Experimental study on the seismic behavior of a shear wall with concrete‐filled steel tubular frames and a corrugated steel plate

Shear walls and core tubes in shear walls constitute the core anti‐earthquake vertical systems of high‐rise buildings. This paper proposes a new type of composite shear wall with concrete‐filled steel tubular frames and corrugated steel plates. The seismic behavior of the new shear wall is studied using a cyclic loading test and damage analysis. The failure mode, load‐carrying capacity, ductility, stiffness degradation, hysteresis behavior, and energy dissipating capacity exhibited in the test are studied. The test results show that when the proposed wall is broken, the tension side of concrete‐filled steel tubes is torn. The concrete at the bottom of the wall is detached and peels off along the through cracks. The energy dissipation capacity of concrete walls is more fully utilized. The proposed wall exhibits excellent deformability, energy dissipation capacity, and the stiffness degradation was slower than that of other walls. The use of corrugated steel plate significantly improved the seismic performance while simultaneously increasing the ductility and reducing the damage. In addition, this paper modified the energy dissipation factor in the Park & Ang model based on the situation of the specimen and experiment. It can be used to evaluate the damage degree of this new type of shear wall.     

Investigation on seismic performance and shear strength of high‐strength concrete‐filled polyvinyl chloride tube short columns

This paper innovatively designs polyvinyl chloride tube (PVCT) with high‐strength concrete (HC) and presents the results of cyclic loading tests on new reinforced high‐strength concrete short columns, including three high‐strength concrete‐filled PVCT (HC‐PVCT) short columns, one high‐strength concrete‐filled steel tube short column and one HC short column. The main objective of this research was to evaluate the seismic behaviors of HC short columns based on the quasistatic test of the columns. The design parameters of the columns in the experiments were axial compression ratio, reinforcement measures, concrete strength, stirrups configuration, and the height‐diameter ratio of tubes. The crack distribution, failure modes, hysteresis loops, skeleton curves, energy dissipation capacity, strength degradation, stiffness degradation, and cumulative damage of the columns were presented and analyzed. The results showed that the HC‐PVCT column had a fuller hysteretic loop and a higher peak load than the HC column. Compared with HC column, the strength degradation of HC‐PVCT columns was slower, and the ductility increased significantly. With a larger axial compression ratio, the ductility of HC‐PVCT columns was decreased. Based on the test and analysis results, a modified HC‐PVCT design method was proposed to calculate the nominal shear strength of HC‐PVCT short columns.     

壁式钢管混凝土柱抗震性能试验研究

通过3个截面高宽比为3.0的壁式钢管混凝土柱足尺试件在高轴压比下的低周反复加载试验和有限元分析,研究壁式钢管混凝土柱的破坏模式、滞回行为、承载能力、变形性能和能量耗散能力。结果表明：试件的破坏模式为压弯破坏,破坏区域钢板受压鼓曲、钢管纵向焊缝涨裂、混凝土压溃;试件滞回曲线稳定饱满,无明显捏拢现象;纵向隔板能够约束钢管壁板平面外变形,提高钢板局部屈曲强度;试件破坏时位移延性系数大于3.0,等效黏滞阻尼系数大于0.4,减小钢管壁板宽厚比可有效增加试件耗能能力。设计轴压比为0.54～0.69时,壁式钢管混凝土柱屈服位移角大于0.005rad,极限位移角大于0.02rad,具有良好的变形性能和耗能能力。建立的精细有限元模型可准确预测壁式钢管混凝土柱在恒定轴力和反复水平力下的滞回行为。有限元分析表明,轴压比对壁式钢管混凝土柱的极限位移影响显著,提高含钢率可有效增加其承载力和变形性能。     

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。     

钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱抗震性能试验及其数值模拟

为研究钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱的抗震性能，完成了7根钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱和4根钢管混凝土叠合柱的低周往复加载试验。试验结果表明：钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱在低周往复荷载下均具有较好的延性，滞回曲线饱满，未出现明显的“捏缩”效应，表明ECC材料与核心钢管混凝土具有较好的协同变形能力和组合作用。相比之下，钢管混凝土叠合柱试件在低周往复荷载下出现明显的外层混凝土剥离现象，滞回曲线捏拢现象较为明显。通过累积耗能对比分析可知，钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱的累积耗能约为钢管混凝土叠合柱的2倍，表明钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱具有更好的抗震性能，适用于抗震设防烈度较高地区。此外，基于有限元软件ABAQUS对钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱的滞回性能进行了模拟，将有限元分析结果与试验结果对比发现，二者吻合较好，表明采用该有限元模型可以较为准确地研究该类组合柱的抗震性能。最后，基于有限元模型探讨了不同参数对组合柱受力性能的影响。     

