矩形钢管混凝土柱T形加劲肋设计方法

基于钢板弹性屈曲理论,提出了矩形钢管混凝土柱内设置T形加劲肋的技术措施和设计方法。对于板件宽厚比较大的矩形钢管混凝土柱,沿钢管壁纵向设置T形加劲肋,由于T形加劲肋翼缘部分包裹于混凝土内部,充分发挥加劲肋与混凝土的共同工作性能,改善钢管壁局部屈曲性能。采用能量法并考虑内部混凝土对钢管壁的侧向支撑作用,基于均匀受压四边固支板简化计算模型,推导了内设置T形加劲肋的柱壁板件临界应力计算公式。通过控制钢管壁全截面有效,并考虑加劲肋界限刚度比影响,提出了矩形钢管混凝土柱的T形加劲肋刚度限值要求。结果表明:T形加劲肋与混凝土的共同工作显著改善了钢管壁的局部屈曲性能;对于大宽厚比矩形钢管混凝土柱,通过合理设计T形加劲肋,仍可使钢管壁全截面有效,即先发生屈服而不是局部屈曲。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土的力学性能

为改善钢管混凝土界面和节点力学性能,加强钢管与混凝土的组合效应,提出在钢管混凝土的钢管内设置开孔钢板纵肋,使其具有PBL连接件和加劲肋的双重作用;进行了无肋和设置PBL加劲肋2种截面形式的矩形钢管混凝土轴压短柱试验;分析了无肋和设置PBL加劲肋时,结构中节点剪力在钢管混凝土钢-混界面的传递模式。结果表明:与无肋试件相比,设置PBL加劲肋使得矩形钢管对混凝土的套箍作用得到加强,其轴压承载力提高了14%～28%,试件延性明显改善;PBL连接件能够有效缩短管壁剪力向核心混凝土的传递线路,改善节点区域的应力分布。PBL加劲型矩形钢管混凝土具有承载力高、钢-混组合效应明显的优势,并且构造简单、施工方便,对丰富和发展钢管混凝土在桥梁工程中的应用具有重要意义。     

带肋方钢管高强混凝土柱轴压性能试验研究

为研究加肋方钢管高强混凝土组合柱的轴压力学性能,以加劲肋刚度为变化参数,进行了7个带肋方钢管高强混凝土短柱试件轴压试验研究,对比分析了试件破坏特征、屈曲模态及应力应变规律。结果表明:设置加劲肋有效延缓了管壁屈曲,改变了管壁屈曲模态以及应力路径,加劲肋刚度对组合柱承载力影响不显著;随着加劲肋刚度增大,钢管环向与纵向应力比增大,钢管对核心混凝土约束作用增大,组合柱纵向刚度增大,钢管纵向屈服应力减小,钢管屈服发生在组合柱达到峰值荷载之后。     

穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱轴压试验研究

为研究穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱的轴压性能,完成了穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱与仅设约束拉杆、仅设加劲肋、普通方钢管混凝土短柱对比试件的轴心受压试验;观察了试件的受力全过程和破环特征,分析了试件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、轴压承载力、延性、含钢率等性能指标.结果 表明:穿孔肋拉杆的设置使钢管壁对核心混凝土的约束作用更趋均匀,改变了钢管的局部屈曲变形状态,显著提高了方钢管混凝土柱的轴压承载力和延性;当柱截面含钢率相同时,与仅设加劲肋的钢管混凝土柱相比,穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱的轴压承载力提高了7％,延性提高了30％;与仅设约束拉杆的方钢管混凝土柱相比,穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土柱的轴压极限承载力提高了10％,延性提高了19％.     

不同腔体构造矩形截面钢管混凝土柱轴压性能试验研究

为研究多腔体钢管混凝土巨型柱腔体构造措施对其轴压性能的影响,以北京中国尊大厦巨型柱截面长轴两端受力较大的矩形截面腔体为原型,进行了6个不同腔体构造措施1/4缩尺的矩形钢管混凝土柱轴压性能试验。采用竖向重复加载,研究了各试件的破坏过程、荷载 位移曲线、承载力、耗能、刚度退化和应变,分析了腔体内加设竖向加劲肋、水平拉结筋、栓钉、横隔板、钢筋骨架等构造措施对试件轴压性能的影响。提出了不同腔体构造措施矩形截面钢管混凝土柱的承载力计算方法,其计算结果与试验结果符合较好。对试件轴压性能进行了有限元模拟,有限元模拟损伤形态和分析结果与试验结果符合较好,并分析了不同腔体构造参数对其轴压性能的影响。研究表明：腔体内设置竖向加劲肋,可分担轴力,延缓钢管屈曲,增强对混凝土的约束,提高构件刚度、承载力和延性;竖向加劲肋间设置拉结钢筋,极限荷载后,可增强钢管对混凝土的约束,延缓钢管混凝土柱轴压性能退化;腔体内设置栓钉,极限荷载后,可增强钢管与混凝土共同工作性能,延缓其后期性能退化;腔体内设置横隔板,其与钢管共同工作,可提高对混凝土的空间约束,显著提高柱的承载力,延缓其刚度退化,总耗能能力增强;腔体内设置钢筋骨架,可进一步加强对各钢筋笼内混凝土的约束,延缓柱的极限荷载后的性能退化,提高延性。     

