双向偏心受压型钢混凝土柱有限元分析

双向偏心受压型钢混凝土柱是地震区型钢混凝土结构的重要构件,其受力情况和破坏机理较为复杂。采用大型通用有限元软件ANSYS对双向偏心受压SRC柱正截面承载力进行了模拟分析。通过对25根SRC柱双向偏心受压试件的模拟,较真实地模拟SRC柱在偏心荷载作用下的荷载位移过程,计算结果与试验符合较好,从而验证了有限元程序模拟试验的准确度与可行性。在此基础上,又对试验数据较少的配十字型钢SRC柱双向偏心受压构件进行了全过程模拟,从理论计算角度做了非线性分析,计算结果与配工型SRC柱较为一致,为进一步了解其力学性能和SRC柱偏心受压构件的设计提供了理论依据。     

非对称十字形配钢型钢混凝土矩形截面柱抗震性能试验研究

为适应型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)框架结构在边柱、角柱部位不均匀受力的特征,并简化施工、避免大量型钢开孔和钢筋焊接,提出非对称十字形配钢SRC矩形截面柱构造。开展7根非对称十字形配钢SRC矩形截面柱和1根对称十字形配钢SRC矩形截面柱的低周往复加载试验,分析配钢形式、剪跨比、轴压比和体积配箍率等主要设计参数对柱抗震性能的影响。结果表明：不对称配钢形式使SRC柱的正、负向承载力不对称,正向加载(型钢内缩侧受压)比负向加载先达到峰值荷载;在相同含钢率下,非对称十字形配钢SRC矩形截面柱可达到与对称配钢形式相近的抗震性能;剪跨比的增大使柱的刚度衰减率降低,延性增加,耗能能力提高;增大轴压比,柱刚度退化加剧,延性降低,耗能能力减弱;提高体积配箍率将改善柱的耗能能力和延性。     

Experimental study on seismic behavior of steel reinforced concrete rectangular column with unsymmetrical cross-shaped steel section

为适应型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)框架结构在边柱、角柱部位不均匀受力的特征，并简化施工、避免大量型钢开孔和钢筋焊接，提出非对称十字形配钢SRC矩形截面柱构造。开展7根非对称十字形配钢SRC矩形截面柱和1根对称十字形配钢SRC矩形截面柱的低周往复加载试验，分析配钢形式、剪跨比、轴压比和体积配箍率等主要设计参数对柱抗震性能的影响。结果表明：不对称配钢形式使SRC柱的正、负向承载力不对称，正向加载(型钢内缩侧受压)比负向加载先达到峰值荷载；在相同含钢率下，非对称十字形配钢SRC矩形截面柱可达到与对称配钢形式相近的抗震性能；剪跨比的增大使柱的刚度衰减率降低，延性增加，耗能能力提高；增大轴压比，柱刚度退化加剧，延性降低，耗能能力减弱；提高体积配箍率将改善柱的耗能能力和延性。     

型钢混凝土异形柱正截面承载力试验及有限元分析

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱的正截面承载力性能，设计22个试件进行静力和循环加载试验研究，分析其破坏机理。编写了计算机程序，利用程序分析了加载角、截面配钢形式、配钢率、混凝土强度等级以及柱肢高厚比等变化参数对SRC异形柱正截面承载力的影响，并与钢筋混凝土（RC）异形柱的正截面承载力进行对比分析。研究结果表明：SRC异形柱破坏形态表现为大偏心受压破坏、小偏心受压破坏和轴心受压破坏；截面应变基本符合平截面假定；加载角和截面配钢形式对正截面承载能力有显著影响，T形柱的薄弱加载方向是0°、90°和315°，L形柱的薄弱加载方向是90°和315°，十形柱的薄弱加载方向是0°，实腹配钢比空腹配钢试件的承载能力有明显提高；适当增加截面配钢率、混凝土强度等级以及柱肢高厚比均能有效提高SRC异形柱的正截面承载能力；当截面配钢率不大于6%时，SRC异形柱的承载力与普通的RC异形柱相比提高36%以上。     

方钢管-钢骨混凝土偏压柱正截面承载力分析

为了进一步研究方钢管一钢骨混凝土偏心受压柱的力学性能,采用叠加法推导了其在钢管、钢骨受拉、受压区屈服条件下的承栽力计算公式;分析了长细比、偏心率、套箍率、配骨率等参数对偏压构件承栽力的影响;通过算例对偏压柱正截面承载力的计算过程进行了演示.结果表明:偏心率的增大使承载力迅速降低;随着长细比的增加,构件的承栽力呈直线下降;套箍率、配骨率的增加可以显著提高构件的承载力;得出的偏压承载力的计算公式可用于承载力复核,为方钢管-钢骨混凝土偏压柱设计提供参考.     

