型钢混凝土偏心受压构件正截面受压承载力计算方法及试验验证

型钢混凝土偏心受压构件是组合结构中的主要结构构件,其正截面受压承载力的计算方法在各国组合结构规范中都有规定。主要介绍在试验研究基础上,以平截面假定为基础建立的型钢混凝土偏心受压构件正截面承载力的计算方法,以及承载力计算值与试验实测值的比较,二者吻合良好。此计算方法已列入《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138—2001)、《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)。     

中美核安全相关混凝土结构设计规范安全度对比分析

基于《核电厂混凝土结构技术标准》(送审稿)和美国规范ACI 349-13,对比分析了中国和美国核安全相关混凝土结构构件层次的安全度。结果表明,中国核电厂技术标准轴心受拉、受弯、轴心受压、偏心受压、受剪和受扭钢筋混凝土构件的安全度与美国规范ACI 349-13相当,受冲切构件的安全度比美国规范ACI 349-13高约30%,局部受压构件的安全度比美国规范ACI 349-13高约45%,深梁的安全度与美国规范ACI 349-13相当;牛腿按简化方法设计时的安全度比美国规范ACI 349-13低约20%,按拉压杆模型设计时的与美国规范ACI 349-13相当。中国核电厂技术标准轴心受拉、受弯预应力混凝土构件的安全度分别比美国规范ACI 349-13高约10%和15%,预应力混凝土受剪构件的安全度与美国规范ACI 349-13相当。     

中美混凝土结构设计规范综合安全系数的比较

根据中美混凝土结构设计规范关于承载能力极限状态的有关规定,本文从综合安全系数的角度,对中美混凝土结构设计规范中常用的拉、压、弯、剪、扭及板受冲切等8种典型的基本构件的综合安全系数进行了计算分析和比较,获得了中美混凝土结构设计规范安全度水平差异的定量数据,据此提出了调整我国现行规范安全度设置水平的有关建议。     

压弯作用下设传力构件的矩形钢管混凝土柱力学性能研究

为研究设置传力构件的矩形钢管混凝土柱在偏压作用下的力学性能,采用有限元软件ABAQUS建立一个矩形钢管混凝土柱3层模型,不考虑钢管壁与核心混凝土之间的黏结作用,只设置传力构件,分析在大小偏压作用下模型的变形能力。结果表明,在偏压作用下设置传力构件的矩形钢管混凝土柱钢管壁和核心混凝土很好地实现了共同工作,且变形基本符合平截面假定。为进一步研究在偏压作用下设置传力构件的矩形钢管混凝土柱的承载能力,建立了一个简化的设置传力构件的矩形钢管混凝土框架30层模型,选择不同的轴压比,计算求得设置传力构件的矩形钢管混凝土柱承载力骨架曲线。根据CECS 159∶2004《矩形钢管混凝土结构技术规程》,得到设置传力构件的矩形钢管混凝土柱偏压承载力的计算方法,并针对规程中关于大偏压承载力的计算方法提出可进一步完善的建议。基于GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》,给出CECS 159∶2004规程中大偏心受压阶段矩形钢管混凝土柱正截面受压承载力调整计算式。     

中外钢结构设计规范安全度设置水平的比较研究

本文选择了国内外几本有代表性的钢结构设计规范,包括中国《钢结构设计规范》GB50017-2003和《美国钢结构建筑物荷载及抗力系数设计规范》LRFD-2001及欧洲钢结构试行标准EC3—1993,从相当安全系数的角度,对三本规范中的轴心受拉、轴心受压、梁受弯、偏心受压等基本构件在承载能力极限状态下的强度或稳定性的相当安全系数,进行了计算分析和比较,获得了中外钢结构设计规范安全度水平差异的定量数据,提出了调整我国钢结构设计规范基本构件的安全度设置水平的有关建议,可供我国钢结构设计规范今后修订时参考。     

既有钢筋混凝土结构偏心受压构件鉴定分析

当既有建筑结构达到设计使用年限、改变建筑用途、结构改扩建或灾后事故原因的调查分析,均需要进行检测鉴定。在鉴定过程中,计算模型参数的合理设置直接影响既有结构鉴定结果的准确性,对后续结构加固设计的经济性有着指导性建议。依据GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》（2015版）偏心受压构件正截面承载力计算方法,结合本文的算例给出框架剪力墙结构安全性鉴定中偏心受压构件参数设置的建议,为类似结构的鉴定分析提供了经验。     

中、美规范中受压构件的正截面承载力计算

对中国<混凝土结构设计规范>(GB 50010-2002)和美国ACI 318M-05规范中钢筋混凝土受压构件的最小和最大配筋率、正截面轴心受压、偏心受压承载力及其配箍构造的规定进行了对比分析.结果表明:对于轴心受压构件,美国规范中受压承栽力的折减系数小于中国规范;随着受力状态由大偏心受压向小偏心受压过渡,美国规范抗力折减系数的变化与构件的受力破坏特征有关,而中国规范的抗力折减系数基本不体现大、小偏心受压构件受力破坏特征的影响;对于高强混凝土,中国规范在确定混凝土材料强度标准值时引入了脆性系数,而美国规范通过较高的配箍率规定来保证高强混凝土构件的受力破坏特征与普通混凝土一致.     

