钢管混凝土T,L形柱在反复荷载作用下的抗震性能分析研究

在现有T,L形钢管混凝土柱试验研究基础上,针对T,L形钢管混凝土柱的受压约束承载机理,提出了内填混凝土的等效单轴本构模型,建立了悬臂柱在反复荷载作用下的滞回全过程分析模型,编制了T,L形钢管混凝土柱的滞回全过程分析程序,将全过程滞回数值分析结果与试验结果进行了对比,验证了模型和分析程序的正确性。对T,L形钢管混凝土柱中有代表性混凝土和钢单元应力-应变发展全过程进行了数值模拟,结果表明模型能用于T形、L形钢管混凝土结构的非线性分析。     

反复荷载作用下矩形中空钢管混凝土柱的滞回性能研究

首先建立钢管与核心混凝土界面的粘结-滑移滞回模型、考虑包辛格效应的钢材单轴滞回模型和考虑矩形钢管约束效应后内填混凝土的单轴应力-应变滞回模型。在截面纤维模型的基础上,建立考虑界面粘结-滑移的矩形钢管混凝土柱分析模型,用Fortran语言编制相应的全过程分析程序。考虑不同的空心率因素,对4个矩形中空钢管混凝土试件进行数值模拟计算,并对荷载-位移滞回关系进行初步的理论分析。     

低周反复荷载作用下L形钢管混凝土柱有限元分析

基于有限元ABAQUS软件建立L形钢管混凝土柱的三维有限元仿真模型,在验证模型有效性的基础上,研究L形钢管混凝土柱在低周反复荷载作用下的抗震性能,得到其破坏模式及荷载-位移滞回曲线,并对L形钢管混凝土柱的应力分布规律进行探讨。     

FRP-混凝土-钢管组合柱滞回性能数值分析

在确定各材料应力-应变关系的基础上,采用纤维模型法对FRP-混凝土-钢管组合柱在往复荷载作用下的滞回性能进行了数值模拟,建立了FRP-混凝土-钢管组合柱滞回模型。算例分析结果表明,有限元计算和试验结果总体上吻合良好。     

低周反复荷载下约束混凝土模型的比较研究

从众多约束混凝土应力-应变规律模型中优选出其中四种,部分改造并添加了滞回关系,将其分别加到基于纤维模型梁柱单元的三维空间框架非线性动力反应分析程序中,最后以R.Park等人的低周反复荷载下压弯柱的试验为校准基础,主要从构件层次进行了模拟、比较,分析了各种混凝土应力-应变关系模型中不同的骨线线取法和滞回规律取法对钢筋混凝土柱性能模拟效果的影响。     

方钢管混凝土柱-工字型钢梁节点荷载-位移滞回曲线建模与分析

针对钢管混凝土柱-钢梁节点的梁端荷载-位移滞回曲线多采用试验数值分析方法,缺乏理论建模分析的不足,提出一种方钢管混凝土柱-工字型钢梁节点荷载-位移滞回曲线的建模与分析方法。该方法分析钢筋混凝土梁柱节点梁端位移的建模方法,提出节点构件梁端荷载-位移的计算模型,并采用T-L双线性模型建立节点构件的弯矩-曲率恢复力的计算模型,同时,提出钢梁节点荷载-位移滞回曲线分析流程。以典型的方钢管混凝土柱-工字型钢梁缀板连接节点为例,采用提出的节点荷载-位移计算模型计算节点荷载-位移滞回曲线,并采用ANSYS建立其三维有限元数值分析模型,对节点构件滞回性能进行非线性有限元数值仿真模拟。理论计算、仿真模拟和静态试验对比分析的结果表明:采用提出模型计算的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线与仿真模拟及试验数据结果的吻合度高,能够反映出节点受力的基本特性。     

钢骨混凝土L形柱抗震性能的有限元分析

基于蜂窝状钢骨混凝土L形柱低周反复荷载试验的结果,利用大型有限元分析软件,建立蜂窝状钢骨混凝土L形柱的计算模型,并对其在不同轴压比条件下低周反复荷载全过程进行非线性有限元分析。从而进一步对蜂窝状钢骨混凝土L形柱抗震性能影响因素进行分析,并分别建立其有限元模型进行数值分析,得到不同轴压比、剪跨比、体积配箍率及腹板开洞率情况下的蜂窝状钢骨混凝土L形柱的滞回曲线和骨架曲线,分析不同因素对L形柱延性性能以及变形能力的影响。     