矩形不锈钢管混凝土柱双向偏压力学性能试验研究

完成了14根矩形不锈钢管混凝土柱在双向偏压下的试验研究,试验考察的主要参数为:荷载偏心率、混凝土强度和试件长度。试验结果表明:在双向偏心受压荷载作用下,矩形不锈钢管混凝土柱具有良好的延性;荷载偏心率、混凝土强度和试件长度对矩形不锈钢管混凝土双向偏压试件的承载力和延性都有着明显的影响,跨中截面的应变变化符合平截面假定。采用现有《钢管混凝土结构技术规程》(DBJ/T 13—51—2010)中的钢管混凝土双向压弯相关方程对试验构件的极限承载力进行了计算,其结果和试验值吻合较好。     

新型配螺旋箍筋装配式SRC柱偏压性能研究

提出了1种新型的配螺旋箍筋的装配式型钢混凝土柱,为研究其在偏心受压荷载下的受力性能,以型钢型号,相对偏心距为参数设计了6根配螺旋箍筋的试件,1根配普通箍筋的试件以及1根现浇型钢混凝土试件作为对比,进行非线性仿真分析。结果表明：随着相对偏心距的增大,装配式螺旋箍筋柱的正截面极限承载逐渐减小,但相对于普通型钢混凝土柱更高,其破坏形式基本都为混凝土受压区压碎脱离,同时当型钢含钢率较低时,构件的承载力会由于型钢的全截面屈服而明显降低,构件承载力未能得到充分利用,因此应该限制螺旋箍筋柱的最小含钢率。     

工字形截面型钢混凝土短柱受压性能研究

为研究工字形截面型钢混凝土短柱的受压性能,设计了5个1/20缩尺工字形截面型钢混凝土短柱试件,各试件几何尺寸、配筋、配钢均相同,进行了不同偏心距、不同加载方向工况下的轴压、偏压单调加载试验。通过试验,分析了各试件的破坏特征、承载力、刚度及退化过程等。对比分析了偏心距、加载方向对工字形截面型钢混凝土短柱受压性能的影响规律。基于试验,进行了工字形截面型钢混凝土短柱受压承载力计算,计算结果与试验结果符合较好。研究表明:工字形截面型钢混凝土短柱具有良好的弹塑性变形能力和较高的承载力;随着偏心距的增大,工字形截面型钢混凝土短柱的承载力逐渐降低,弹塑性最大位移逐渐增大,延性逐渐增强,刚度退化逐渐减慢;偏心距相近时,与沿翼缘方向偏心加载的试件相比,沿工字形截面腹板方向加载的试件屈服荷载、极限荷载较高,延性性能较好。     

典型受火方式下型钢混凝土异形柱耐火极限研究

应用有限元软件ABAQUS建立型钢混凝土柱数值模型,研究4种典型受火方式下SRC异形柱的耐火性能,探讨各因素对SRC异形柱耐火极限的影响。结果表明:矩形柱耐火性能优于异形柱;对于任意截面的SRC柱,耐火极限均随荷载比的增大而减小,且矩形和L形SRC柱在高荷载比时下降更多;荷载比较小时L形柱的耐火性能优于T形柱,荷载比较大时T形柱的耐火性能优于L形柱;实腹式配钢SRC柱的耐火性能优于空腹式。研究结果可为SRC异形柱的抗火设计提供依据和参考。     

带约束拉杆T形钢管混凝土柱偏心受压性能的试验研究

以约束拉杆间距、初始偏心率和荷载角作为研究参数,进行了16个带约束拉杆和11个不设约束拉杆T形钢管混凝土柱的偏心受压试验。分析各参数对试件的破坏形态、受力特点、承载力及延性等力学性能的影响。试验表明:拉杆的设置可以提高偏压试件的极限承载力和延性。     

