矩形钢管混凝土框架结构受力性能试验研究

为了研究矩形钢管混凝土梁在框架结构中的受力性能,并进一步分析全矩形钢管混凝土框架结构的抗震性能,对竖向荷载和低周反复水平荷载作用下的两榀单跨两层矩形钢管混凝土框架模型进行了抗震性能试验研究。以柱含钢率为变化参数,研究分析了矩形钢管混凝土框架结构的破坏机制、滞回特征、延性、强度及刚度退化等性能。结果表明:与钢筋混凝土、钢结构框架相比较,矩形钢管混凝土框架结构具有承载力高、耗能能力强、强度退化不明显、延性性能好等优点。由此可以推断:矩形钢管混凝土框架结构在承载力、抗震性能以及材料利用等方面有较多的优越性,有进一步研究和推广应用的价值。     

螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱偏压性能及承载力计算

为研究复合约束效应对螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱偏压性能的影响,设计并完成了30个螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱(15个角钢试件、15个钢管试件)的偏心受压试验,观察了试件的破坏过程及模式,获取了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,对比分析了各变化参数对试件偏压性能指标的影响,并讨论了复合约束下2类组合柱的刚度退化规律。结果表明：组合柱偏压破坏模式分为大、小偏压破坏;内置螺旋筋可显著提升钢-混凝土柱的偏压承载力和变形性能,抗弯刚度也有所改善,但过密布置螺旋筋将导致组合柱的承载力和抗弯刚度提升程度下降;增大螺旋筋径宽比和角钢/钢管纵向配钢率能显著增大组合柱的承载力和抗弯刚度,但纵向配钢率对变形性能的影响远小于螺旋筋配箍率;螺旋筋间距减小及径宽比增大可减缓组合柱的刚度退化速率;此外,复合约束效应对角钢混凝土柱偏压性能的改善显著优于钢管混凝土柱;基于压溃理论推导的组合柱偏压承载力解析公式的计算结果与试验结果吻合较好。     

内藏钢管超高强混凝土芯柱组合柱抗震性能试验研究

结合6个内藏钢管超高强混凝土芯柱组合柱试件和2个普通钢筋混凝土柱试件的低周反复加载拟静力试验,对内藏钢管超高强混凝土芯柱的组合柱的破坏形态、破坏机理和抗震性能开展研究,重点对箍筋布置和预应力钢带布置对组合柱抗震性能的影响进行分析。通过分析实测荷载-侧移滞回曲线,对试件的延性性能、耗能性能、刚度退化和强度衰减等抗震性能指标进行了对比分析。研究结果表明,内藏钢管混凝土芯柱可以明显提高柱的延性性能及耗能性能,加密箍筋和采用预应力钢带可以对组合柱产生有效约束,进一步提高内藏钢管混凝土芯柱组合柱的延性性能、耗能性能,改善其刚度退化、强度衰减。     

钢管混凝土边框内藏钢桁架组合核心筒抗震性能试验研究

提出了钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒,为了解其抗震性能,进行了1个钢管混凝土边框混凝土组合核心筒和1个钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒的低周反复荷载试验研究,2个试验模型为1/6缩尺。在试验基础上,分析比较了2个核心筒的承载力、延性、滞回特性、耗能能力、刚度衰减过程和破坏特征,分析结果表明:钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒抗震性能较好。在试验研究基础上,建立了钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒承载力简化力学计算模型与公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

方钢管混凝土框架内置两侧开洞薄钢板剪力墙的抗震性能研究

分别对单跨2层1/3比例的方钢管混凝土框架内置两侧开洞薄钢板剪力墙和未开洞薄钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验,对比分析了方钢管混凝土框架内置薄钢板剪力墙的受力机理和破坏机制。采用有限元软件ABAQUS对试验试件进行了非线性数值分析,并将数值分析结果与试验结果进行对比,研究其抗震性能。结果表明:方钢管混凝土框架内置两侧开洞和未开洞薄钢板剪力墙均具有较高的承载力、良好的耗能能力和刚度,破坏机制符合“弱板强框架”的抗震理念,基本达到双重抗震设防目标。利用有限元足尺模型研究了钢板剪力墙开洞率、轴压比对结构抗震性能的影响,结果表明:开洞率的增大使结构承载力和耗能能力减小,但对刚度退化影响较小;轴压比对结构承载力、滞回耗能和刚度退化等影响很小。     

