浅谈钢管混凝土框架外包式柱脚设计

结合内蒙古乌兰察布市某窑尾框架,采用SATWE软件进行结构整体分析计算,读出柱底内力,并通过对外包式柱脚进行计算,无论是在施工过程中,还是施工完成后,都满足承载力要求。     

钢管混凝土柱外包式柱脚抗震设计方法探讨

钢管混凝土柱外包式柱脚是通过预埋于基础中的定位锚栓将柱脚底板与基础连接在一起,在基础顶面以上一定高度范围内的柱外表面设置抗剪栓钉,以厚度不小于150mm、配置有纵向钢筋和箍筋的钢筋混凝土包裹,形成的钢与混凝土组合节点构件,其传力机制较为复杂,计算方法一般参照《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99—98)的有关规定进行,常应用于设防烈度6,7度地区的多层建筑结构。目前对于外包式柱脚的抗震性能研究仍不多见。根据两个钢管混凝土柱外包式柱脚节点的单向低周反复载荷试验,来验证该类节点的刚接程度及其滞回性能,对该类节点的抗震设计方法及构造要求进行了探讨。     

外包柱脚塑性抗弯承载力计算分析

GB50011-2001《建筑抗震设计规范》未对矩形钢管混凝土柱外包式柱脚的抗震设计方法进行明确说明,但最新实施的GB50011-2010《建筑抗震设计规范》明确规定了这种柱脚与基础连接的极限承载力的计算方法。结合工程实例,对外包式柱脚依据新旧抗震规范的计算方法进行对比分析,同时对这种柱脚节点的抗震设计方法进行探讨。     

钢管混凝土栓钉柱脚节点抗冲切性能试验研究

通过拟静力试验方法研究静力荷载作用下带有栓钉的钢管混凝土柱埋入钢筋混凝土基础梁式柱脚节点的冲切破坏机制,冲切面位置及影响冲切承载力的因素等。研究表明:在钢管外焊接栓钉后,冲切破坏面的上边缘由钢管底部移至最上排栓钉处,扩大了混凝土冲切面积,有效地提高了构件的抗冲切承载力,当栓钉数量足够且布置合理时,柱脚的抗冲切能力可以大于抗剪能力,使柱脚节点设计满足抗弯、抗剪要求,保证构件安全。     

不封口钢管混凝土柱脚支承混凝土局部受压性能试验研究

针对端部不封口钢管混凝土的局部受压性能进行单调轴压试验研究及有限元分析。试件参数设置包括钢管的规格、支承体的混凝土尺寸、垫块的设置和配筋率等。试验及有限元分析表明：端部不封口钢管混凝土支承体顶面有压陷现象,其压陷现象与支承体的配筋率大小、不同局部受压面积比、垫块设置与否有关;对素混凝土支承体,其顶面压陷现象明显,并严重降低素混凝土的局部受压承载力;对配有间接钢筋的混凝土支承体,其顶面压陷现象不明显,对局部受压承载力影响不大,仍可按GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》局部受压公式进行验算;当局部受压荷载满足GB 50010-2010中的要求时,不封口钢管混凝土支承体的压陷现象可以得到有效控制;局部受压截面通过局部承载力实测值与GB 50936-2014《钢管混凝土结构设计规范》公式对比可知,GB 50936-2014中建议的局部受压公式结果偏保守,柱脚环板下混凝土承载力也偏于保守。     

钢管混凝土柱新型柱脚节点的试验研究

对新型钢管混凝土柱脚节点进行了静力加载和低周反复加载试验研究。给出了静力荷载下的荷载 变形曲线、低周反复荷载下的荷载 变形滞回曲线以及关键部位的应变数据。试验证明 ,此类型柱脚节点工作性能可靠 ,具有良好的耗能能力。     

外包混凝土钢管混凝土柱极限承载力分析

钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料的相互作用,充分发挥两种材料的力学性能,而钢管混凝土核心柱利用外包混凝土解决了钢管裸露在外带来的种种问题.详细推导了普通箍筋约束钢管混凝土核心柱和螺旋箍筋约束钢管混凝土核心柱两种外包混凝土截面类型钢管混凝土柱的极限承载力计算公式,为该类构件的进一步研究做了一定的基础性工作,同时,还对该类构件存在的若干问题进行了初步探讨.     

