高性能钢应用对钢-混凝土组合柱抗震性能影响

为研究高性能钢的应用对钢-混凝土组合柱抗震性能的影响,以实际工程构件的缩尺构件抗震性能试验结果为依据,建立Open SEES有限元分析模型。以型钢屈服强度、剪跨比、轴压比为研究参数,进行26个型钢混凝土压弯滞回构件有限元影响因素参数分析。结果表明:普通钢、高强钢SRC柱抗震性能变化趋势较为一致:剪跨比增大时,SRC柱承载力下降,延性性能先提高后降低;轴压比增加时,SRC柱承载力变化较小,延性性能显著降低;随着型钢屈服强度的提高,SRC柱极限承载力提高,但延性性能有下降趋势;为满足构件抗震性能,高强钢SRC柱剪跨比和轴压力限值应低于普通钢SRC柱。     

内置型钢圆形截面不锈钢管混凝土短柱轴压性能研究

为研究内置型钢圆形截面不锈钢管混凝土短柱的轴压性能，进行了10根内置型钢的圆形截面不锈钢管混凝土短柱和2根圆形不锈钢管混凝土短柱的轴压试验，并建立其有限元模型，开展了受力机理分析和参数分析。试验和受力机理分析结果表明：设置型钢后圆形截面不锈钢管混凝土短柱的承载力和延性系数分别平均提高了24%和80.3%;峰值荷载作用时，型钢的最大约束应力超过不锈钢管。参数分析结果表明：该类组合柱的承载力随材料强度、钢管含钢率和型钢含钢率的增大而增大，最大提高幅度为36.1%～81.94%;峰值应变随钢材强度或钢管含钢率的增大而增大，最大提高幅度为28.33%～136.09%;轴压刚度随混凝土强度、钢管含钢率和型钢含钢率的增大而增大，最大提高幅度为27.89%～49.1%。提出该类组合柱的轴压承载力、峰值应变和组合刚度的简化模型，简化模型计算值与有限元计算结果及实测结果吻合较好。     

型钢再生混凝土组合柱轴压比限值研究

在17个型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验研究的基础上,结合型钢再生混凝土组合柱试验位移延性系数和极限角变形,给出了满足型钢再生混凝土组合柱抗震延性要求的轴压比限值。采用大小偏心受压界限破坏理论推导了发生弯曲破坏时型钢再生混凝土组合柱的标准轴压比计算公式。在此基础上,结合抗震等级的要求,考虑体积配箍率、剪跨比对型钢再生混凝土组合柱抗震性能的影响,最终提出了不同剪跨比、不同配箍率以及不同抗震等级下型钢再生混凝土组合柱的轴压比限值。研究结果可为型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供参考依据。     

预制钢桁架-混凝土组合剪力墙受力性能研究

钢桁架-混凝土组合剪力墙是一种适用于装配式建筑的新型抗侧力结构体系。本文采用ABAQUS有限元软件建立钢桁架-混凝土组合剪力墙的分析模型,对13个不同设计参数的钢桁架-混凝土组合剪力墙进行了单调加载模拟,得到了构件的变形性能和受力性能;考察了轴压比、混凝土强度等级、型钢强度等级、含钢量等参数对钢桁架-混凝土剪力墙受力性能的影响规律。研究结果表明:轴压比对于剪力墙的抗剪承载力和延性都具有较大影响,轴压比在0.3～0.5之间,钢桁架混凝土剪力墙的抗剪承载力较大;混凝土强度等级、型钢强度等级、含钢量对剪力墙受力性能影响不大;增加型钢柱的含钢率能有效提高剪力墙的抗剪承载力,增加型钢腹杆的含钢率对于剪力墙的抗剪承载力提升效果不明显。     

部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压性能数值分析

为研究部分包覆钢-轻骨料混凝土组合(PELC)短柱的轴压性能,采用ABAQUS软件建立了轴压作用下部分包裹钢-轻骨料混凝土组合短柱的有限元模型。通过典型构件揭示了部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的全过程受力机理与破坏模式; 分析了轻骨料混凝土强度、系杆间距、含钢率以及翼缘宽厚比等参数对部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压性能的影响规律; 基于规范AISC 360并考虑轻骨料混凝土约束效应,提出了一种部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压承载力的计算公式。结果表明:部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的主要破坏模式为轻骨料混凝土压溃、H型钢正弦半波状鼓曲以及系杆屈服; 部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱的极限承载力将随着轻骨料混凝土强度与含钢率的增加而提高,延性将随着含钢率的增加而提高,随着系杆间距和轻骨料混凝土强度的增加而降低; 研究结果将为轻骨料混凝土组合柱在实际工程中的设计与应用提供理论依据。     