火灾后型钢混凝土异形柱承载力研究

<正>青岛理工大学开展了火灾后型钢混凝土异形柱偏心受压正截面承载力简化计算方法的研究。试验试件共35根型钢混凝土异形柱,其中十字形截面柱9根,T形截面柱8根,等肢L形截面柱9根,不等肢L形截面柱9根。提出了折算截面法,计算火灾后型钢混凝土异形柱偏心受压时正截面承载力,根据试验结果确定了相应的修正系数,计算值与试验值吻合较好。     

火灾后型钢混凝土异形柱正截面承载力非线性分析

为了研究火灾后型钢混凝土异形柱的正截面承载力,在9根十字形、8根T形、9根等肢L形(简称DL形)和9根不等肢L形(简称BL形)型钢混凝土柱试验研究的基础上,编制了MATLAB非线性程序,通过对比表明运算结果与试验结果基本吻合。利用程序分析了弯矩作用方向角、含钢率、混凝土强度等级和偏心距对火灾后型钢混凝土异形柱正截面承载力的影响。试验结果表明:火灾后型钢混凝土异形柱破坏形式分为受拉破坏、受压破坏、轴心受压破坏和界限破坏;截面应变分布也基本符合平截面假定;在偏心距一定的情况下,0°加载角的承载力高于45°加载角的承载力。在其它因素一定的条件下,构件的极限承载力随含钢率的增大而增大,与混凝土强度等级呈正比,随偏心距的增大而减小。     

T形钢管混凝土异形柱单偏压性能研究

为研究H型钢连接的T形钢管混凝土异形柱的单偏压性能,使用ABAQUS建立3个偏压柱模型,得到3个模型的破坏形态、荷载-位移曲线,将有限元结果与已有试验结果进行对比,验证模型的有效性。建立长细比、偏心距、加载位置3个变量的有限元模型系列,得到各个变量与该T形柱受压极限承载力的关系曲线。研究结果表明,ABAQUS能较好地模拟H型钢连接的T形柱的单偏压受力过程;H型钢与钢管混凝土柱有效连接,整体截面能协同工作;增大长细比或偏心距均会降低柱的偏压承载力,加载位置影响柱的偏压承载力;随长细比的增大,H型钢连接的T形钢管混凝土柱的N/N_u-M/M_u相关曲线逐渐由曲线向直线过渡,为这种T形钢管混凝土柱在工程上的应用提供参考。     

重组竹中长柱双向偏心受压性能试验研究

研究了重组竹中长柱的双向偏心受压性能。分别从构件的长细比、偏心角和偏心距三个方面进行了试验研究,总结了偏心受压柱的破坏模式,并分析了构件跨中的截面应变及荷载-位移的发展变化。结果表明:构件极限承载力随长细比增大显著降低;在偏心荷载作用下,偏心距较小的柱,柱中受压区边缘局部纤维首先发生压屈变形,压应变达到材料极限压应变,造成试件失效;偏心距较大的柱,柱中受拉区边缘拉应变达到材料极限拉应变,发生纵向纤维拉断,随着位移持续增大,最终出现明显的纵向裂缝,造成试件破坏;斜偏心距一定时,承载力随偏心角的变化不明显,在偏心角相同的情况下,试件极限承载力随偏心距增大而降低。     

实腹式配钢L形截面异形柱轴心受压承载力分析

为研究实腹式配钢L形截面异形柱的型钢强度、混凝土强度、型钢翼缘厚度、型钢腹板厚度、柱高、栓钉及箍筋间距等关键参数对异形柱承载能力和破坏形式的影响,共设计5组对比构件进行轴心受压有限元模拟分析。获得异形柱破坏模式、荷载-位移曲线、各组成部分应力分布等,分析异形柱轴心受压性能。结果表明实腹式配钢L形截面异形柱构件构造合理;随着型钢强度、配钢率和混凝土强度的增大,承载力逐渐上升;当柱高范围为3～5 m时,柱高对异形柱极限承载力影响不大;栓钉间距和箍筋间距对于承载能力影响可以忽略。     