Seismic behavior of specially shaped concrete‐filled steel tube columns with multiple cavities

To study the seismic behavior of specially shaped concrete‐filled tube (CFT) columns with multiple cavities under axial tension or axial compression, a quasistatic test of four 1/30‐scale specially shaped CFT columns with multiple cavities was conducted based on the CFT mega columns in a super‐high‐rise building. The main parameters of the 4 specimens were the direction of axial force, the direction of horizontal force, and the cross‐sectional structural form. The test was conducted twice at each level of horizontal displacement. The results shows that the compression–flexure test specimen showed lower yield damage, higher bearing capacity, and superior seismic performance relative to the tension–flexure test specimen; the specimen loaded along the short axis of the section had a lower bearing capacity and stiffness relative to the specimen loaded along the long axis; and the corner‐reinforced specimen with a round steel pipe was found to be rationally designed and properly constructed. Finally, an N–M correlation curve was generated and found to show satisfactory agreement between the fitted values and the test values.     

锈蚀圆钢管再生混凝土轴压短柱受力性能研究

以名义锈蚀水平(0%、10%和20%)为变化参数,设计了6根圆钢管混凝土短柱进行轴压试验,观察了锈蚀圆钢管混凝土短柱的受力全过程和破坏形态,得到了构件的应力-应变关系曲线,重点分析了锈蚀对构件轴压性能的影响,得出锈蚀圆钢管混凝土短柱刚度退化规律以及损伤演变规律。研究结果表明：随着锈蚀水平的提高,钢管混凝土柱的承载力均下降,组合弹性模量不同程度降低,刚度损伤增大;核心混凝土的类型对锈蚀构件承载力影响不大。采用钢管壁厚折减法结合ABAQUS有限元软件对构件在轴压荷载作用下荷载-变形关系进行模拟,同时根据GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》公式进行计算,试验结果与模拟结果以及计算结果基本一致。采用钢管壁厚折减法能够有效计算锈蚀圆钢管再生混凝土的承载力。     

钢管钢纤维高强混凝土短柱轴心受压试验研究

对7根圆钢管钢纤维高强混凝土短柱和3根圆钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验,研究钢纤维掺量、含钢率和混凝土强度等级对钢管钢纤维高强混凝土短柱受力性能的影响。研究结果表明：随着钢纤维体积掺量的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的延性逐渐增大,承载力略有提高;随着含钢率的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的承载力和延性均增大;随着混凝土强度等级的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的承载力增大,延性逐渐降低;掺入钢纤维对钢管高强混凝土短柱的破坏模式几乎没有影响。最后给出了钢管钢纤维高强混凝土短柱承载力计算式。     

不同腔体构造圆钢管混凝土短柱抗震性能试验

为研究不同腔体构造对圆钢管混凝土短柱抗震性能的影响,进行了3个不同腔体构造的大截面尺寸圆钢管混凝土短柱试件的低周反复荷载试验。试件钢构件分别为圆钢管、圆钢管腔内焊接环向及竖向肋板并设置钢筋笼以及圆钢管内置圆钢管,其中后两者钢构件用钢量相等。各试件的轴力均相等。分析了各试件的承载力、刚度退化、滞回特性、延性、耗能及破坏特征。研究表明：竖向肋板的设置可以提高构件的受弯承载力;环向肋板可以显著约束钢管径向变形;内置圆钢管强化了核心区混凝土的约束,使得外钢管弹塑性变形能力增强;含钢率相等条件下,圆钢管内置圆钢管混凝土短柱与圆钢管腔内焊接环向及竖向肋板并设置钢筋笼混凝土短柱相比,虽然水平承载力略有下降,但是其延性系数和累积耗能能力有显著提高;3个不同腔体构造圆钢管混凝土短柱的等效黏滞阻尼系数分别为0.41、0.53、0.58,均具有较好的耗能性能。圆钢管混凝土柱在压、弯、剪复合受力状态下的承载力试验值高于按照我国规范和规程所得出的计算值,表明我国规范和规程在计算足尺试件承载力时,结果偏于安全。     

