圆CFRP-钢管混凝土轴压构件静力性能研究

为了初步了解圆CFRP-钢管混凝土轴压构件的静力性能,进行32个试件的试验研究.试验结果表明,长径比较小的试件属于强度破坏,长径比较大的试件则属于稳定破坏;试件的载荷-中截面挠度曲线可以分为以下三个阶段:弹性段、弹塑性段和软化段.对试验结果的分析表明,在极限荷载之前,钢管纵向应变沿截面高度的分布基本符合平截面假定;钢管和CFRP管在纵向和环向都可以协同工作;环向应变分布不均匀,同一点的纵向应变和环向应变异号,纵向受拉的钢管对混凝土没有环向约束作用;构件的挠曲线近似为正弦半波曲线.最后,应用纤维模型法模拟了圆CFRP-钢管混凝土轴压构件的荷载-中截面挠度曲线,计算结果与试验结果吻合良好,且偏于安全.     

新型钢管混凝土梁柱节点轴心受压试验研究

提出钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁整体连接的新型节点形式。在钢管混凝土柱与钢筋混凝梁连接区将钢管断开,使钢筋混凝土梁中的纵向钢筋直接伸入支座节点,节点区梁柱混凝土整体浇筑,方便节点施工且保证节点刚度。为了弥补由于钢管断开造成的节点强度不足,对节点无钢管区域采用柱纵筋、环向密箍和钢筋网片进行加强。通过对3个节点试件进行轴心受压试验,研究了节点的受力特性。试验结果表明,在轴向荷载作用下,加强后的节点破坏迟于钢管混凝土柱的破坏,承载能力高于钢管混凝土柱,而且有一定的延性,证实了这种节点在轴向加载条件下的可行性,且满足"强节点"的抗震设计原则。     

钢管混凝土偏压格构柱长细比影响试验研究

进行了钢管混凝土格构柱偏心受压试验,试验参数为长细比。介绍了试验的情况和过程,对柱肢钢管纵向应变、环向应变、缀管的纵向应变等进行了分析。研究结果表明,随长细比的增加,钢管混凝土格构柱的极限承载力逐渐降低。柱肢以受轴压为主,属于小偏压构件。近载侧的柱肢在试件进入非线性后紧箍效应开始发生作用。缀管的受力较小且都处在弹性阶段。受缀管的影响,节点处柱肢钢管环向应变很大,它是引起柱肢钢管撕裂从而导致试件破坏的主要原因。     

钢管混凝土斜柱抗剪环-环梁节点受力性能试验研究

进行了7个按实际工程2∶3比例缩尺、75°倾斜的钢管混凝土斜柱抗剪环-环梁节点试验。其中5个试件采用单调方式加载,2个试件采用低周反复方式加载。试验过程中,对环梁截面上、下环筋,环梁箍筋以及纵梁纵筋的应变分布及大小进行了量测,记录了试件的荷载-位移曲线。改变试件环梁环筋与纵梁纵筋的比例,改变环梁箍筋形式及加配特殊构造钢筋等措施,对斜柱抗剪环-环梁节点的宏观受力机理、最终破坏形态、受力性能及其影响因素等进行了分析研究。试验结果表明,通过对环梁合理配筋构造,抗剪环-环梁节点能够有效地传递框架梁端的弯矩和剪力;无论最终破坏发生在框架梁端还是环梁内,试件都能达到所要求的承载能力和延性;加大环梁截面高度与纵梁截面高度的比例,可将试件破坏时混凝土的压碎区由环梁斜裂缝下端转移到纵梁端下部,从而形成纵梁端发生弯曲破坏的理想破坏模式。     

芯钢管连接的钢管混凝土半连通角节点试验研究

提出一种芯钢管连接的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的新型节点形式。在钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱连接区,局部间断钢管混凝土柱的外钢管,设置芯钢管连接上下钢管混凝土柱,使钢筋混凝土梁中的钢筋直接伸入节点,节点混凝土与梁中混凝土成为整体,简化了节点构造,保证了节点刚度。通过半连通角节点模型试验,研究了节点试件的破坏过程、破坏形态、节点区各组成部分的荷载-应变关系。研究表明,芯钢管混凝土对节点强度、刚度有重要作用。试件破坏是由梁和柱的破坏引起,直至试件达到极限状态,节点尚未破坏,证实了这种节点的可行性,且满足"强柱、弱梁、节点更强"的抗震设计原则。     