轴心受压方钢管混凝土短柱的性能研究:I试验

介绍了包括方钢管混凝土短柱、方钢管短柱以及素混凝土短柱在内共 １４个试件的轴心受压试验结果,研究了方钢管混凝土短柱的破坏机理、延性和极限承载力,讨论了影响方钢管混凝土轴压短柱性能的主要因素,包括钢管的宽厚比、混凝土的强度等级等。     

外张拉式自复位方钢管混凝土柱脚抗震性能试验研究

外张拉式自复位方钢管混凝土柱脚是一种便于钢绞线张拉和耗能部件更换的自复位柱脚节点。根据钢绞线与防屈曲钢板(BRS板)布置方式的不同,将自复位柱脚分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型,以适应平面和空间复位模式。通过3个3/4比例的Ⅰ型自复位柱脚的低周往复荷载试验,研究初始预应力、轴压比对柱脚承载能力、自复位性能和抗震性能等的影响。结果表明:在竖向荷载和水平往复荷载的共同作用下,外张拉式自复位方钢管混凝土柱脚的滞回曲线为典型的"双旗帜"形,该柱脚具有良好的自复位能力和耗能能力;加载至4%侧移角时,柱和钢绞线仍保持弹性,仅BRS板进入塑性状态,因此通过更换BRS板可以实现震后的快速修复;增大轴压比和钢绞线初始预应力,可有效提高柱脚的承载力,增大自复位能力,变形能力和耗能能力减小。所提出的自复位柱脚弯矩计算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

钢桁架-圆钢管混凝土柱连接区段抗震性能试验研究与承载机理分析

高铁客站采用钢桁架-圆钢管混凝土柱结构,其连接构造复杂、用钢量大,且具有不同于传统梁柱节点的受力性能。对该类连接进行构造改进,取消钢管内部的加劲板,并对改进后的连接区段进行了往复加载试验。试验结果表明：改进后的大跨度钢桁架-圆钢管混凝土柱连接构造简单、合理有效;连接区段的柱与桁架之间的强弱关系对破坏模式与抗震性能有较大影响;高铁客运站柱轴压比较小,使连接区段的钢管混凝土柱适当弱于桁架可获得更好的变形与耗能能力。基于叠加原理,提出了连接区段的简化理论分析模型,预测的承载力及荷载-位移关系与试验吻合较好。     

带约束拉杆方钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

进行了10个带约束拉杆和5个不设约束拉杆方形钢管混凝土短柱轴心受压构件的试验研究。主要研究参数为约束拉杆直径和间距、钢管厚度、钢材强度等。试验研究表明,在轴心压力作用下,方形钢管混凝土短柱在设置了约束拉杆后,能有效改善横截面周边中部钢管对核心混凝土的约束作用,延迟或避免钢管在应力达到屈服强度前发生失稳性的局部屈曲而导致构件的过早破坏,从而使方形钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性均有较大幅度的提高。同时,应用现有规范及规程有关方形钢管混凝土承载力计算公式,对带约束拉杆方形钢管混凝土轴压试件承载力进行计算,计算结果与试验结果相比较为保守。     

Axial load behavior of square CFT stub column with binding bars

This paper is concerned with the axial load behavior of square concrete filled steel tubular (S-CFT) stub columns with binding bars provided to improve the mechanical behavior of S-CFT columns. Ten specimens with binding bars and 5 specimens without binding bars were tested to examine the effects of width-to-thickness ratios and binding bars on ultimate strength, stiffness and ductility of S-CFT columns. A method for calculating ultimate strength is proposed based on a constitutive model of confined concrete and a simplification corresponding to this method is conducted. Finally, the method proposed in this paper is verified with experimental results in this test program and data from other experiments. Corresponding values of ultimate strength calculated by EC4(1996) and GJB(2000) are given respectively for comparison. For S-CFT stub columns with binding bars, the results predicted by the method proposed herein agree well with the experimental results while that predicted by the methods of EC4(1996) and GJB(2000) scatter from the experimental results; for S-CFT without binding bars, the results given by the three methods mentioned above are all reasonable.     