方钢管混凝土柱与钢梁框架节点的抗震性能试验研究

为验证方钢管混凝土柱与工形钢梁框架节点的破坏特征和抗震性能,本文进行了A、B两组共6个足尺节点试件的低周反复循环加载试验,其中A组三个试件梁端采用栓-焊连接;B组三个试件梁端为全对接焊接。试验结果表明:6个试件的层间位移延性系数μ≈2.28～3.86,弹性极限层间位移角y≈0.001～0.014,弹塑性极限层间位移角u≈0.0297～0.0424,节点梁柱的相对极限塑性转角θu≈0.0163～0.0343rad,能量耗散系数E≈2.029～2.494;A、B两类节点均有良好的抗震性能,在相同轴压比下A类节点的延性较B类略好一些,而耗能能力B类节点却略大一些,但二者相差不大,均满足结构抗震设计的要求。文章还分析了节点域的剪切变形,给出了改造节点设计的几点建议。     

型钢高强混凝土框架柱抗震性能试验研究

基于16个型钢高强混凝土(SRHSC)框架柱试件的低周反复加载试验,对其抗震性能进行了研究。试件设计参数为剪跨比、轴压比、混凝土强度、含钢率和配箍率。对不同设计参数试件的受力特点、破坏形态、滞回性能、骨架曲线、耗能能力、位移延性等主要抗震性能指标进行了分析,得到了试件耗能指标、位移延性与诸设计参数之间的关系曲线。试验结果表明：试件荷载-位移滞回曲线饱满,下降段较为平缓,其他各项抗震性能指标较为优异,总体上表现出良好的抗震性能;混凝土强度等级超过C100的SRHSC框架柱的承载力优势明显,但由于高强混凝土的脆性导致其耗能能力及延性较普通型钢混凝土框架柱稍差;试件剪跨比、含钢率以及配箍率的提高能够增强其抗震性能,而混凝土强度、轴压比的提高将降低其抗震性能。     

钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能的试验研究

为了探讨钢管混凝土柱-钢梁平面框架的抗震性能,本文进行了12个框架试件在恒定轴力和水平反复荷载作用下的试验研究,主要考察了柱截面形状(圆形、方形)、含钢率(圆形:α=0.06,0.103;方形:α=0.125,0.126)、柱轴压比(圆形:n=0.06~0.60;方形:n=0.04~0.60)、梁柱线刚度比(圆形:i=0.36~0.58;方形:i=0.34~0.62)等参数对其力学性能的影响。试验结果表明:钢管混凝土柱-钢梁框架滞回曲线较为饱满,强度和刚度退化不明显;柱轴压比和含钢率对框架的承载力和抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,框架的水平极限承载力下降,位移延性和耗能能力降低,而含钢率影响规律则相反;圆形截面柱框架抗震性能整体上优于方形截面柱框架。按照《钢管混凝土结构技术规程》(DBJ13—51—2003)设计的钢管混凝土框架能够满足结构抗震设计要求。     

复合钢管高强混凝土短柱轴心受压性能试验与分析

为研究外方内圆复合钢管高强混凝土短柱轴心受压性能,完成了三组共23个试件的轴压试验和典型试件的非线性有限元分析。试验结果表明：各试件的破坏形态基本相同,为方钢管向外鼓曲,方钢管与圆钢管之间的混凝土酥松、局部压碎;试验结束时,试件纵向应变达到0.09~0.11,尚能承担约70%的峰值竖向力;按文献［8］有关公式计算得到的试件压缩刚度平均值为实测值的83.6%;采用圆钢管对其管内混凝土提供约束,方钢管对混凝土不提供约束、但提供轴压承载力的计算假定,试件轴心受压承载力计算值与试验值吻合良好;非线性有限元计算得到的竖向力 纵向应变曲线及破坏过程与试验结果符合较好。     

钢管再生混合短柱的轴压性能试验

为揭示钢管再生混合短柱的轴压性能,通过17根试件的轴压试验,考察钢管再生混合短柱与钢管混凝土短柱的7d和28d轴向受力行为,比较二者的刚度、强度和延性。根据国内外钢管混凝土结构设计标准,对试件的抗压承载力进行计算,基于计算结果与试验结果的对比,建议钢管再生混合短柱的抗压承载力计算公式。研究结果表明:①虽然钢管再生混合短柱采用了32%～35%的废弃混凝土,但其轴向受力性能却与全现浇钢管混凝土短柱相当。②根据我国标准JCJ01—89给出的钢管再生混合短柱的抗压承载力计算结果与试验结果吻合较好。     

