钢-混凝土组合方形截面柱内置螺旋筋约束增强机理及承载力计算

为揭示钢-混凝土组合方形截面柱(简称“方柱”)内置螺旋筋的约束增强机理,明确螺旋筋间距、螺旋筋直径以及螺旋筋径宽比等设计参数对组合柱的约束增强效果的影响规律,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)的轴心受压试验,观察了方柱的破坏过程,揭示了其约束增强机理,对比分析了各变化参数对方柱轴压性能指标的影响规律,提出了具有统一形式的组合柱轴压承载力计算公式。试验结果表明：内置螺旋筋可有效改善方形角钢骨架或钢管对核心混凝土存在的约束“拱效应”,提升组合柱的承载力和变形性能,但对轴压刚度无明显增益效果;增大螺旋筋的体积配筋率可进一步提高组合柱的轴压延性,且增大螺旋筋径宽比时单位体积用钢量获得的承载力性能提升效果最为显著,其次是减小螺旋筋间距,再次是增大螺旋筋直径;组合柱承载力的提高程度随着螺旋筋用量的增大有所减缓,且内置螺旋筋对角钢混凝土柱承载力的提高效果显著优于钢管混凝土柱;结合所提的约束模型和Mander约束混凝土理论建立的轴压承载力计算式可较精确地计算螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱的轴压承载力。     

十字形截面钢骨约束混凝土本构模型试验研究

通过对20个十字形截面钢骨约束混凝土柱的轴压试验,分析钢骨翼缘宽厚比、钢骨面积与约束混凝土面积之比、钢骨翼缘约束开口大小、钢材与混凝土材性配比等参数对混凝土约束的影响,研究钢骨对混凝土约束的作用机理。试验结果表明:钢骨面积与约束混凝土面积之比和钢骨强度是影响混凝土约束的主要因素。通过有限元的校核和验证,建立以上两个因素与约束混凝土强度和延性的函数关系,提出适用于钢骨约束混凝土柱的约束混凝土本构模型。     

钢-混凝土组合桁架梁性能分析

通过将普通工字钢组合梁的理论计算结果与ANSYS有限元软件模拟分析结果进行比较分析,验证有限元模型的合理性.通过有限元软件对比分析普通工字钢组合梁、钢桁架梁和钢-混凝土组合桁架梁(SCCTG)在同工况作用下的受力性能.结果表明SCCTG的跨中挠度小于前两者,用钢量比普通工字钢组合梁节约22.6％,说明SCCTG在受力性能和工程造价上都具有明显的优势.     

不同截面形式钢桁架承载能力分析

为研究不同截面形式对钢桁架承载能力的影响,根据重力相等原则,运用ANSYS对空心圆形、空心矩形以及工字形三种截面形式钢桁架进行有限元分析,并得到了不同截面形式的钢桁架应力以及变形规律,指出不同截面形式下的钢桁架结构的承载能力有很大的差异。     

任意截面钢-混凝土组合柱的分析与设计

本文介绍一种通用的数值迭代的计算机方法,用于双向偏压荷载作用下具有任意截面形式的外包混凝土组合柱的截面分析和设计,本文对该方法的基本假定、任意截面的定义、所采用的数值迭代格式以及设计与分析步骤等进行了简要的描述。为了验证该方法的有效性,文末用该方法对两个典型的问题进行了分析     

型钢超高强混凝土柱截面曲率延性研究

采用截面纤维单元分析法,编制了截面弯矩-曲率全过程分析程序。选取相关试验对该分析方法和计算程序进行验证,结果表明计算结果与试验结果吻合较好,此分析方法及计算程序可以较好地预测柱正截面强度和截面曲率延性。运用该分析方法与计算程序研究了轴压力系数、混凝土强度、配箍以及型钢对型钢超高强混凝土柱截面曲率延性μφ的影响。结果表明:轴压力系数对截面曲率延性的影响最为显著;增强配箍能有效提高截面曲率延性,且改善配箍形式比仅提高体积配箍率更为有效;承受相同较大的轴向压力时,具有相同抗弯承载能力的型钢混凝土柱截面的曲率延性好于钢筋混凝土柱截面;箍筋有效约束指标Ie’能综合反映配箍形式、箍筋直径、间距以及强度对截面曲率延性的影响,在其他条件相同时,μφ与Ie’基本成正比。建议选取n=0.65作为抗震等级为二级时C100～C110级型钢超高强混凝土框架柱的轴压力系数限值,并提出了此时满足截面不同曲率延性需求的最小配箍计算公式。     