高强冷弯矩形钢管混凝土柱抗震性能非线性有限元分析

基于试验结果,采用OpenSEES有限元软件模拟高强冷弯矩形钢管混凝土柱在低周往复荷载作用下抗震的受力全过程。分析试验构件的滞回性能,并基于纤维模型理论数值计算方法对高强矩形冷弯钢管混凝土的骨架曲线进行理论计算。探讨了截面长宽比、钢管的宽厚比、轴压比对高强冷弯矩形钢管混凝土柱的力学性能的影响。结果表明:采用Open SEES计算得到的滞回曲线、骨架曲线与试验实际滞回曲线、骨架曲线吻合较好;在一定范围内,高强冷弯矩形钢管混凝土柱的截面长宽比越小,其水平承载力和刚度越大;钢管宽厚比减小可有效提高高强冷弯矩形钢管混凝土柱的水平承载力和刚度;轴压比越小,高强冷弯矩形钢管混凝土柱水平承载力越高且延性越好。     

T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能研究

为研究T形钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能,进行了两榀T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架拟静力试验,探讨了柱轴压比对框架滞回性能的影响。试验结果表明,框架在往复荷载作用下均呈理想的梁铰破坏机制;随着水平位移荷载的增大,框架滞回曲线渐趋饱满,最终框架正负向位移延性系数均大于4.0,满足建筑结构抗震延性需求;随着柱轴压比增大,其耗能能力提高,但框架的延性下降。提出了该类框架的简化三折线恢复力模型,可为T形钢管混凝土柱-钢梁框架的深化研究及工程设计提供参考。     

钢管混凝土柱T形件抗震性能试验及数值模拟

为获悉钢管混凝土柱T形件在地震作用下的破坏机理和力学性能,本文进行6个采用单边螺栓的钢管混凝土柱T形件的受拉循环往复加载试验。试验参数包括柱截面类型、钢材型号、端板形状和端板厚度。详细地分析新型T形件的破坏模式、滞回曲线和骨架曲线等。根据欧洲规范EC3的组件法,提出了钢管混凝土柱T形件的力学理论模型和螺栓刚度模型。利用ABAQUS有限元程序对此类新型T形件进行非线性全过程受力分析,考察了试件的破坏形态,试验结果验证计算模型的准确性。研究表明,热轧钢管混凝土柱T形件具有良好的抗震性能、延性和耗能能力;对于冷弯薄壁钢管混凝土柱T形件采用合理的构造措施和钢管厚度,能有效地提高其抗震性能及延性。     

圆钢管及钢管混凝土柱的抗火设计

分别对圆钢管、钢管混凝土、中空夹层钢管混凝土柱进行了抗火设计,并对结果进行比较分析。结果表明,在较高荷载比下柱的耐火极限不能满足实际要求,必须进行防火保护。在相同条件下,耐火极限从大到小排序为:圆钢管混凝土、中空夹层钢管混凝土、钢管柱。在一级耐火等级下,钢管混凝土柱和中空夹层钢管混凝土柱需要厚涂型钢结构防火涂料的厚度可比钢管柱分别少55%和18%以上。随着荷载比的减小或截面尺寸的增加,柱的耐火极限提高,需要的保护层厚度减小。对于钢管混凝土柱,若采用水泥砂浆保护层,其厚度是防火涂料的3倍及以上。     

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     

钢骨-钢管高强混凝土轴压组合柱受力性能的试验研究

本文提出了一种重载柱设计的新模式,即钢骨-钢管混凝土组合柱。这种组合柱是在钢管混凝土的基础上内部埋设钢骨。通过13根组合柱的轴心受压试验,研究了这种新型组合柱的受力性能。试验研究结果表明,在钢管混凝土中加入钢骨后,可有效地提高柱子的承载力,并能在一定程度上延缓或抑制混凝土中剪切斜裂缝的产生,从而提高柱子的延性,而组合柱的承载力和延性则随长细比的增大而下降。基于试验研究结果,本文给出了适用于这种新型组合柱的承载力计算公式。     

Experimental behaviour of recycled aggregate concrete filled steel tubular columns

This paper describes a series of tests on steel tubular columns of circular and square section filled with normal concrete and recycled aggregate concrete. Thirty specimens, including 24 recycled aggregate concrete filled steel tubular (RACFST) columns and 6 normal concrete filled steel tubular (CFST) columns, were tested to investigate the influence of variations in the tube shape, circular or square, concrete type, normal concrete and recycled aggregate concrete, and load eccentricity ratio, from 0 to 0.53 on the performance of such composite columns. The test results show that both types of filled columns failed due to overall buckling. Comparisons are made with predicted ultimate strengths of RACFST columns using the existing codes, such as ACI 318-1999, AIJ-1997, AISC-LRFD-1999, BS5400-1979, DBJ13-51-2003 and EC4-1994. A theoretical model for normal CFST columns is adopted in this paper for RACFST columns. The predicted load versus deformation relationships are in good agreement with test results.     