模块化装配式钢框架组合柱及其抗侧与抗震滞回性能

模块化装配式钢框架形成模块柱-柱分离的框架结构柱，其竖向承重和水平抗侧不能很好地发挥模块柱共同工作的作用。因此，此类模块化装配式框架结构不能用于中高层建筑，是需要重点研究和发展的方面。该文针对角柱承重式模块化结构中的多柱组合形式，采用外包钢板将相邻模块柱联系起来，即通过外包钢板将模块柱形成组合柱。提出了外包钢板柱-柱组合的连接构造形式并进行了受力机理分析，建立了组合柱的精细化有限元模型，对其进行单向位移、循环往复加载模拟。结果表明:组合柱的水平抗侧刚度、承载力明显提升；提出的将外包钢板开孔后的组合柱改善了组合柱的抗震性能；外包钢板组合柱的滞回曲线更饱满、能量耗散系数更大，承载能力和耗能能力都得到了较好的提升，具有良好的抗震性能，是一种值得推广应用的构造方式。     

桁架式钢骨混凝土梁-钢骨混凝土柱梁柱组合构件抗震性能试验研究

提出了一种由桁架式钢骨混凝土(SRC)梁和钢骨混凝土(SRC)柱组成的框架结构新的节点形式。为了研究这种新型梁柱组合构件的抗震性能,对8个桁架式钢骨混凝土梁-钢骨混凝土柱框架边节点进行了低周反复荷载试验。试验观察并记录了各节点试件的破坏形态,测得其梁端荷载-位移滞回曲线、节点剪切变形、骨架曲线和梁端荷载-转角滞回曲线。以试验结果为基础,对节点的延性、耗能性能、承载力及刚度退化等抗震耗能性能进行了分析,讨论了含钢率、轴压比及角钢腹杆尺寸对节点受力性能的影响。研究结果表明,这种新型桁架式钢骨混凝土框架节点具有良好的延性及耗能性能,为其工程应用提供了理论依据。     

钢管混凝土柱-双面组合作用梁框架节点抗震性能试验研究

为了研究钢-混凝土双面组合作用梁框架节点的抗震性能,设计了3个钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点和1个普通钢-混凝土单面组合作用梁十字形框架节点,并对其进行低周往复加载试验,对比分析其破坏模式、极限承载力、初始刚度、耗能能力、延性、刚度退化等抗震性能指标;通过改变下部混凝土板厚度和传力方式,研究下部混凝土板不同厚度和不同传力方式对双面组合作用梁力学性能的影响。结果表明:与普通钢-混凝土单面组合作用梁框架节点相比,钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点具有更高的承载力和刚度,适用于荷载较大的结构,但在延性、刚度退化和耗能能力等方面无明显优势;下部混凝土板采用集中传力和均匀传力的方式对双面组合作用梁抗震性能的影响无明显区别;下部混凝土板采用预制法制作和螺栓连接更加方便、可靠。     

装配式钢套管混凝土组合剪力墙竖向受拉-水平滞回荷载试验研究

进行6个剪跨比为1.62的装配式钢套管混凝土(CFST)组合剪力墙试件的拟静力试验,研究钢管混凝土芯柱含量比、平面外偏心距、初始轴拉力对装配组合剪力墙抗震性能的影响,分析试件的破坏特征、滞回性能、变形和延性、承载力以及刚度退化和耗能。结果表明:装配组合试件的破坏形态整体为弯剪复合破坏,在竖向受拉-水平弯剪滞回复合作用下仍具有较高的承载力,滞回曲线饱满,变形和耗能较好,破坏时残余刚度大;剪切变形分量与总变形呈线性关系,约占总位移的21%;试件平均极限位移角1/42,平均延性系数5.0,表明组合剪力墙装配整体性较好。截面承载力参数分析表明抗剪承载力随钢管混凝土含量比增大而增大,而变形曲率随之减小;抗剪承载力随初始轴拉力和平面外偏心距增大而减小,适当的轴拉力能增大截面变形能力,但平面外偏心距对变形不利。     

