钢环约束钢管混凝土柱的抗震性能

提出一种适用于抗震设计的新型钢管混凝土体系 :约束钢管混凝土柱体系。在力学分析的基础上设计概念着眼于控制钢管的局部屈曲 ,使钢管混凝土在可能出现塑性铰的部位预先得到约束。在前期研究的基础上提出了钢环横向约束方法并通过试验研究得以验证。所建议的约束钢管混凝土柱体系克服了传统钢管混凝土的抗震缺陷 ,为抗震地区的结构设计提供了理想的选择     

往复荷载下带约束拉杆方形钢管混凝土短柱应变特性

通过带约束拉杆方形截面钢管混凝土短柱在往复荷载下的试验,实测构件在往复荷载作用下塑性铰区约束拉杆和钢管壁表面的应变情况,分析了约束拉杆和钢管壁表面应变的发展规律。结果表明,塑性铰区约束拉杆和钢管壁的应变值随着位移角和循环次数的增加不断增大,加载方向约束拉杆的应变发展快于非加载方向,轴压比增加或约束拉杆间距增大,都使约束拉杆和钢管壁表面的应变值明显增加,表明约束拉杆的作用效应增强。钢管壁表面的纵向应变满足平截面假定。试件角部由于受到相邻钢板的约束作用钢管壁表面的应变发展较慢,约束拉杆限制了钢管壁的局部屈曲,并使约束拉杆设置处钢管壁表面的应变发展缓慢。带约束拉杆方形钢管混凝土短柱塑性铰的长度为其截面宽度的0. 43～1. 20倍。     

约束钢管混凝土柱的开发研究(英文)

本文提出了一种更适合抗震设计的新型钢管混凝土体系———约束钢管混凝土柱体系。它建立在清楚的力学概念基础上,其设计着眼于在可能出现塑性铰的部位附加横向约束以控制钢管的局部屈曲和更有效地约束混凝土。这一新型钢管混凝土柱体系兼具了钢管混凝土及套管混凝土柱两者的优点,克服了传统钢管混凝土柱的抗震缺陷,为抗震地区的高层结构和桥梁设计提供了理想的选择。在本研究的第一阶段,作者们对FRP约束的圆钢管柱和钢板约束的方钢管柱进行了模拟地震力的加载试验。其结果验证了约束钢管混凝土柱的良好抗震性能。     

穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱轴压试验研究

为研究穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱的轴压性能,完成了穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱与仅设约束拉杆、仅设加劲肋、普通方钢管混凝土短柱对比试件的轴心受压试验;观察了试件的受力全过程和破环特征,分析了试件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、轴压承载力、延性、含钢率等性能指标.结果 表明:穿孔肋拉杆的设置使钢管壁对核心混凝土的约束作用更趋均匀,改变了钢管的局部屈曲变形状态,显著提高了方钢管混凝土柱的轴压承载力和延性;当柱截面含钢率相同时,与仅设加劲肋的钢管混凝土柱相比,穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土短柱的轴压承载力提高了7％,延性提高了30％;与仅设约束拉杆的方钢管混凝土柱相比,穿孔肋拉杆约束方钢管混凝土柱的轴压极限承载力提高了10％,延性提高了19％.     

复合约束方钢管混凝土短柱轴压性能有限元分析

为延缓轴压作用下方钢管的局部屈曲,提高方钢管对核心混凝土的约束能力,提出了一种内置方形箍筋的复合约束方钢管混凝土柱。采用有限元软件ABAQUS对该柱进行模拟,研究其在轴向压力作用下的破坏模式、承载能力、延性、箍筋应力分布和复合约束特性,并分析了混凝土强度、方钢管壁厚对其轴压力学性能的影响。研究结果表明：提高混凝土强度、增加方钢管厚度和增设方形钢筋笼均能显著提高短柱的承载能力;方形箍筋在弹性阶段约束作用较小,其主要在弹塑性阶段和流塑性阶段发挥约束作用,设置方形箍筋可以有效提高短柱承载能力和延性,且其对延性的提高更为显著;方钢管对混凝土的约束作用整体表现为“角部大”的特点,方形箍筋可以有效增强对方钢管边长中部区域混凝土的约束作用,进而使混凝土在各方向受到的约束作用趋于均匀。     

钢环约束钢管混凝土柱

湖南大学肖岩领导的研究组提出了一种适用于抗震设计的新型钢管混凝土体系：约束钢管混凝土柱体系。这是在力学分析的基础上，控制钢管的局部屈曲，使钢管混凝土柱在可能出现塑性铰的部位预先施加横向附加约束，达到提高抗震性能的目的。     

带约束拉杆T形钢管混凝土短柱偏压试验研究

进行了16根带约束拉杆和11根不带约束拉杆T形钢管混凝土短柱试件的偏压试验研究,分析了不同荷载角、偏心率、约束拉杆间距下该类型柱的偏压性能。试验结果表明：约束拉杆的设置减小钢板的屈曲半波长、延迟钢管局部屈曲的发生、提高核心混凝土的约束作用,有助于提高该类型柱的承载力和延性;临近或达到极限荷载时近力侧拉杆及钢板对核心混凝...     