钢管混凝土柱巨型交叉节点受力性能研究

在一超高层结构工程中,外框架采用了焊接钢管混凝土边柱和夹角为12°的斜柱交叉形成高达6层且与6层楼面梁相接的巨型交叉节点,该节点构造复杂。节点边柱的轴向荷载不平衡在节点处产生剪力,同时,由于斜柱承受的轴向荷载巨大,该巨型节点受力复杂。为研究该节点的受力性能,对其进行了大比例模型加载试验。试验在最不利工况（1.2×重力荷载+1.3×设防地震作用）下： 1) 在设计荷载作用下节点试件整体仍然处于弹性工作状态; 2) 增大边柱不平衡力,对节点试件的平面内侧移有一定的影响,而对平面外变形基本没影响; 3) 对斜柱轴向荷载进行卸载,将节点由压剪转换至更不利的拉剪受力状态,节点未破坏; 4) 施加斜柱轴向荷载超过设计承载力的2倍,节点试件最终在斜柱两端出现局部鼓起而发生破坏,说明该交叉节点的设计符合我国规范“强节点弱构件”的设计原则。在整个加载过程中,节点区域并未产生剪切破坏面,钢管内部设置的纵向内隔板和加劲环板使得钢管与混凝土协同工作,节点构造合理。通过合理的简化,对该节点试件进行了三维非线性有限元分析,其荷载 变形曲线以及破坏模式与试验结果吻合良好。     

复式钢管混凝土外加强环板节点抗震性能试验研究

外加强环板节点构造简单、传力路径明确,是目前比较成熟且被广泛应用的钢管混凝土结构节点,针对复式钢管混凝土柱设计了其与H型钢梁连接的外加强环板节点,对9个复式钢管混凝土外环板节点试件和1个单钢管混凝土对比节点试件进行了低周往复荷载试验,以轴压比、外环板宽度、梁柱线刚度比以及锚固腹板是否加肋作为主要变化参数,研究了新型节点破坏形态、破坏机制、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力及强度刚度退化等性能。试验研究结果表明:梁柱线刚度比小的节点试件易形成梁端弯曲破坏形态,而梁柱线刚度比大易形成柱端压弯破坏形态;复式钢管混凝土外环板强度和刚度退化均匀、持续、稳定,表现出了良好的耗能能力和变形能力,抗震性能较好;轴压比增大可提高节点试件初始刚度;环板宽度增加可提高节点的延性;锚固腹板加肋可提高节点的承载力。     

反复荷载作用后新型钢管混凝土柱-混凝土梁节点的轴压试验研究

为了解新型钢管混凝土柱-混凝土梁节点在地震后的力学性能,对经历了低周反复荷载作用的节点试件进行轴压试验,探讨该新型节点在轴压荷载作用下的破坏形态、极限承载力及其应变特点。试验结果表明,试件在轴压过程出现两种不同的破坏形式,其中节点截面尺寸较小的试件表现为节点的破坏,而节点截面尺寸较大的试件则表现为柱钢管屈曲失效,并明确两种不同的破坏形式中,节点钢筋网在震后带损伤的情况下仍能够充分发挥其强度,节点在钢筋网约束与扩大横截面的局压受力机理作用下其承载力得到提高。通过合理设计的新型节点的承载力可高于钢管混凝土柱的承载力,可实现"强节点,弱构件"的抗震理念。     

圆CFRP-钢管混凝土压弯构件静力性能试验研究

进行了32个圆CFRP-钢管混凝土压弯构件的试验研究。结果显示,构件的载荷-中截面挠度曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降阶段,构件的破坏属于延性破坏。分析表明,从加载之初直到极限荷载,钢管和CFRP在纵向和环向都可以协同工作,环向应变沿截面周边分布不均匀;钢管纵向应变沿截面高度的分布基本符合平截面假定;纵向受压的钢管存在内力重分布过程,纵向受拉区钢管对核心混凝土的环向约束效果不显著;构件的挠曲线大致为正弦半波曲线。采用纤维模型法分析圆CFRP-钢管混凝土压弯构件的荷载-中截面挠度曲线,分析结果与试验结果吻合较好且偏于安全。     

圆钢管约束钢筋混凝土环筋式节点受力性能试验研究

针对钢管约束钢筋混凝土柱的构造及受力特点,提出了环筋式节点形式,并对该类节点的轴压及滞回性能进行了试验研究。通过对2个短柱及1个环筋式节点进行轴压试验,结果表明,节点的环筋可有效限制试件剪切变形开展,其承载力及延性均优于发生剪切破坏的对比短柱试件。通过对1个常规节点及2个环筋式节点进行滞回性能试验研究,结果表明,节点区钢筋用量相当的条件下,常规节点发生节点区剪切破坏;环筋式节点可有效约束包括混凝土保护层在内的整个节点区域,对节点核心区混凝土的利用更充分,受力更为合理,发生梁端破坏,可满足"强节点弱构件"的抗震要求。     