填充墙对矩形钢管混凝土框架结构抗震性能的影响研究

为了研究填充墙对钢管混凝土框架结构抗震性能和受力性能的影响规律,该文通过两榀单跨两层带填充墙的矩形钢管混凝土框架结构的低周反复荷载试验,研究分析了该类框架结构的承载能力、延性、耗能能力、破坏机理及其破坏特征。结果表明,填充墙的存在使框架的承载能力、抗侧刚度均大幅度增加,但其屈服位移和极限位移减小,延性降低。经比较研究发现,带填充墙的矩形钢管混凝土框架与同类其他框架相比具有良好的抗震性能和耗能能力。鉴于填充墙的存在对矩形钢管混凝土框架的受力性能和延性均有较大的影响,在钢管混凝土框架结构的工程实践中,应明确填充墙对结构受力的贡献,若考虑填充墙参与结构受力,则应在整体结构分析中给予考虑,否则填充墙宜与框架柱采取柔性连接,避免产生刚度效应。     

纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究及数值模拟

为了改善钢筋混凝土（RC）柱的抗震性能和损伤容限,在柱端局部采用纤维增强混凝土（FRC）代替普通混凝土,考虑轴压比和剪跨比,设计了9根FRC柱以及1根RC对比柱试件。通过拟静力试验,观察试件在低周反复水平荷载作用下的裂缝开展过程和破坏形态,研究其滞回性能、变形和承载能力、耗能能力及刚度退化规律等。结果表明,与RC柱相比,剪跨比为2.0的FRC柱仍为压弯破坏,强度和刚度退化缓慢,具有较好的变形能力、耗能能力和损伤容限;轴压比及剪跨比对FRC柱的变形能力和耗能能力有明显影响;FRC柱仅需配置抗剪箍筋,不必另外配置约束箍筋,即可满足变形和耗能要求。基于OpenSees有限元软件,建立了多组FRC柱的有限元模型,在对有限元模型进行试验验证的基础上,进行参数分析。研究结果表明:模拟滞回曲线与试验滞回曲线总体上比较吻合;剪跨比、轴压比及FRC强度对FRC柱的承载能力均有一定影响。     

配钢率对型钢混凝土异形柱抗震性能的影响分析

设计了16个型钢混凝土异形柱试件，包括L形柱、沿腹板加载的T形柱、沿翼缘加载的T形柱和十形柱各4个，采用试验研究和有限元模拟相结合的方法分析配钢率对试件抗震性能的影响，得到了试件的破坏形态及滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、刚度、耗能能力等性能指标。结果表明:剪跨比为2.5的试件在低周反复荷载作用下发生弯曲破坏，配钢率对试件破坏形态的影响较小，但配钢率增大能够抑制混凝土裂缝的开展，延缓试件的破坏；试件的滞回曲线饱满、对称，延性好，耗能能力强，刚度退化先快后慢；随着配钢率增大，试件的滞回环面积越来越大，承载力显著提高，延性明显改善，刚度退化变缓，但耗能能力变化较小。     

海洋结构CFRP环向约束钢管混凝土柱在压弯扭荷载下的力学性能研究

为了研究CFRP环向约束钢管混凝土柱在压弯扭复合荷载下的力学性能,该文开展了4个CFRP环向约束钢管混凝土柱和2个钢管混凝土柱的拟静力试验,主要参数为CFRP层数和轴压比,得到了在弯扭、压弯扭两种荷载作用下柱的破坏模式和荷载-变形曲线。试验结果表明, CFRP环向约束钢管混凝土柱的破坏模式为弯型破坏,其破坏过程为:塑性铰区域钢管局部屈曲、CFRP形成环向裂纹,随后CFRP断裂、与钢管剥离,最后钢管局部屈曲部位开裂。轴力的存在会使得钢管更容易出现“象腿”破坏模式。在弯扭荷载下, CFRP环向约束对钢管混凝土的延性以及承载力提高不明显;在压弯扭荷载下, CFRP环向约束能有效提高钢管混凝土的延性及其耗能能力,减缓刚度退化,但对承载力的提高不明显。此外,增加CFRP层数能有效抑制钢管的局部屈曲,增强耗能能力。     