对小偏心受压构件设计采用“σ_3=f_y~''''法”的商榷

新编制的《混凝土结构设计规范》GBJ10-89(以下简称《规范》),对偏心受压构件的计算,比原规范有不少改进。但小偏心受压构件的计算却甚为繁琐,因此,寻求简化方法势在必行。本文对当前在普通钢筋混凝土矩形截面非对称配筋小偏心受压构件正截面承载力计算中,广泛采用的“σ_s=-f_y′的简化法”(为便于阐述,故将文内所述简化法取名为     

中外钢筋混凝土框架结构抗震设计安全度的比较

当前国际上的主要建筑抗震设计规范的设防目标基本可以分为功能设计和安全设计,采用结构的最大层间位移角确定抗震设防目标。比较各主要规范可以发现,我国的结构抗震变形验算标准偏低,特别是自振周期较短和延性较小的结构,我国规范的构件抗震承载力计算结果偏小,结构的抗震设计安全度水准偏低。修编后的抗震规范对抗震安全度的提高幅度不大。     

钢筋混凝土偏心受压构件二阶效应计算对比分析

根据钢筋混凝土偏心受压构件的受力状态,推导出了构件截面受压承载力计算时相关参数的计算公式,由此得出了不同配筋率与不同钢筋和混凝土强度比时中国规范GB 50010—2002、美国规范ACI 318-08和欧洲规范EN 1992-1-1:2004的构件截面弯矩-轴力曲线;在此基础上,根据中国混凝土规范中的偏心距增大系数法、美国混凝土规范的弯矩增大系数法和欧洲混凝土规范的基于名义刚度及名义曲率的方法分析考虑二阶效应的承载力,给出了不同长细比时偏心受压构件的弯矩-轴力曲线。分析结果表明:对于混凝土偏心受压构件的二阶效应,中国混凝土规范主要考虑了构件长细比的影响,美国规范考虑了构件端部弯矩、刚度和长细比的影响,欧洲规范考虑了构件长细比、曲率和端部弯矩的影响;对于构件两端偏心距相同的情况,按中国、美国和欧洲混凝土规范计算的承载力均随长细比的增大而降低,美国规范下降最快,欧洲规范次之,中国规范下降最慢。     

FRP布环向约束矩形钢筋混凝土偏压柱的简化N_u-M_u曲线研究

建议了FRP(纤维增强塑料)布环向约束钢筋混凝土偏心受压柱的简化轴力-弯矩相关曲线(Nu-Mu曲线)的建立方法,参照《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)的正截面承载力计算基本假定,得到了简化Nu-Mu曲线的关键控制点,并通过相关试验结果验证了采用简化Nu-Mu曲线验算FRP布环向约束钢筋混凝土偏心受压柱承载力的合理性,并给出了利用简化Nu-Mu曲线进行FRP布环向约束加固钢筋混凝土偏心受压柱的设计流程以及设计建议。研究结果表明,通过该简化曲线可以较好地计算FRP布环向约束钢筋混凝土偏心受压柱的承载力,且计算过程简单,能够满足工程结构加固设计要求,为我国相关规范的修订提供有益参考。     

中美欧冷弯型钢结构基本构件设计安全度比较

参照《中美欧房屋建筑钢筋混凝土基本构件设计安全度比较》提出的"安全度判值ξ_d"作为不同规范安全度设置水平的可比指标,对我国冷弯型钢结构设计规范与美国和欧洲相关规范安全度设置水平进行比较了分析。对中国规范、美国规范和欧洲规范中轴心受拉、轴心受压、受弯、受剪、压弯等基本构件的强度或稳定性的安全度差异进行了计算分析,得出"中国规范的安全度水平总体上略高于欧洲规范,平均高12%,但略低于美国规范,平均低5%"的重要结果。     

对高规剪力墙偏心受压正截面承载力计算公式的讨论

《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)给出了沿截面腹部均匀配置纵向钢筋的钢筋混凝土构件偏心受压正截面承载力计算方法,《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2002)在此基础上提出了简化的剪力墙偏心受压正截面承载力计算公式,但JGJ 3—2002、JGJ 3—2010在截面有效高度h_(w0)、小偏压情况下受拉区端部钢筋应力σ_s、相对界限受压区高度ξ_b、轴向压力作用点至受拉钢筋合力点距离e等参数取值存在一些问题,结合理论分析提出了相应的修正方法。算例分析表明,提出的修正方法计算得到的N_u-M_u相关曲线与GB 50010—2010、RESPONSE-2000计算结果吻合较好。     