循环轴压荷载下受FRP约束的圆钢管混凝土柱

在很多结构中,钢管混凝土(CFTs)被作为柱使用。在钢管混凝土中,核心混凝土可阻止钢管内部发生屈曲变形,但是钢管约束水平、强度和延性的降低仍受外部局部屈曲的影响。为了克服钢管混凝土的这种缺陷,可以通过外包碳纤维增强材料来抑制外部局部屈曲变形。研究循环轴压荷载下受FRP约束的钢管混凝土柱的性能和建模过程。介绍并讨论两组圆钢管混凝土循环轴压荷载试验的试验结果。提出一个圆钢管混凝土中约束混凝土的循环应力-应变模型,且与试验结果较为一致。所提出的应力-应变模型可以在以后的研究中用来建立地震荷载作用下圆钢管混凝土模型。     

方钢管约束型钢混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的方钢管约束型钢混凝土短柱和1个相同用钢量的型钢混凝土对比试件的拟静力试验研究,试件的主要变化参数为轴压比(0.3,0.4和0.5)。试验结果表明：轴压比为0.3的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为弯曲破坏,而轴压比为0.4和0.5的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为剪切破坏和粘结破坏相结合。相同用钢量条件下,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力、延性、层间变形能力和耗能性能明显优于型钢混凝土柱。随轴压比的增加,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力提高,但延性和极限变形能力降低。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管在下降段屈服。图8表2参13     

拉筋接触方式对高轴压比钢管混凝土柱抗震性能影响试验研究

高轴压比下的钢管混凝土柱抗震性能较差,端部拉筋能够有效提高钢管混凝土柱的抗震能力,但拉筋与钢管壁焊接施工困难,不利于工程应用。为了研究拉筋笼与钢管壁间接触方式对钢管混凝土柱整体抗震性能的影响,通过对2个圆形和4个方形截面高轴压比端部带拉筋的钢管混凝土柱进行水平低周往复荷载作用下的试验研究,分析不同接触方式对其破坏形态、滞回耗能能力、骨架曲线、弹性刚度、承载力、延性系数、刚度退化和残余变形率的影响规律。结果表明：拉筋笼与钢管内壁焊接能够加强拉筋和钢管对混凝土的约束作用,从而增加构件的整体刚度。同时,塑性铰处钢管鼓曲幅值与局部屈曲长度明显降低,因此获得了更高的弹性刚度、承载力和滞回耗能能力;外径尺寸和其他设计参数相同时,常用拉筋笼约束方式下方钢管混凝土柱比圆钢管混凝土柱具有更大的抗弯刚度、承载力和塑性耗能能力,且破坏时始终表现为塑性压铰,而带拉筋圆钢管混凝土柱在破坏后往往由塑性压铰转变为拉铰。     

FRP约束钢管混凝土柱轴心受压极限承载力

应用第四强度理论和三向应力状态下的混凝土破坏准则推导出了约束钢管混凝土柱轴心受压的极限承载力计算公式,并分析了工作机理。算例表明,在钢管混凝土柱的外围设置横向约束件可以提高钢管混凝土柱的承载力。推导出的计算公式为约束钢管混凝土柱的设计提供了理论依据。     

Seismic behavior of wide-flange steel column with confined potential plastic hinge

This experimental project investigates and validates an innovative method to confine the potential plastic hinge zone of hot-rolled H-shape (or wide-flange) steel column for improved seismic behavior. Based on fundamental mechanics, the concept aims at controlling the local buckling of the flange and web elements of the H-shape steel in the potential plastic hinge region of a column. In the experimental program, six model columns were tested under constant axial load and cyclic lateral forces acting in either the weak or the strong axes. Compared with the conventional H-shape steel model columns, the model columns with their potential plastic hinge zone confined by either steel strips or reinforced concrete cover, exhibited excellent seismic performance with large ductility. Analytical efforts to compare with the test results were also made using simple moment-curvature analysis.     