高含钢率型钢混凝土压弯构件受力性能影响因素分析

以8个含钢率分别为13.12%和15.04%、截面尺寸为500mm×500mm的型钢混凝土柱水平拟静力加载试验为基础,分析轴压比、含钢率和配箍率对高含钢率型钢混凝土压弯构件荷载-位移骨架曲线的影响。利用有限元分析软件ABAQUS建立试验试件的非线性有限元分析模型,模拟试验骨架曲线,验证有限元分析模型的有效性。以含钢率、轴压比和配箍率为参数,对37个型钢混凝土压弯构件进行参数分析,建模时考虑了型钢和箍筋对混凝土的约束作用,分析各参数对含钢率在20%以内的型钢混凝土柱骨架曲线的影响。结果表明：随着轴压比的增大,不同含钢率试件的屈服点割线刚度、峰值荷载、极限位移和延性水平逐渐接近,高含钢率型钢混凝土柱的优势逐渐减弱;当设计轴压比小于1.2时,型钢混凝土柱试件均具有良好的延性;随着配箍率的增大,峰值荷载和峰值位移均增大,试件延性增大。     

GFRP管型钢再生混凝土组合柱轴压性能试验及数值分析

为研究玻璃纤维(GFRP)管型钢再生混凝土组合柱的轴心受压性能,进行了11根GFRP管型钢再生混凝土组合柱轴压试验研究,重点分析了组合柱的破坏形态和荷载-位移曲线等。在此基础上,利用ABAQUS有限元软件对轴压荷载作用下GFRP管型钢再生混凝土组合柱的受力性能进行有限元分析,确定GFRP管、型钢以及再生混凝土的本构模型,建立组合柱有限元模型,获取该组合柱的破坏形态及应力云图,并验证数值模拟结果的合理性,主要分析设计参数对组合柱轴压性能的影响。结果表明:计算荷载-变形曲线与试验结果良好吻合,建立的有限元模型可用于模拟GFRP管型钢再生混凝土组合柱轴压性能。组合柱的轴压承载力随着再生骨料取代率和组合柱长细比的增大而逐渐降低,而随着配钢率和再生混凝土强度的增大而增大;增大配钢率对于提高组合柱的变形能力是有利的;此外,GFRP管型钢再生混凝土组合柱具有承载力高的优势,研究结果可为该新型组合柱的工程应用提供技术支持。     

内置型钢的圆钢管混凝土构件轴压承载力计算方法

为适应现代结构不断向高耸、重载、大跨等方向发展的趋势,将内置型钢钢管混凝土应用于柱结构设计中.采用ABAQUS有限元软件建立内置型钢圆钢管混凝土轴压短柱受力全过程分析的数值模型,对已有的内置型钢钢管混凝土轴压构件承载力的试验数据进行计算和验证.分析了该类构件在轴压作用下的应力-应变全过程曲线、截面应力分布及各部件之间的相互作用力;探究了材料强度、型钢含钢率、钢管含钢率及型钢截面形式等主要参数对内置型钢钢管混凝土组合柱强度指标的影响规律.研究结果表明:内置型钢对核心混凝土形成了双重约束作用,使核心混凝土的强度有所提高;型钢、混凝土和钢管之间的协同工作有效提高了柱的承载力及延性;型钢含钢率和型钢截面形式对应变变化影响较小.最后,提出了适用于内置型钢圆钢管混凝土短柱轴压承载力的简化计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好.     

基于纤维梁单元模型的内配工字型钢方钢管混凝土压弯构件延性分析

采用ABAQUS有限元软件并结合二次开发的纤维梁单元模型程序i Fiber LUT,在合理选取钢材与混凝土本构关系的基础上建立基于纤维梁单元的往复加载下内配工字型钢方钢管混凝土压弯构件数值分析模型,并与已有试验进行对比验证。计算出往复荷载作用下典型压弯构件的荷载-位移滞回关系曲线,并给出相应的骨架曲线。分析了轴压比、型钢含钢率、不同加载方式以及材料强度等参数对构件骨架曲线和延性的影响。结果表明:轴压比和型钢含钢率是影响组合构件延性的重要因素,其中轴压比对构件延性的影响最为显著,该类构件总体上表现出良好的延性和较高的承载力,能够适用于地震区建筑的结构设计。     

