异形多腔钢管混凝土分叉短柱抗震性能试验及数值计算

针对某超高层巨型框架结构中异形截面多腔钢管混凝土(concrete-filled steel tube, CFT)分叉柱,为研究截面加强构造对分叉短柱抗震性能的影响,进行了4个试件在竖向轴压力及水平往复两次的低周反复荷载下的抗震性能试验研究,试件上部为五边形四腔体钢管混凝土双柱肢,下部为八边形十三腔体钢管混凝土单柱肢,以此形成分叉柱;研究的截面构造包括四种：基本构造,钢管钢板整体加厚构造,距中和轴较远的钢管角部钢板内表面贴焊等肢角钢的局部钢板加厚构造,距中和轴较远的钢管腔体内置圆钢管构造。基于试验结果及截面构造特点,进行了数值计算。试验及数值计算结果表明：异形截面多腔钢管混凝土分叉短柱的破坏主要发生在上柱根部分叉截面处,表现为距离中性轴较远处的钢板撕裂以及局部焊缝开裂引起的整块钢板撕裂;内置圆钢管的加强构造承载力提高7.6%、变形能力提高14.4%,综合耗能能力最强,局部钢板加强构造承载力提高9.2%、变形能力下降18.7%,钢管钢板整体加厚构造承载力略有提高、但变形能力下降较多;提出的异形多腔钢管混凝土柱简化建模方法计算效率较高,精度满足工程设计要求。     

汶川县映秀镇方钢管混凝土异形柱结构抗震性能研究

方钢管混凝土异形柱结构是一种新型结构,在汶川县映秀镇渔子溪村重建项目的200余户住宅中得到应用。对此结构进行了较为全面的抗震性能分析,包括阵型分解反应谱分析、弹性时程分析和静力弹塑性分析,并将其静力弹塑性分析结果与单根方钢管混凝土柱结构的结果进行比较。分析发现,方钢管混凝土异形柱结构能够满足抗震要求,且在罕遇地震作用下的表现优于方钢管混凝土单柱结构     

不同柱截面尺寸全再生钢管混凝土框架抗震性能试验及抗侧刚度计算

为探究不同抗侧刚度全再生钢管混凝土框架抗震性能,进行了2榀不同柱截面尺寸全再生钢管混凝土框架的低周反复加载试验,观察了试件的破坏过程及形态,并获取其抗震性能指标.结果 表明:全再生钢管混凝土框架滞回曲线饱满,当达峰值及破坏点时,其等效黏滞阻尼系数he明显大于钢筋混凝土及钢筋再生混凝土框架,表现出良好的弹塑性耗能性能;随...     

底部加强型工字形截面钢管混凝土柱抗震性能数值分析

为深入研究工字形截面压弯构件的工作机理,进一步分析其各项抗震性能指标,提出了一种在底部区域外侧贴焊钢板的底部加强型工字形截面钢管混凝土柱。在试验基础上,分析了承载力的影响因素,采用ABAQUS软件对不同轴压比、不同混凝土强度等级、不同底部加强钢板高度和厚度的试件进行了有限元数值模拟,并与试验结果进行了对比。研究表明：随着轴压比的增大试件承载力和延性逐步下降;随着混凝土强度等级的提高,试件的承载力提高,但下降段变陡,延性降低;随着加强钢板高度的增加,试件承载力稳步增大,耗能能力提高,延性近似相等;随着加强钢板厚度的增加,承载力提高幅度有限。在满足构造要求下,底部加强型工字形截面钢管混凝土柱结构具有良好的综合抗震耗能能力,可用于高层建筑结构抗震设计。     

基于"统一理论"的异形截面 多腔钢管混凝土柱轴压承载力计算

基于钢管混凝土"统一理论"成果及部分试验结果,研究钢管混凝土柱截面形状由三角形、正方形……正n边形到圆形变化时,钢管对混凝土约束效应的变化规律。通过划分混凝土有效与非有效约束区,引入形状效率的概念,对约束效应进行折减,采用统一的圆形截面计算公式进行计算,回归分析得到截面几何形状内角角度与混凝土约束区划分的关系;然后,以四边形截面为例,研究截面图形规则性与约束效应的关系,给出计算方法;最后,将异形截面多腔钢管混凝土截面按照腔体拆分为简单多边形截面,引入形状效率和规则性的影响,分别进行轴压承载力计算,叠加各腔体承载力后得到整个截面的轴压承载力。研究结果表明:正多边形截面钢管混凝土有效与非有效约束区边界二次曲线初始切线角度与正多边形内角呈线性关系;提出的基于"统一理论"的不规则异形截面多腔钢管混凝土柱轴压承载力计算方法可较好的反应其约束特征,计算结果与实测结果符合较好,满足工程设计要求。     