HRB500级高强钢筋偏心受压截面对称配筋设计研究

通过对新GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中增加的HRB500级高强钢筋用于偏心受压构件时的截面对称配筋进行研究,得到HRB500级高强钢筋偏心受压构件大小偏心受压的判别条件,以及对应的截面配筋计算方法;同时,对HRB500级高强钢筋对应的Nu-Mu相关曲线进行讨论。本文研究结论为高强钢筋偏心受压构件对称配筋截面设计提供了具体判别条件和计算方法。     

LNG储罐混凝土结构M-N安全性分析

在混凝土结构理论分析建立的正截面承载力基本方程的基础上,本文对LNG(液化天然气)储罐外罐中的钢筋混凝土结构(包括穹顶、承台、桩)和预应力混凝土结构(外墙)推导偏心受压构件截面的极限承载力进行讨论并获得了此类构件的弯矩M和轴力N的关系。利用M-N曲线进行截面安全性分析,使计算校核更为简便统一。该法可用于编制LNG储罐钢筋混凝土、预应力混凝土偏心受压构件截面承载力计算表。     

我国历代混凝土结构设计规范构件承载力的安全度水平校核

本文分析了《混凝土结构设计规范》TJ 10-74、GBJ 10-89、GB 50010-2002及GB 50010-2010规定的构件受拉、轴心受压、受弯、受剪的承载力极限状态设计方法的安全度水平,计算其可靠指标,与现行《建筑结构可靠性设计统一标准》规定的目标可靠指标对比,评定不同版本混凝土结构设计规范的安全水平。结果表明：除74版本规范规定的受剪承载力计算外,各版本规范规定的各类承载力设计方法的可靠指标均大于目标可靠指标,且有不同程度的增长,《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068-2018和《工程结构通用规范》GB 55001-2021发布后,各类承载力设计方法的可靠指标也有一定程度的增长。     

部分非矩形截面钢筋混凝土偏心受压构件的"等代矩形"配筋计算法

以《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)的基本假定和内力平衡式为依据,提出部分非矩形(包括工字形、T形、倒T形)截面钢筋混凝土偏心受压构件的“等代矩形”配筋计算法,从而使部分非矩形截面钢筋混凝土偏心受压构件的“等代矩形”配筋计算法的计算和小偏心受压计算中遇到的ξ的三次方程的近似计算法都与矩形截面通用,从而地大大简化了计算。     

不同规范计算预应力混凝土塔架门洞处水平承载力结果比较

风力发电机组混凝土塔架结构非常复杂,塔门的存在对整体塔筒的力学特性有着不可忽视的影响,因此有必要进行门洞处水平承载力研究。参照《高耸结构设计规范》(GB50135-2006)、《烟囱设计规范》(GB50051-2013)和美国混凝土协会标准(ACI307-08)进行预应力混凝土塔架门洞处截面极限状态验算,对比了不同规范所采用的计算方法的优缺点。采用ANSYS建立了相应的预应力混凝土塔架有限元模型,对决定截面抗弯承载力的一个重要影响因素进行了数值研究,即受压区的半角系数α或ACI308-08标准中采用的中性轴角度α。结果表明,采用《高耸结构设计规范》并结合《混凝土结构设计规范》进行预应力混凝土塔架门洞截面处的承载力极限状态验算具有一定的借鉴性,与有限元模拟结果接近。     

中美钢结构基本构件安全度差异的比较分析

对中国《钢结构设计规范(GB 50017-2003)》、美国钢结构设计规范AISC 360-05中的LRFD-2005以及ASD 89三本规范中的轴心受拉、轴心受压、受弯构件、压弯构件等基本构件强度或稳定性的安全度差异进行了计算分析和比较,获得了中美钢结构设计规范安全度水平差异的定量数据,可供我国钢结构设计人员参考。     

采用外粘钢加固法对偏心受压框架柱进行加固设计的探讨

《混凝土结构加固设计规范》已于2006年11月1日开始实施。该规范必须也必然与已有的《混凝土结构设计规范》有着基本的相容性。笔者以一个混凝土柱的结构加固设计验算实例,对建设部建筑物鉴定与加固规范管理委员会编写的《加固计算例题》,作一种类型（偏心受压构件）的设计计算范例的补充;同时,对《混凝土结构加固设计规范》中关于“外粘型钢加固法”的偏心受压构件的计算公式中存在的缺陷提出看法和加以纠正,并与从事结构加固行业的专家和技术人员共同商讨。