Compressive stiffness and strength of concrete filled double skin (CHS inner &; CHS outer) tubes

This paper investigated the stiffness and capacity of concrete filled double skin tubes (CFDST) column under axial compression. The column has circular hollow section (CHS) as both outer skin and inner skin. Stiffness of CFDST columns under small displacement was analyzed by the energy method. The modified elastic modulus of the between concrete and steel tubes were deduced respectively to calculate the composite stiffness of the CFDST stub column. According to the unified theory of concrete filled steel tube (CFST), the bearing capacity of the stub column was predicted by presenting the equivalent confinement coefficient of CFDST. The composite modulus and ultimate strength of the stub columns were calculated in comparison with corresponding test value, and it was found that there was good agreement between theoretical and experimental results.     

配有RPC预制管混凝土组合柱的RC框架抗震性能分析

在活性粉末混凝土(Reactive powder concrete,RPC)预制管内浇注混凝土,并在RPC预制管和内部混凝土中均配置纵向钢筋,形成一种新型组合柱——RPC预制管混凝土组合柱。采用平截面假定,并结合已有的RPC、混凝土和钢筋材料本构模型,推导了该新型柱大偏压受力状态的承载力计算式。分别采用该承载力计算式和Opensees纤维模型对两种截面的新型柱承载力进行了对比分析,两种方法的计算结果较为接近。基于柱梁承载力比、RPC预制管中钢筋等级等参数,采用Opensees纤维模型分析了配有该新型柱的RC框架的抗震性能。结果表明:当RPC预制管中配置的钢筋等级提高至HRB400及以上时,结构耗能能力和延性系数均有较大程度的提高;当柱梁承载力比不超过1.2时,随柱梁承载力比的增加,结构抗震性能改善效果不明显,而当柱梁承载力比为1.5及以上时,结构抗震性能随柱梁承载力比的增加会有明显的提升。     

底部加强矩形钢管混凝土柱抗震性能优化分析

为优化分析矩形截面钢管混凝土柱抗震性能影响参数,提出在底部外侧贴焊钢板的加强矩形钢管混凝土柱。在试验基础上用ABAQUS软件对轴压比、混凝土强度等级、底部加强钢板高度及厚度对试件影响进行数值分析,并与试验对比。结果表明,随轴压比增大试件承载力、延性逐步下降;随混凝土强度等级提高试件承载力提高,但下降段变陡,延性降低;随加强钢板高度增加试件承载力稳步增大,耗能能力提高,延性近似相等;随加强钢板厚度增加承载力提高幅度有限。在满足构造要求下,底部加强矩形截面钢管混凝土柱结构综合抗震耗能良好,可用于高层建筑结构抗震设计。     

钢管自应力自密实高强混凝土短柱轴心受压承载力试验研究

为提高钢管内混凝土（Concrete Filled Steel Tube）的密实度,减小混凝土的收缩,以保证钢管与混凝土更好地共同工作,满足实际工程需要,该文提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱,考虑套箍指标、自应力、混凝土强度等因素,设计制作17根柱试件,通过静力试验研究其轴心受压性能。研究表明:在钢管内浇筑自应力高强混凝土,不但可以补偿混凝土的收缩,而且钢管的侧向约束可以明显改善高强混凝土的脆性;当套箍指标从0.548增加到0.846,柱承载力提高13%~21%;当混凝土强度由C60到C80,柱承载力提高5%~12%;自应力对柱承载力的影响呈二次抛物线分布;基于试验结果建立的钢管自应力自密实高强混凝土柱轴心受压承载力计算公式,可供实际工程参考。