高强钢管超高强混凝土柱抗震性能试验研究

以轴压比、含钢率和钢材强度为参数,进行了8根高强钢管超高强混凝土柱和1根普通强度钢管超高强混凝土对比柱的拟静力试验,分析了各参数对破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线和各个抗震性能指标(如延性、耗能和强度与刚度退化等)的影响程度.结果表明:压弯破坏为主要破坏模式;弹性刚度受轴压比影响不大,但受含钢率和钢材强度影响较大...     

钢骨混凝土异形柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为了研究钢骨混凝土异形柱-钢梁节点的抗震性能,进行了4个T形钢骨混凝土柱-钢梁节点和4个L形钢骨混凝土柱-钢梁节点的拟静力试验。试验考虑了混凝土强度等级、核心区配箍率和轴压比等参数的影响,对骨架曲线、承载力、核心区剪切变形、延性和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明,在低周往复荷载作用下,钢骨混凝土异形柱-钢梁框架节点滞回曲线饱满,表现出良好的延性性能和耗能能力,典型破坏形态为节点核心区剪切斜压破坏和节点区焊缝失效破坏;高轴压力下节点具有较高的承载能力但延性性能降低;混凝土强度越高,节点承载能力越大,但延性性能越差;增大核心区配箍率对试件的延性和承载力有明显的提高,并能改善试件屈服后的耗能能力。     

内藏钢管超高强混凝土芯柱组合柱抗震性能试验研究

结合6个内藏钢管超高强混凝土芯柱组合柱试件和2个普通钢筋混凝土柱试件的低周反复加载拟静力试验,对内藏钢管超高强混凝土芯柱的组合柱的破坏形态、破坏机理和抗震性能开展研究,重点对箍筋布置和预应力钢带布置对组合柱抗震性能的影响进行分析。通过分析实测荷载-侧移滞回曲线,对试件的延性性能、耗能性能、刚度退化和强度衰减等抗震性能指标进行了对比分析。研究结果表明,内藏钢管混凝土芯柱可以明显提高柱的延性性能及耗能性能,加密箍筋和采用预应力钢带可以对组合柱产生有效约束,进一步提高内藏钢管混凝土芯柱组合柱的延性性能、耗能性能,改善其刚度退化、强度衰减。     

钢管混凝土异形柱耐火性能试验及防火保护层厚度计算方法研究

为了研究钢管混凝土异形柱在偏心荷载作用下防火保护层厚度的计算方法,设计加工了6个多腔式钢管混凝土异形柱试件,研究参数包括截面形状和防火保护层厚度,防火保护层采用非膨胀型防火涂料。通过耐火性能试验研究了试件的破坏形态、温度场分布和耐火极限。结果表明：钢管混凝土异形柱各腔室受火面数量越多,混凝土中心温度越高;防火涂料厚度相同时,截面形状对试件耐火极限影响较小;当防火涂料厚度大于16 mm时,文中试件可达到一级耐火等级的要求。基于有限元软件ABAQUS分别建立了温度场和热力耦合分析模型,有限元结果和试验结果吻合良好。在不同防火涂料厚度下进行了参数分析,发现荷载比(n)和混凝土强度(f_ck)对有无防火涂料试件耐火极限的比值(t_e/t₀)影响较大,基于参数分析结果提出了钢管混凝土异形柱在偏心荷载作用下防火涂料厚度的设计方法。     