轻钢泡沫混凝土组合墙体轴压性能研究

为获得轻钢轻质混凝土组合墙轴压性能,以试验模型为基础,采用ABAQUS软件建立墙体有限元模型,将数值模拟结果与试验结果对比,二者吻合较好。在此基础上,分析了含钢率、轻质混凝土强度对轻钢轻质混凝土组合墙轴压承载力的影响。结果表明随着含钢率的提高,其峰值荷载也随之提高,含钢率对组合墙体的轴压承载力及刚度有重要作用。随着泡沫混凝土强度的提高,组合墙体的刚度及轴压承载力显著提高,但延性系数有所降低。     

配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土柱拟静力试验及有限元分析

通过配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土柱的拟静力试验发现:构件随着剪跨比的增大依次主要发生剪切斜压破坏、剪切黏结破坏和弯曲破坏,采用螺旋箍筋构件相比普通箍筋构件的滞回曲线饱满,耗能能力及延性提高。采用ABAQUS软件进行有限元分析,计算结果与试验结果吻合较好,在此基础上,以剪跨比、轴压比、型钢含钢率和型钢屈服强度为参数进行分析。研究结果表明:构件的承载力和初始刚度随剪跨比的增加而降低,延性提高;提高轴压比对构件承载力的影响是先增加后降低,而延性始终呈下降的趋势;提高型钢的含钢率和屈服强度,能够提高构件的承载力和延性。     

短肢钢管束组合墙受力性能参数影响分析

短肢钢管束组合墙由U型钢及混凝土组成,肢长较短,介于钢管束组合柱与剪力墙之间。对此种新型短肢钢管束组合墙受力性能进行研究,建立了短肢钢管束组合墙的有限元模型,将结果与短肢钢管束组合墙在反复荷载作用下试验所得的结果进行比较,验证了该模型的准确性。在此基础上,通过改变构件的钢板厚度、混凝土强度、钢板强度、轴压比、剪跨比、U型钢尺寸(加劲肋板数)参数,进行有限元模拟。分析结果表明:短肢钢管束组合墙荷载-位移滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象;钢板厚度、剪跨比对构件承载力影响很大,混凝土强度、钢板强度、轴压比对构件承载力有一定影响;短肢钢管束组合墙延性受混凝土强度、钢材强度、轴压比的影响,在轴压比增大到0.5以上时短肢组合墙延性显著降低。     

高强型钢混凝土柱抗震性能影响因素研究

通过对已完成试验的7根型钢混凝土柱在低周反复荷载下的受力性能模拟分析,验证OpenSees非线性有限元软件能够对高强钢混凝土柱截面的抗震性能进行分析。采用OpenSees软件建立了考虑型钢和箍筋对混凝土约束作用的有限元分析模型,以剪跨比、轴压比、配箍率和含钢率为参数,对21个高强型钢混凝土压弯滞回试件进行抗震性能影响因素参数分析。结果表明,大剪跨比、低轴压比、高配箍率及高含钢率的高强钢SRC柱试件滞回环更趋于较为饱满的梭形,试件极限变形能力更强:随着剪跨比的提高,试件极限承载力显著下降,延性性能先大幅提高再逐渐降低;随着轴压比的增大,试件极限承载力小幅下降,而延性性能下降显著;随着配箍率和含钢率的提高,试件的极限承载力和延性性能均有所提高,且变化幅度均较小。     

格构式型钢混凝土柱延性性能的有限元分析

通过对已完成的5根格构式和1根实腹式型钢混凝土柱在低周反复荷载下的受力性能模拟分析,验证Open Sees非线性有限元软件能够对影响此类柱截面延性的因素及规律进行分析。利用Open Sees程序对影响格构式型钢混凝土柱截面延性的主要因素进行参数分析。分析结果表明:格构式型钢混凝土柱的延性性能随体积配箍率、型钢配钢率的增大而增大,随型钢强度、轴压比的增大而减小;格构式型钢混凝土柱水平承载力随着型钢强度、型钢配钢率的增大而增大,但随体积配箍率的增长很有限。在完成参数分析的基础上,应用MATLAB进行多元非线性回归分析,得到基于体积配箍率、型钢配钢率、型钢强度、混凝土强度和轴压比的格构式型钢混凝土偏压柱的极限位移角计算公式,并利用收集到的试验结果对公式进行检验。     