不同冲击角度作用后的圆钢管柱滞回性能试验研究

为研究冲击作用后圆钢管柱的抗震性能,以冲击角度(0°、45°和90°)和轴压比(0.4、0.6和0.8)为设计参数,实施9个冲击作用后的圆钢管柱试件和3个未受冲击作用的对比试件的水平低周往复荷载试验,观察试件的破坏形态,获取试件的滞回曲线和骨架曲线。探讨了不同设计参数对试件的极限承载力、破坏模式、延性、刚度退化以及耗能等抗震性能指标的影响。试验结果表明：受冲击作用后的钢管柱的破坏位置均集中在柱底塑性铰区域,主要表现为柱底钢材的鼓曲和断裂;相比于未受冲击作用的钢管柱,受冲击作用后的钢管柱的滞回曲线饱满程度降低,延性和耗能能力显著下降,极限承载力和刚度有所降低,但降低幅度不大;冲击角度主要影响钢管柱的延性和耗能能力,对钢管柱的极限承载力和刚度影响较小;轴压比对钢管柱的滞回性能影响显著,随着轴压比的增大,试件的极限承载力降低,刚度退化更快,延性和耗能能力显著降低;为保证钢管柱具有足够的延性和耗能能力,应严格控制其轴压比。     

型钢超高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢超高强混凝土柱的抗震性能,开展了27根型钢超高强混凝土柱试件的低周反复加载试验。试件设计参数为剪跨比、轴压力水平、配箍、型钢和栓钉配置情况。针对不同设计参数的试件的破坏特征、滞回曲线、水平承载力、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化等进行了分析,得到了各设计参数的影响规律。试验结果表明：型钢超高强混凝土柱的滞回曲线饱满且较稳定;剪跨比较大、轴压比较低、箍筋有效约束指标较大、配置H型或十字型钢的试件具有更好的抗震性能;型钢在箍筋约束效果较好时,能更充分地发挥提高柱抗震性能的作用;通过配置高强度八边形复合箍筋,能有效避免型钢超高强混凝土短柱发生脆性剪切破坏,使得其最终破坏形态为弯曲破坏,从而改善其抗震性能;配置栓钉能提高柱的抗震性能,且当柱的变形能力较强时效果更明显;试验轴压比为0.38或0.45的试件仍具有较强的耗能能力和变形能力,即型钢超高强混凝土柱具有较好的抗震性能。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能试验研究

进行了3榀方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的低周反复加载试验,分析了轴压比和梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。得到了框架的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及各阶段的荷载和位移值,分析了框架的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化。试验结果表明：框架滞回曲线饱满,具有良好的变形性能和耗能能力;增大轴压比将降低框架的延性和水平极限承载力,提高框架的耗能能力;增大梁柱线刚度比将降低框架的延性和耗能能力,提高框架的水平极限承载力。试验结果可为方钢管混凝土柱-钢梁框架的工程应用提供参考。     

钢管超高强石渣混凝土轴压短柱静力性能试验研究

通过14个钢管超高强石渣混凝土短柱试件的轴压试验,考察其破坏形态,分析混凝土强度、试件的直径、径厚比等参数对其力学特性的影响。试验结果表明:以较低的水泥消耗量配制的超高强石渣混凝土填充至钢管内,钢管与核心混凝土界面密实,没有脱空的现象;在试验参数范围内,试件的套箍指标和混凝土强度是影响其静力特性的主要因素,试件的峰值荷载、低谷荷载及二次峰值荷载与核心混凝土的名义承载力(f_cA_c)之比基本与套箍指标成线性关系,但变化规律有别;试件的荷载-轴向平均应变曲线可以分为四个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段、荷载下降阶段和荷载回升阶段;套箍指标较小时,弹塑性段较短,下降段陡峭,峰值荷载后荷载下降幅值较大;套箍指标较大时,弹塑性上升段和荷载下降变形曲线较平缓,峰值荷载后荷载下降幅值较小;所有试件都呈剪切型的破坏特征,有较高的残余承载力和良好的延性;最后,给出了经回归分析得到与试验结果比较吻合的钢管超高强石渣混凝土短柱轴心受压承载力的计算公式。     

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。     

Mechanical behavior of Q690 high‐strength steel beams at room and elevated temperatures

This paper investigates the mechanical behavior of Q690 high‐strength steel (HSS) beams at room and high temperatures by means of experimental and numerical analysis. First, simply supported and cantilever Q690 steel beams were tested under room and elevated temperatures. The test results indicated that the bearing capacity of the specimens in fire decreases sharply with the increase of temperature. Subsequently, finite element models were established and verified against the experimental results. Finally, a large amount of numerical analysis was carried out, and two formulae to estimate the bearing capacity of Q690 HSS beams under room and elevated temperatures were obtained. The results estimated by the formulae were compared with the test data and Eurocode 3, which proved that the proposed formulae are reliable enough for practical design.