高强约束混凝土梁截面的延性计算

以高强约束混凝土的本构关系 (σ-ε)为基础 ,通过全过程受力分析 ,推导了高强约束混凝土梁截面的延性系数计算公式。定量分析了截面各参数对延性的贡献。     

基于曲率模态方法的钢桁架桥梁损伤识别

由于曲率模态（CurvatureModeShabe）是一个能反映局部特征变化的模态参数,它可以通过各阶振型来得到,所以在桥梁结构状态监测中有着良好的应用前景。论文对曲率模态方法理论进行研究,建立钢桁架铁路桥梁的有限元模型,进行曲率模态的研究。通过研究得到：随着损伤的加剧,各阶固有频率均呈下降的趋势,但变化不明显;从振型的变化也难以看出损伤的位置;随着损伤的加剧,曲率模态变化较明显,因此通过曲率模态的变化容易识别损伤的位置及损伤程度。     

钢桁架-混凝土组合设备基础

结合工程实践 ,为增加精密机床的基础刚度 ,采用钢桁架 -混凝土组合结构。分析计算和试验结果表明 ,根据弹性理论得到的这种新型组合结构的计算结果能够满足工程应用的要求。     

不同截面形式钢桁架结构动力特性分析

为了研究不同截面形式下钢桁架结构的动力特性差异,根据重力相等原则,运用有限元计算软件ANSYS对空心矩形、空心圆形以及工字形三种不同截面形式的钢桁架结构建立了三维有限元计算模型,并通过模态分析得到了结构的动力特性参数,分析结果表明,相同模态阶数下,工字形截面的钢桁架结构频率较其他截面高。     

基于ABAQUS的型钢区域约束混凝土柱有限元分析

本文应用有限元分析软件ABAQUS对型钢区域约束混凝土柱试验模型进行有限元模拟,提出适用于区域约束混凝土的损伤因子计算公式,与试验结果进行对比分析,说明本次研究所选用的有限元模型及参数能对型钢区域约束混凝土柱的性能进行较为准确的模拟,从而促进型钢区域约束混凝土的进一步研究。     

方钢管螺旋筋复合约束混凝土轴压短柱破坏机理试验研究

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土轴压短柱破坏机理,完成了12个试件的轴心受压试验。观察了试件外观破坏情况、核心混凝土破坏形态及螺旋筋失效模式,并分析了受力过程中螺旋筋、纵筋、方钢管的应力发展和内力分配情况。试验结果表明：方钢管、螺旋筋、纵筋及核心混凝土四者能协同工作,各种材料强度均能充分发挥;螺旋筋在弹性受力阶段发挥的作用较小,不能延缓方钢管发生局部鼓曲,而主要在弹塑性及流塑阶段发挥约束作用,能显著提高轴压短柱的承载力和变形能力;方钢管和螺旋筋对核心混凝土形成双重约束机制,当方钢管发生鼓曲后螺旋筋能有效补充对核心混凝土的约束作用,进而改善了方钢管对核心混凝土约束不均匀的特性。     

螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱滞回性能试验研究

为了研究螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回性能,以轴压比、配箍率、配钢形式以及截面形式为变化参数,设计10个试件（其中空腹式型钢混凝土柱对比试件1个,复合螺旋箍筋混凝土柱对比试件1个）进行低周反复加载试验。观察试件的破坏形态,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线。分析试件的极限承载力、层间位移角、延性、耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标,以及各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明：螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱主要表现为弯曲破坏和黏结破坏;相比空腹式型钢混凝土柱和复合螺旋箍筋混凝土柱,螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回曲线更为饱满,承载力、延性和耗能均有提高;随着轴压比的增大,其承载力、刚度和耗能能力提高,但延性和变形能力降低,强度衰减和刚度退化现象更为严重;随着螺旋箍筋配箍率的增大,承载力、刚度、延性、耗能能力和变形能力逐渐提高;相同总含钢量下,增大螺旋筋配箍率比增大型钢间接配钢率对其延性和耗能能力的提高更显著,对其承载力则相反;三种截面形式中,Ⅲ类截面试件表现出最优的抗震性能。     

型钢区域约束混凝土柱抗震性能试验研究

对4个型钢区域约束混凝土(SRCC)柱、1个普通井字箍约束混凝土(NCC)柱及1个钢筋区域约束混凝土(RCC)柱进行拟静力往复荷载对比试验,其中型钢区域约束混凝土柱设计轴压比分别为1.1,1.3及1.6,普通井字箍约束混凝土柱及钢筋区域约束混凝土柱设计轴压比为1.1,而型钢区域约束混凝土柱在1.1轴压比时,分别设置两种...     