Shape effect on the behaviour of axially loaded concrete filled steel tubular stub columns at elevated temperature

Concrete filled steel tubular columns have been extensively used in modern construction owing to that they utilise the most favourable properties of both constituent materials. It has been recognized that concrete filled tubular columns provide excellent structural properties such as high load bearing capacity, ductility, large energy-absorption capacity and good structural fire behaviour. This paper presents the structural fire behaviour of a series of concrete filled steel tubular stub columns with four typical column sectional shapes in standard fire. The selected concrete filled steel tube stub columns are divided into three groups by equal section strength at ambient temperature, equal steel cross sectional areas and equal concrete core cross sectional areas. The temperature distribution, critical temperature and fire exposing time etc. of selected composite columns are extracted by numerical simulations using commercial FE package ABAQUS. Based on the analysis and comparison of typical parameters, the effect of column sectional shapes on member temperature distribution and structural fire behaviour are discussed. It shows concrete steel tubular column with circular section possesses the best structural fire behaviour, followed by columns with elliptical, square and rectangular sections. Based on this research study, a simplified equation for the design of concrete filled columns at elevated temperature is proposed.     

1截面形式对高温下钢管混凝土柱轴向加载性能的影响

钢管混凝土柱能够最大限度地发挥材料特性,现广泛用于建筑结构中。钢管混凝土柱承载能力高,能量吸收能力强,结构的抗火性能好。描述了含4种截面形式的一系列钢管混凝土柱在标准火下的抗火性能。按照以下方式将钢管混凝土柱分为三组:室温下截面强度相等、钢管截面面积相等、混凝土截面面积相等。采用ABAQUS软件分析组合柱的温度分布、临界温度和过火时间等情况。基于典型参数的分析和对比,讨论了不同截面形式钢管混凝土柱的温度分布和抗火性能。结果显示,圆截面钢管混凝土柱抗火性能最佳,接下来是椭圆截面、正方形截面和矩形截面。在该研究的基础上,给出了高温下钢管混凝土柱的简化设计方程。     

Modelling and experimental verification on concrete-filled steel tubular columns with L or T section

Concrete-filled steel tubular columns with L or T sections were analyzed in this paper. According to the confining mechanism, the stress-strain constitutive model was put forward, and calculated results were compared with experimental records. After that, the hysteretic rules for the in-filled concrete were constructed, aiming at the analysis on the seismic behavior of composite members. The simulation analysis was performed by programming it in Fortran. The models in this paper can be applied in the program of time history analysis on tall buildings with concrete-filled steel tubular columns with L or T sections.     

Mechanical behavior of concrete filled double skin steel tubular columns under cyclic pure torsion

为研究中空夹层钢管混凝土柱在扭矩作用下的滞回性能,以截面形式和空心率为主要参数,开展了4个中空夹层钢管混凝土柱试件在扭矩作用下的拟静力试验,得到了中空夹层钢管混凝土柱在往复扭矩作用下的破坏模式和扭矩-转角关系曲线。试验结果表明：中空夹层钢管混凝土柱在往复扭矩作用下的扭矩-转角滞回曲线较为饱满,没有出现“捏拢”现象,卸载刚度与初始弹性刚度接近,具有较好的耗能能力。往复扭矩作用下,圆形截面中空夹层钢管混凝土柱的扭转性能较方形截面中空夹层钢管混凝土柱更优。在截面外轮廓形状和尺寸相同的条件下,空心率对中空夹层钢管混凝土柱在往复扭矩作用下扭转性能的影响不大。     

内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为提高异形截面钢管混凝土柱的轴压承载力,提出内置钢骨组合异形截面钢管混凝土柱。考虑套箍指标、配骨率等参数的影响,设计制作12个内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱及3个未配置钢骨的组合L形截面钢管混凝土短柱两类试件;通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线和承载力,分析各参数对试件力学性能的影响,并对比两类组合柱轴压性能的差异。在试验研究基础上,参考国内外相关规范,提出内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算式。研究表明,内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压承载力高,增大套箍指标和配骨率可以明显提高试件承载力,所提出的承载力计算式可供工程设计参考。