局部约束轧制H型钢柱的抗震性能研究

针对地震作用下钢抗弯框架由于H型钢柱局部屈曲所产生的破坏,提出了一种适用于地震区的钢框架结构形式:局部约束的轧制H型钢柱体系。这种结构形式通过在柱可能产生局部屈曲的部位设置附加约束,以达到延缓屈曲发展,提高柱抗震性能的目的。根据所提出的方法,通过两组共7根大比例模型柱进行了常轴力和水平循环荷载作用下的试验验证。研究结果表明,未约束H型钢模型柱在达到其最大承载力之后,由于柱底部局部屈曲不断发展,承载力下降较快;而所建议的局部约束H型钢柱,其延性及抗震耗能能力都有了较大提高。     

局部加劲钢套管加固钢筋混凝土柱的研究

本文介绍了一种改进的钢套管加固现有柱的方法,将薄钢板焊接成一个环箍套管,以提高柱的抗剪强度,然后可选择不同类型的约束部件(加劲元件)焊接在可能产生塑性铰的部位,以增加柱的延性。所提出的设计计算方法通过了5根1/3比例的模型柱试验验证,试验加载条件为在0.3Af'的固定轴力下,施加水平往复荷载。试验结果表明:局部加劲钢套管不仅可以预防脆性的剪切破坏,还可以大幅提高柱的延性,可使最大侧移率超过8%。该加固方法可使方形或矩形截面混凝土柱的强度与延性得到良好的改善。c     

复合箍对钢筋混凝土柱延性的改善

本文通过十四个配有复合箍的钢筋混凝土柱,在周期反复荷载下的抗震性能试验,研究了相同配箍率下,配箍形式对柱延性的影响。文中通过与普通方箍的对比,给出了反映复合箍约束效果的含箍特征值λ_k的修正系数α,并以αλ_k和混凝土名义压区高度系数ξ为参数,给出了计算柱延性比的经验公式。 文中还研究了周期反复荷载下曲率沿杆长的分布以及塑性铰区长度的变化规律,给出了计算塑性区长度的经验公式。     

Seismic behavior and modeling of high-strength composite concrete-filled steel tube (CFT) beam–columns

The behavior of square concrete-filled steel tube (CFT) beam–columns made from high-strength materials was investigated experimentally. The effects of the width-to-thickness ratio, yield stress of the steel tube and the axial load level on the stiffness, strength and ductility of high-strength CFT beam–columns were studied. Sixteen three-quarter scale CFT specimens, which included eight monotonic beam–column specimens and eight cyclic beam–column specimens, were tested. The experimental results indicate that cyclic loading does not have a significant influence on the stiffness or strength of CFT beam–columns. However, it causes a more rapid decrease of the post-peak moment resistance. The moment capacity of high-strength CFT beam–columns can be predicted with reasonable accuracy using the American Concrete Institute (ACI) code provisions for composite columns.Fiber-based models were developed for the CFT beam–column specimens. The uniaxial stress–strain curves for the fibers were derived from three-dimensional nonlinear finite element analyses of the CFTs. The results from the fiber analyses of the monotonic and cyclic beam–column specimens compare favorably with the experimental results.     

圆钢管约束高强混凝土轴压短柱的试验研究与承载力分析

进行6组共18个圆钢管约束高强混凝土短柱在循环或单调轴压荷载作用下的试验研究。试验中的主要参数为混凝土强度(fcu=88.14～94.17)和钢管径厚比(D/t=21.62～43.01)。试验结果表明,圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力高于同条件的普通钢管混凝土构件,但两种构件的延性无显著差异;随钢管中纵向应力的降低,构件的轴压承载力提高。对构件的应力分析结果表明,圆钢管约束高强混凝土轴压短柱的峰值荷载点对应于钢管的屈服点。在应力分析结果的基础上建立圆钢管约束混凝土的轴压承载力公式,公式结果与试验结果吻合较好。基于试验结果对Mander约束混凝土模型进行修正,使模型适合于约束高强混凝土。     

双槽钢缀板柱绕虚轴的滞回性能试验研究

为研究双槽钢缀板柱绕虚轴的抗震性能,对6个双槽钢缀板柱足尺试件进行水平往复荷载试验研究,分析了单肢长细比、缀板线刚度、轴压比、加劲肋设置等因素对试件的承载力、破坏模式、耗能能力、变形能力及延性的影响。试验结果表明：按GB 50017—2017《钢结构设计标准》设计的双槽钢缀板柱在绕虚轴往复荷载作用下不能达到设计塑性受弯承载力,减小单肢长细比,可显著提高构件塑性抗弯承载力及初始刚度,当单肢长细比为20时,构件绕虚轴受弯承载力可达到规范相关要求;在满足规范要求的情况下,缀板及其连接焊缝未发生破坏,但提高缀板线刚度对构件绕虚轴的抗震性能影响较小;轴压比对构件抗震性能影响显著,随着轴压比增大,构件抗震性能降低;在构件塑性铰区设置加劲肋,可有效防止该区域板件的局部屈曲,提高构件的承载力、延性及耗能能力,缓解承载力及刚度退化,但塑性铰区转移至第二与第三块缀板间,试件破坏模式为单肢失稳。