钢管混凝土柱-钢梁节点核心区受剪承载力计算对比研究

对近年来国内外进行的部分钢管混凝土柱与钢梁连接节点试验数据进行了统计,将试验结果与AIJ规范公式、Fukumoto方法和Nishiyama方法的计算结果进行了对比分析。计算结果表明：Fukumoto方法和Nishiyama方法的核心区受剪承载力计算方法较AIJ规范更加准确可靠。通过参数分析,证实了3种受剪承载力计算方法对不同轴压比、不同节点形式、不同柱截面的钢管混凝土节点具有较广泛的适用性。建议AIJ规范的适用钢材强度和混凝土强度分别不超过450MPa和70MPa,3种方法的适用钢材屈服强度与混凝土抗压强度标准值之比不小于8。对特殊类型节点的核心区受剪设计,也给出了修正计算式。     

带约束拉杆方形钢管混凝土柱偏压性能

介绍了14个带约束拉杆方形钢管混凝土单向偏压柱试件的试验研究结果,研究试件在不同的含钢率、约束拉杆设置参数以及偏心率下的力学性能。研究结果表明约束拉杆有助提高方形钢管混凝土偏压短柱的承载力和延性。同时,利用国内现有规程GJB 4142—2000、DBJ 13—51—2003以及CECS 159:2004对试件承载力进行计算,规程计算结果总体上低估了带约束拉杆方形钢管混凝土偏压试件承载力试验结果。采用带约束拉杆方形钢管混凝土的本构关系,利用条带法对试件承载力进行数值计算,计算结果与试验结果吻合良好。利用该数值方法对带约束拉杆方形钢管混凝土偏压柱进行参数研究,分析约束拉杆约束系数、钢材屈服强度、混凝土强度、截面含钢率以及长细比等主要参数对N/Nu-M/Mu曲线的影响,在此基础上提出适合带约束拉杆方形钢管混凝土偏压柱承载力简化计算公式。该简化公式计算结果与数值计算结果基本吻合,且总体上偏于安全。     

钢—混凝土组合节点在正弯矩作用下的试验研究

针对钢—混凝土组合柱组合节点在正弯矩下受力性能进行了试验研究,并探讨了混凝土组合柱对组合节点受力性能的影响。试验结果表明：组合节点在正弯矩作用下,受拉部件主要为中和轴下面的螺栓,受压部件主要为混凝土板。其他条件相同时,柱翼缘内填充混凝土的组合节点,在节点延性略有减小的同时,初始强度得到提高。     

柱脚刚接与铰接柱列支撑体系受力性能试验研究与有限元分析

为研究柱脚刚接与柱脚铰接柱列支撑体系的不同受力性能和验证有限元方法分析该问题的可靠性,对带有不同初始几何缺陷分布的柱脚刚接与铰接柱列支撑体系进行了静力模型试验研究。研究结果表明：柱脚铰接柱列支撑体系的极限荷载和柱中水平撑杆内力均高于柱脚刚接柱列支撑体系,且前者较高的极限荷载更大幅度地增加了柱中水平撑杆内力;由于试验模型中柱和水平撑杆的初始几何缺陷的随机分布,柱中水平撑杆受压力或拉力的情况是随机的;柱列支撑体系的失稳破坏是由于单柱失稳破坏引发的。采用有限元模型对试验进行了模拟验证,计算结果与试验结果吻合良好。     

国家体育场桁架柱柱脚锚固性能试验研究

国家体育场钢柱脚锚固于钢筋混凝土承台中,其受力复杂,以往国内外类似的设计及试验均很少。本文共进行了4个钢柱脚-钢筋混凝土承台试件锚固性能的试验研究,其中2个为混凝土承台中配置抗拔钢筋的试件,2个为混凝土承台中未配置抗拔钢筋的试件。通过单向重复加载下的钢柱脚锚固性能试验,对试件的锚固承载力、延性、合理配筋型式等进行了研究。试验表明,混凝土承台中配置抗拔钢筋的试件与未配置抗拔钢筋的试件相比其锚固承载力和延性显著提高。在试验基础上,建立了柱脚锚固承载力计算的桁架模型,计算结果与实测结果符合较好。     

国家体育场焊接方管桁架单K节点试验研究

为考察构造复杂的国家体育场焊接方管桁架单K节点的受力性能和承载力,进行了两个典型节点的1∶3缩尺比例的模型试验和有限元分析。试验结果表明,节点强于杆件,节点的极限承载力都能达到设计荷载水平的2倍以上,且节点区范围内的板件未观察到局部失稳或断裂现象。有限元分析能较好地模拟试验现象。试验结果和有限元分析结果证明,节点区的板件局部加厚和内置加劲肋等加强措施是有效的。