越大,箍筋应变越大。     

钢骨-方钢管高强混凝土柱抗震性能试验研究

通过14根组合柱试件在高轴向压力和低周反复水平荷载作用下的试验,研究了钢骨-方钢管高强混凝土柱的抗震性能。试验结果表明,该组合柱滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;轴压比、混凝土强度、宽厚比、含骨率等参数对组合柱的极限承载力和刚度具有显著影响,但是延性和耗能主要受轴压比和含骨率影响,其中轴压比是最主要的因素;钢骨的加入使方钢管高强混凝土柱的位移延性系数有了显著提高,但是当内填混凝土强度很高时,为了满足抗震设计的要求,保证组合柱具有良好的延性,仍有必要对其轴压比的限值作出规定。研究成果可为钢骨-方钢管高强混凝土柱在高烈度地震区的应用提供参考。     

双向压弯方钢管高强混凝土构件滞回性能试验与分析

进行了4个双向压弯方钢管高强混凝土构件在低周反复荷载作用下的试验研究。试验中的主要参数为轴压比(0.433～0.624)、宽厚比(30和50)和长细比(18.5和25.4)。试验结果表明,随轴压比的提高,构件的承载力和延性降低,随钢管宽厚比的增加,构件的承载力提高;试件的位移延性系数μ=3.63～5.18,抗震性能良好。利用纤维模型法计算了构件的荷载位移滞回曲线,计算结果与试验结果吻合较好。进行了压弯构件的截面参数分析,研究了轴压比、套箍系数、加载角度和荷载类型对构件滞回性能的影响。建立了方钢管混凝土压弯构件的弯矩曲率和荷载位移恢复力模型,基于恢复力模型的计算结果与试验结果吻合较好,可为结构的弹塑性动力分析提供参考。     

钢骨-钢管混凝土柱抗震性能试验研究

通过4根钢骨-钢管混凝土柱试件在高轴向压力和低周反复水平荷载作用下的试验,研究钢骨-钢管混凝土柱的抗震性能。设计时主要考虑轴压比、含骨率对试件抗震性能的影响。根据采集的荷载、位移等数据,绘制出试件的滞回曲线和骨架曲线。试验结果表明,该组合柱滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力。随含骨率的增大,试件刚度衰减速度减缓,构件承载力和延性有明显的提高,耗能能力增加。随着轴压比的增加,试件刚度衰减速度加快,其骨架曲线下降段越陡,相应的构件延性越差,耗能能力减小。     

仿古建筑矩形与圆形钢管柱连接抗震性能试验研究

为研究仿古建筑中矩形与圆形截面钢管柱连接的破坏形态和抗震性能,设计制作了4个缩尺比例为1∶1.5的矩形与圆形截面钢管柱连接模型,通过施加一定轴压比的竖向荷载和低周往复水平荷载,对柱连接模型进行加载破坏试验。观察了试件的受力过程及破坏形态,得到了柱端水平荷载-位移滞回曲线和骨架曲线。分析了长细比、轴压比对试件的破坏模式、滞回性能、刚度、承载力、延性和耗能能力的影响。结果表明：矩形与圆形截面钢管柱连接的破坏形态主要是矩形截面钢管柱翼缘根部周围焊缝开裂;滞回曲线饱满,刚度退化慢,承载力高,破坏时试件的位移延性系数介于4.17～4.97之间,等效黏滞阻尼系数介于0.445～0.537之间,具有很好的耗能能力及抗震性能。在试验研究的基础上,利用ABAQUS软件对该类连接构件进行了非线性分析,研究了轴压比、材料屈服强度、矩形钢管板件宽厚比等参数对其力学性能的影响,结果表明：提高轴压比和材料屈服强度,可提高连接构件的水平承载力,但延性降低;随着矩形钢管板件宽厚比的提高,连接构件的延性提高,但承载力有所降低。     

不锈钢焊接H形截面柱滞回性能试验研究

为了研究不锈钢焊接H形截面柱的滞回性能,对10个不锈钢焊接H形截面柱进行了循环加载试验,分析了轴压比、翼缘宽厚比和腹板宽厚比对试件的破坏形态、承载力、耗能能力、塑性发展能力和延性的影响。结果表明：所有不锈钢焊接H形截面柱试件的破坏过程均为翼缘首先发生局部屈曲变形,然后腹板发生局部屈曲变形,屈曲变形形状均呈半正弦波状;板件宽厚比越大,试件达到破坏时的位移级和等效黏滞阻尼系数越小,位移延性系数和塑性发展系数越小,承载力退化越快;轴压比对试件的抗震性能影响显著,其影响规律与板件宽厚比的相似。对于不锈钢结构的抗震设计,建议在规定H形截面柱宽厚比限值时考虑轴压的影响。