Fire safety design method of circular steel tube confined reinforced concrete columns

对于钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能的研究,目前尚无抗火设计方法可供参考。实际工程中大多借鉴钢筋混凝土柱或钢管混凝土柱的抗火设计方法,但由于钢管约束钢筋混凝土柱的受力机理与二者不同,其耐火极限存在明显差异。为此,提出了火灾下圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限计算方法,分析了荷载比、长细比等因素对耐火极限的影响,并与钢筋混凝土柱和钢管混凝土柱进行了对比。研究表明：荷载比对圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限影响显著,荷载比越大,耐火极限越低;长细比、截面尺寸等因素对荷载比较小的构件影响显著。圆钢管约束钢筋混凝土柱的耐火极限为相同条件下钢筋混凝土柱的14.4%~66.0%,荷载比越大,两种构件的差异越大,按照钢筋混凝土柱的防火设计方法对圆钢管约束钢筋混凝土柱进行防火设计,结果偏于不安全;与钢管混凝土柱相比,钢管约束钢筋混凝土柱具有更高的耐火极限,是钢管混凝土柱的1.0~3.0倍。     

内置钢构架型钢混凝土转换深梁传力机理试验研究

结合深梁的"拉杆-拱"传力机理,提出新型内置钢构架型钢混凝土深梁,将钢构架的各部分杆件分别用于传力机构中的拉杆和压杆中,并对一榀普通钢筋混凝土转换深梁、三榀内置钢构架型钢混凝土转换深梁模型进行试验研究,分析这种新型转换深梁在竖向集中荷载作用下的力学性能和破坏形态,研究深梁在受力过程中的钢筋和钢构架的应变变化特点、传力机理。试验表明内置钢构架型钢混凝土深梁具有承载力高、刚度大、延性好等优点。相同参数条件下,内置钢构架型钢混凝土深梁承载力比普通钢筋混凝土深梁提高30%～40%,抗剪承载力提高幅度尤为显著,刚度提高30%～50%。内置钢构架型钢混凝土转换深梁充分利用了深梁的拉杆拱传力机理,设置钢构架实现以最短、最直接的传力路线和传力方式传递上部荷载。偏于安全估算,钢构架能承担20%深梁总荷载。     

高强H形钢混凝土组合柱轴压性能研究

为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性,对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验,研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比,承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%;高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力;当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时,其对承载力影响不明显;提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得,各国规范的计算值均偏于保守,JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应,对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正,修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型,考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好,误差在5%以内。     

Study on axial compression performance of high strength H-section steel reinforced concrete composite columns

为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性，对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验，研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比，承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%；高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力；当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时，其对承载力影响不明显；提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得，各国规范的计算值均偏于保守，JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应，对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正，修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型，考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好，误差在5%以内。     

钢管—混凝土组合桁架结构的静力分析

提出了钢管—混凝土组合桁架形式,为研究该类结构的静力特性,对组合桁架与普通桁架分别建立有限元分析模型,并应用ANSYS对其进行了对比分析。研究结果表明,组合桁架的内力分布均匀,能较好的发挥材料强度,具有抗弯刚度大的特点;对两端简支的组合桁架,其两端腹杆轴力较大,跨中腹杆轴力较小(几乎为零),与实腹梁受剪性能相似;下弦杆受拉,上弦混凝土板代替上弦杆受压,能充分利用混凝土受压和钢材受拉的材料性能。     

型钢混凝土桁架转换结构的应用

通过具体工程实例,探讨了型钢混凝土桁架转换结构的应用,分析了转换构件存在的问题,提出了具体的解决方案,通过对工程进行计算分析,保证了转换结构在承受水平荷载和竖向荷载作用下能够满足规范要求。