圆钢管活性粉末混凝土轴压力学性能研究

进行22根圆钢管活性粉末混凝土轴压短柱试验,分析其荷载-变形曲线、破坏特征和工作全过程。试验研究表明:圆钢管RPC轴压短柱的荷载-纵向应变曲线弹性阶段约为极限荷载的90%~95%;套箍系数ξ较小时,在达到极限荷载后承载力急剧下降;ξ较大时,在达到极限荷载后承载力下降平缓并呈回升趋势。ξ较小的试件多呈剪切破坏形态;ξ较大的试件所有断面上均被墩粗、试件的上下两端明显局部鼓曲。在分析国内40个试件试验结果的基础上,研究建立了圆钢管活性粉末混凝土峰值应力、峰值应变、平台应力等理论特征参数的计算方法和应力-应变全曲线方程,验证对比了有关技术规程中圆钢管混凝土基本构件承载力的计算方法,最后建议了圆钢管活性混凝土轴压短柱极限承载力统一计算公式。     

预制混凝土管组合柱-钢梁连接节点抗震性能试验研究

为研究预制混凝土管组合柱-钢梁连接节点的抗震性能,以轴压比、钢套箍延伸高度、芯部混凝土强度以及钢套箍厚度为主要参数,进行了6个1/2缩尺节点的拟静力试验。研究了各节点的破坏形态、滞回特性、承载能力、耗能能力以及节点域受剪性能。试验结果表明：各节点主要破坏模式均为节点域剪切破坏;滞回曲线呈典型弓形,耗能能力较好;芯部混凝土强度和钢套箍厚度是影响节点抗震性能的关键参数,对承载能力和耗能性能影响较大;破坏时节点域极限剪切变形介于0.0482 ~0.100 rad之间;节点域受剪承载力降低系数介于0.86~1.00之间,承载力退化性能稳定。建立了预制混凝土管组合柱-钢梁连接节点受剪承载力计算式,计算值与试验值吻合较好且偏于安全。     

不同圆心角圆端形钢管混凝土短柱轴压性能

为研究圆心角60°和120°圆端形钢管混凝土短柱轴压力学性能,对4个圆端形钢管混凝土短柱进行轴压试验,探究不同圆心角和宽厚比对其极限承载力的影响。基于试验结果,应用有限元软件ABAQUS进行三维实体建模,对圆端形钢管混凝土短柱进行参数分析,研究了钢材强度、混凝土强度、宽厚比、高宽比、尺寸效应等对极限承载力的影响。基于参数分析,建立圆心角为60°和120°圆端形钢管混凝土短柱极限承载力实用计算公式。结果表明:破坏形态均为局部屈曲破坏,且平直段区域均出现局部屈曲现象; 随圆心角增大,构件极限承载力增大; 随宽厚比增大,极限承载力呈现下降趋势; 当圆弧段圆心角从60°增大至120°时,强度指标降低,表明整体约束效应减弱; 圆端形钢管混凝土轴压短柱的整体约束效应随圆心角增大而减小; 随着钢材强度、混凝土强度的增大和构件宽厚比的减小,极限承载力逐渐增大; 不同圆心角的尺寸效应对其极限承载力与初始刚度的影响类似,随着构件尺寸增大,极限承载力与初始刚度均呈现增大的趋势。     

焊接不锈钢方管混凝土短柱轴压性能试验研究

通过对18根焊接不锈钢方管混凝土短柱模型试件的轴压试验,观察了各试件的破坏现象,分析了混凝土强度、试件高宽比和钢管板件宽厚比试件轴压承载力的影响,得到了荷载-位移曲线,荷载-应变曲线及柱截面应变强度分布曲线。根据试验现象,试件的破坏模式可以归为两类：一类为钢管在整个柱表面范围内发生局部凸曲,靠柱中焊缝破坏;另一类为局部凸曲未能发展到整个柱表面,在端部或者端部附近焊缝破坏。试验结果表明：混凝土强度越高,试件的轴压承载力越大,但钢管对核心混凝土的约束作用相对减小;焊接不锈钢方管混凝土短柱轴压承载力随试件高宽比的增大而增大,随钢管板件宽厚比的减小而减小;试件截面的角部存在应力集中现象,即截面角部的应力大于截面其余部位的应力;焊接不锈钢方管混凝土短柱具有很好的变形能力,其破坏属于延性破坏,具有良好的安全储备;焊缝强度是影响焊接不锈钢方管混凝土短柱承载力的一个主要因素。     

螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱滞回性能试验研究

为了研究螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回性能,以轴压比、配箍率、配钢形式以及截面形式为变化参数,设计10个试件（其中空腹式型钢混凝土柱对比试件1个,复合螺旋箍筋混凝土柱对比试件1个）进行低周反复加载试验。观察试件的破坏形态,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线。分析试件的极限承载力、层间位移角、延性、耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标,以及各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明：螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱主要表现为弯曲破坏和黏结破坏;相比空腹式型钢混凝土柱和复合螺旋箍筋混凝土柱,螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回曲线更为饱满,承载力、延性和耗能均有提高;随着轴压比的增大,其承载力、刚度和耗能能力提高,但延性和变形能力降低,强度衰减和刚度退化现象更为严重;随着螺旋箍筋配箍率的增大,承载力、刚度、延性、耗能能力和变形能力逐渐提高;相同总含钢量下,增大螺旋筋配箍率比增大型钢间接配钢率对其延性和耗能能力的提高更显著,对其承载力则相反;三种截面形式中,Ⅲ类截面试件表现出最优的抗震性能。     

高轴压比下钢管混凝土矮墙抗震性能试验研究

为了提高矮墙的轴向稳定性以及侧向变形能力,在墙体中部布置多根钢管,形成钢管混凝土矮墙的形式。通过对5片剪跨比为0.95的矮墙试件在高轴压比(0.5)下的拟静力试验,研究了其承载力、变形能力、破坏形态、滞回耗能等抗震性能,并给出了内部钢筋与钢管应变。主要设计参数为钢管布置、轴压比、抗剪件类型以及钢管间连接。试验结果表明：钢管混凝土矮墙在峰值荷载之前呈现明显的剪切受力状态,腹板上布满大量剪切裂缝;峰值荷载之后损伤集中于钢管部位,形成开缝墙的受力模式,侧向变形能力得到明显提升;加载结束时墙体腹板混凝土剥落,但墙体仍然具有很好的竖向与侧向稳定性。墙体的峰值位移角约为1/290~1/106,极限位移角达到1/70,并且滞回性能明显改善,表明钢管混凝土矮墙具有良好的抗震性能和抗倒塌能力。     

冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

基于材料强度折减及钢管壁厚折减的方法,对冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土轴压力学性能采用有限元法进行了研究。基于合理的有限元分析模型,对冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后圆钢管混凝土柱的破坏模态、轴向荷载-位移关系、钢管与混凝土相互作用进行了分析,研究了含钢率、截面尺寸、钢管屈服强度、混凝土轴心抗压强度以及冻融循环-酸雨交替次数对试件轴压极限承载力的影响。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合良好,验证了模型的有效性; 冻融循环-酸雨锈蚀交替作用后轴压圆钢管混凝土短柱的破坏模态与普通试件相似,轴向荷载-位移曲线变化趋势一致,试件均为塑性破坏; 圆钢管混凝土轴压短柱随冻融循环-酸雨锈蚀交替次数的增加,材料性能劣化严重,外钢管对核心混凝土约束作用减弱,试件极限承载力明显下降。     

高轴压比钢管混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究约束边缘构件内配置圆钢管的钢管混凝土剪力墙的抗震性能、探讨钢管混凝土剪力墙的轴压比限值及其约束边缘构件的配箍要求,完成了6个剪跨比大于2.0的高轴压比钢管混凝土剪力墙试件和1个钢筋混凝土剪力墙试件的拟静力试验。试验结果表明：剪力墙的破坏形态为压弯破坏及底部混凝土压溃而丧失竖向承载能力;钢管混凝土剪力墙的开裂水平力、名义屈服水平力、正截面受弯承载力和变形能力均比相同参数的钢筋混凝土剪力墙大;配置双钢管剪力墙的变形能力大于配置单钢管的剪力墙,约束边缘构件为端柱的剪力墙的变形能力大于约束边缘构件为暗柱的剪力墙;正截面受弯承载力试验值大于计算值。根据试验结果,提出了钢管混凝土剪力墙的设计建议。图9表7参13     

不同轴压比大尺寸钢筋混凝土柱抗震性能研究

对4个截面边长为700 mm×700 mm的高轴压比钢筋混凝土柱进行了水平荷载作用下的单调和反复加载试验,讨论了其承载力、破坏形态和滞回特性,分析了轴压比和反复加载对试件的承载力、变形及耗能的影响。结果表明:随着轴压比的增加,试件的骨架曲线的下降段略陡,延性和极限变形较小,而承载力和耗能增加;相对于单调加载,反复加载的试件强度退化较快,极限位移较小。