矩形孔烧结页岩砖砌体短柱偏心受压性能试验

偏心受压是砖砌体工程中常见的受力形式,是反应构件在偏心受力状态下耗能能力的重要指标。采用2种强度等级的砂浆和4种偏心率砌筑8组短柱试件,研究构件中部截面的平均应变变化情况、试件破坏形态和偏心承载力。结果表明,矩形孔烧结页岩砖砌体短柱试件截面的平均应变能较好地符合平截面假设,偏心率的增大会削弱砌体短柱的偏心承载力,但破坏荷载试验值仍符合规范要求,并有较高的强度储备。对试验数据拟合回归所提出的偏心影响系数计算公式可为相关规程的修订和完善提供参考。     

组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压试验研究

在分析各种异形钢管混凝土柱工程应用的基础上,提出组合T形截面钢管混凝土柱。考虑长细比、偏心距等参数的影响,设计制作18个组合T形钢管混凝土柱试件。通过偏心受压试验,对长细比16.0<λ≤28.8的组合T形钢管混凝土柱压弯性能进行研究,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-应变曲线和荷载-柱中挠度曲线,分析各参数对试件偏心受压力学性能的影响。通过试验数据回归分析,参考国内外相关规范,提出组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压承载力计算公式。试验结果表明：偏心受压柱均为弯曲失稳破坏,长细比越大,弯曲破坏特征越明显;偏心距越大,试件极限承载力越低。研究表明,组合T形钢管混凝土柱的两个组成部分能很好地协同工作,力学性能较好;所提出的承载力计算公式可供工程设计参考。图10表3参8     

高温作用后不等肢L形截面型钢混凝土柱偏心受压性能试验研究

对8根不等肢L形截面型钢混凝土柱进行高温作用后的受力性能试验研究,1根未受火柱作为对比试件。柱配钢形式为桁架式配钢,试验中考虑加载角与加载偏心距的影响。通过试验,获得试件破坏形态以及承载力、截面平均应变分布、荷载-滑移曲线和截面变形特性。研究结果表明：柱肢内侧两面受火1 h的不等肢L形截面型钢混凝土柱仍然具有较高的竖向承载能力;空腹式配钢与合理的腹杆布置能够保证型钢与混凝土的协同工作,应变平截面假定仍然适用;不等肢L形截面型钢混凝土柱长肢方向的截面弯曲刚度较短肢的大,加载角0°时的刚度大于加载角45°时的刚度。     

高温作用后不等肢L形截面型钢混凝土柱偏心受压性能试验研究

对8根不等肢L形截面型钢混凝土柱进行高温作用后的受力性能试验研究,1根未受火柱作为对比试件。柱配钢形式为桁架式配钢,试验中考虑加载角与加载偏心距的影响。通过试验,获得试件破坏形态以及承载力、截面平均应变分布、荷载-滑移曲线和截面变形特性。研究结果表明:柱肢内侧两面受火1 h的不等肢L形截面型钢混凝土柱仍然具有较高的竖向承载能力;空腹式配钢与合理的腹杆布置能够保证型钢与混凝土的协同工作,应变平截面假定仍然适用;不等肢L形截面型钢混凝土柱长肢方向的截面弯曲刚度较短肢的大,加载角0°时的刚度大于加载角45°时的刚度。     

钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱力学性能试验研究

为研究钢骨-钢管混凝土组合柱在偏心荷载下的力学性能,进行了13根组合柱的偏心受压试验,研究了钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱的荷载-变形关系曲线、宏观变形特征和破坏形态,分析了偏心率、长细比、套箍系数和配骨指标对偏压组合柱力学性能的影响。研究结果表明:内置钢骨能延缓甚至阻止核心混凝土中剪切斜裂缝的开展,可有效提高偏压组合柱的极限承载力和延性;在整个加载过程中,钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱中截面纵向应变沿截面高度的变化基本符合平截面假设,且偏压长柱的侧向挠曲线基本符合正弦半波曲线;钢骨-钢管自密实高强混凝土偏压柱的极限承载力随偏心率和长细比的增大而急剧下降,随着配骨指标的增大而提高。