型钢再生混凝土柱水平承载力及轴压比限值的试验研究

通过7个型钢再生混凝土柱在低周反复荷载作用下的试验,对型钢再生混凝土柱水平承载力及轴压比限值进行研究。分析轴压比、体积配箍率和再生骨料取代率等3个因素对型钢再生混凝土柱水平承载力的影响。研究表明:柱的水平承载力随轴压比的增加而增加,但其延性系数逐渐降低;随着配箍率的增加,柱表现出较好的承载力;再生骨料取代率对柱承载力影响不大,总体与型钢普通混凝土柱一样具有较好的承载力和延性。从型钢混凝土柱正截面界限破坏时力的平衡条件出发,对型钢再生混凝土柱轴压比限值进行理论推导;结合试验数据及试件延性分析,提出型钢再生混凝土柱在不同抗震等级下的轴压比限值,以供工程设计参考。     

配方钢管芯柱的型钢混凝土柱延性分析

利用有限元分析软件ANSYS分析了配方钢管芯柱-型钢混凝土柱在低周反复荷载下的受力性能,研究了轴压力系数、混凝土强度等级等参数对其延性的影响,并与配工字钢型钢混凝土柱进行了对比,得出配方钢管芯柱-型钢混凝土柱具有很好的延性,轴压力系数是影响其延性重要因素,提出了C50配方钢管芯柱-型钢混凝土柱满足一定延性要求的轴压比限值。     

型钢混凝土柱轴压比限值研究

型钢混凝土结构是现今高层建筑中经常采用的结构形式.为了保证地震时型钢混凝土柱的延性,<型钢混凝土组合结构技术规程JGJl38-2001)类似钢筋混凝土柱并考虑了型钢的作用规定了型钢混凝土柱的轴压比限值,但没有很好地反映轴压比限值实际应是柱界限破坏时的轴压比.经研究,建议仍可采用钢筋混凝土柱轴压比的定义并根据界限破坏推导了型钢混凝土柱轴压比限值的计算公式.     

轴压比对空腹式型钢混凝土柱抗震性能的影响

为研究轴压比对空腹式型钢混凝土柱（SRC）抗震性能的影响，选取已有文献的试验结果，结合ABAQUS有限元分析软件进行了模拟计算及验证，并在吻合结果较好的模型基础上进行了应力分析和19个试件的参数分析，分析轴压比对其抗震性能的影响和研究该种组合柱的轴压比限值。结果表明，所建立的有限元模型在滞回曲线和破坏形态上较好地与试验结果吻合；空腹式SRC柱承受水平荷载时缀板和角钢均达到了屈服，发挥其作用；随着轴压比的增大，试件的抗剪承载力先增大后减小，在轴压比为0.3时达到最大值，提高了8.9%，而延性随轴压比增大而降低，基于规范要求延性>3的规定，建议空腹式型钢混凝土柱的轴压比限值≤0.55。     

方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点抗震性能

为研究方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点的抗震性能,利用有限元分析软件ABAQUS建立了该节点的有限元模型。通过对已有试验中的圆钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点抗震性能的模拟分析,验证了有限元计算结果的正确性,进而对方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点的受力性能进行了数值模拟分析,研究了该节点在低周循环荷载作用下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线及节点延性;同时考察了柱内型钢含钢率、柱轴压比和环梁配筋率对节点抗震性能的影响。结果表明:方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点的滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能;在节点核心区设置环梁后,节点试件的最终破坏模式为梁端形成塑性铰破坏,环梁对节点核心区保护作用明显,满足"强柱弱梁"及"强节点、弱构件"的抗震设计原则;随着柱内型钢含钢率及环梁配筋率的降低,节点试件的最大荷载、延性系数和抗震性能均有所降低,且强度退化加快;轴压比对节点抗震性能影响较大,当轴压比从0.31增加至0.63时,节点试件的延性系数从4.14降低至2.12,最大荷载降幅高达15.16%。     

型钢混凝土柱复合受扭性能的非线性有限元分析

基于4个比例为1:2的H型钢混凝土柱在单调荷载下的复合受扭试验,运用ABAQUS建立相应的有限元分析模型。通过对比开裂扭矩、极限扭矩和扭矩-扭率曲线,验证了有限元分析在型钢混凝土复合受扭性能研究方面的有效性,分析了轴压比、扭弯比和混凝土强度对型钢混凝土柱复合受扭性能的影响。研究结果表明,提高轴压比可提高型钢混凝土柱的极限扭矩,但对其后期延性不利;扭弯比的减小使弯曲损伤加大,对于构件极限抗扭不利;提高混凝土强度可提高构件的极限扭矩,但后期延性变差。