带肋方钢管混凝土轴压短柱试验研究及有限元分析

以方钢管宽厚比和加劲肋高厚比为主要变化参数,进行了14个带肋方钢管混凝土轴压短柱试验研究;同时采用有限元软件ABAQUS对带肋方钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系进行了计算,计算结果与试验结果吻合良好。同时从应力-应变关系、核心混凝土和钢管的纵向应力分布及其相互作用等方面对比分析了无肋、单肋和双肋方钢管混凝土轴压短柱的受力性能。分析结果表明：设置加劲肋不仅提高了核心混凝土的纵向应力,而且明显减小了钢管管壁的拉应力区范围,改善了管壁的稳定性;带肋试件的约束作用主要集中在钢管角部和加劲肋处,随着每边加劲肋数量的增加,角部约束力明显增大。图13表1参11     

设置传力构件的矩形钢管混凝土柱轴压性能分析

采用有限元软件ABAQUS,对不考虑钢管壁与核心混凝土的粘结,只设置传力构件的矩形钢管混凝土轴压柱进行研究分析。分析核心混凝土及钢管壁的轴力-竖向位移曲线,得出设置传力构件的矩形钢管混凝土柱的轴力-竖向位移曲线及混凝土工作承担系数。通过对轴压作用下设置传力构件的矩形钢管混凝土柱性能的研究分析,验证了可采用CECS159∶2004《矩形钢管混凝土结构技术规程》的相关规定对设置传力构件的矩形钢管混凝土柱的轴压承载力进行计算。     

大宽厚比矩形钢管混凝土柱纵向加劲肋构造研究现状

超大截面矩形钢管混凝土柱具有较高的极限承载力。现行相关规范对管壁宽厚比的要求在保证管壁局部屈曲性能的同时,限制了对构件含钢率的进一步优化。在钢管壁内侧设置纵向加劲肋,可有效提高其局部屈曲性能,降低构件的用钢量,充分发挥高强钢的性能。对国内外有关管壁局部屈曲的产生机理和宽厚比限值等方面的研究成果进行了归纳总结,对国内外有关纵向加劲肋对大宽厚比钢管混凝土柱静力承载性能和抗震性能影响、加劲肋和子板件构造要求等方面的试验和理论研究进行了比较分析。基于上述工作,提出了以控制管壁局部屈曲为目标的纵向加劲肋构造设置原则及其作用机理,以及设加劲肋的大宽厚比钢管混凝土柱承载力计算等需要深入研究的方向。     

带肋T形钢管混凝土短柱力学性能研究

对5个不同加肋方式和2个无肋的T形钢管混凝土轴压短柱试件进行了试验研究,考察了加肋形式对T形钢管混凝土短柱力学性能的影响。试验结果表明:设置加劲肋提高了T形钢管混凝土轴压刚度和轴压承载力;考虑施工难度、材料成本、承载力提高等因素,试件TR-2的加肋形式最优。采用有限元软件ABAQUS对试件的荷载-变形全过程曲线进行了计算,同时对钢管壁应力、钢管与核心混凝土之间相互作用力进行对比分析。结果表明:总体上计算结果与试验结果吻合较好,T形钢管混凝土设置加劲肋能有效延缓钢管壁向外的局部鼓曲,改善钢管壁的稳定性,所有试件在钢管角部的截面约束效应明显,而全贯通加肋试件在加肋处的截面约束效应也比较明显。     

往复偏心拉压荷载下矩形钢管混凝土柱工作性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土柱在往复偏心拉压荷载下的工作性能,进行了4个截面外廓尺寸为130 mm×170 mm的矩形钢管混凝土柱模型在往复偏心拉压荷载下的工作性能试验研究,其中:2个试件的钢板厚度为3 mm,相应配钢率为8.14%,一个试件有栓钉,一个试件无栓钉;2个试件的钢板厚度为1.5 mm,相应配钢率为4.07%,一个试件有栓钉,一个试件无栓钉。通过试验,对比分析了各试件承载力、刚度、延性和破坏特征。研究表明:矩形钢管腔体内设置栓钉可显著提高构件的抗拉和抗压性能;矩形钢管钢板厚度较大的试件对栓钉约束能力较强,可提高栓钉与混凝土的共同工作性能。