结构尺寸对方钢管混凝土短柱抗震性能影响的试验研究

为了研究在低周往复荷载作用下结构尺寸对方钢管混凝土短柱抗震性能的影响,对6根方钢管混凝土短柱开展了水平往复加载试验,分析了截面尺寸对柱破坏形态、滞回曲线、骨架曲线以及不同抗震性能指标(如刚度退化、耗能能力、延性等)的影响,阐明了不同截面尺寸对柱名义抗剪强度的影响规律和机制,研究结果表明：不同截面尺寸的试件破坏形态基本相同,表现为柱底部钢管鼓曲、核心混凝土被压碎的破坏形态;当截面尺寸由200 mm增至600 mm时,在不同加载方向上,方钢管混凝土短柱名义抗剪强度分别下降了63.1%(59.8%),表现出显著的尺寸效应;随着截面尺寸增大,相对名义刚度与平均耗能系数呈降低趋势;JIN等提出的考虑尺寸效应的抗剪强度公式计算值与试验值吻合良好,说明考虑尺寸效应的方钢管混凝土柱抗剪承载力计算公式能够较为准确的预测其抗剪承载力。     

钢管混凝土柱排架-核心筒结构抗震性能研究

以钢管混凝土柱钢框架-核心筒结构为工程背景,将钢梁与柱、核心筒的节点修改为螺栓连接的铰接节点,制作1/40的缩尺结构模型进行振动台测试,研究结构的损伤特点、动力特性、最大侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和延性需求等。结果表明:震损出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位;基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大,动力放大效应减小,长周期地震动反应较显著;核心筒最大层间位移角达1/26,超过规范框架-核心筒结构体系不倒塌限值3.8倍未出现倒塌;钢排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小,楼层延性需求差异大。     

底部加强矩形钢管混凝土柱抗震性能优化分析

为优化分析矩形截面钢管混凝土柱抗震性能影响参数,提出在底部外侧贴焊钢板的加强矩形钢管混凝土柱。在试验基础上用ABAQUS软件对轴压比、混凝土强度等级、底部加强钢板高度及厚度对试件影响进行数值分析,并与试验对比。结果表明,随轴压比增大试件承载力、延性逐步下降;随混凝土强度等级提高试件承载力提高,但下降段变陡,延性降低;随加强钢板高度增加试件承载力稳步增大,耗能能力提高,延性近似相等;随加强钢板厚度增加承载力提高幅度有限。在满足构造要求下,底部加强矩形截面钢管混凝土柱结构综合抗震耗能良好,可用于高层建筑结构抗震设计。     

高轴压比方钢管高强混凝土柱抗震性能研究

为研究高轴压比方钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了8根轴压比从0.5―0.7的方钢管高强混凝土柱的往复水平加载试验。通过改变试件的轴压比、含钢率和长细比,研究其在往复水平荷载作用下的滞回性能、变形能力以及耗能能力,比较各参数对试验结果的影响。试验结果表明:试件破坏形态为柱底部截面钢管被压曲、核心混凝土被压碎的压弯型破坏;试件的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象;位移延性系数在3.05―4.07之间,等效粘滞阻尼比在0.25―0.31之间,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。表明高轴压比方钢管高强混凝土柱具有良好的抗震性能。基于ABAQUS分析平台,建立了有限元模型,对试验进行了往复水平荷载作用下的全过程模拟分析。分析结果表明:有限元模型分析得到的滞回曲线与试验滞回曲线总体上吻合较好。     

加载制度对新型型钢混凝土柱的抗震性能影响

采用有限元软件对新型型钢混凝土(SRC)柱抗震性能进行了数值模拟, 通过与试验结果的对比, 验证了模型的正确性。通过大量的数值模拟, 研究了加载路径、循环次数、位移幅值增量及变轴力对新型型钢混凝土柱抗震性能的影响。由于柱内存在双轴耦合作用, 双轴往复荷载作用下较单轴往复荷载作用下柱的抗震性能明显降低, 表明加载路径对柱的抗震性能影响显著;屈服荷载前循环次数对柱骨架曲线的影响很小, 屈服荷载后影响显著, 循环次数越多其峰值荷载及其对应的位移和位移延性越小, 但其耗能越大;双轴往复荷载作用下位移幅值增量对柱抗震性能的影响较单轴往复荷载作用下的显著, 屈服位移、屈服荷载、位移延性系数随位移幅值增量的增大而增大, 但其耗能减小;在变轴力作用下柱表现出明显的不对称性, 且其抗震性能明显较定轴力作用下更为 不利。     

钢管混凝土柱-双面组合作用梁框架节点抗震性能试验研究

梁柱节点受剪承载力计算是混凝土框架结构节点抗震设计的关键点之一,由于节点剪力传递机理与构造的复杂性,目前尚未形成完善的节点受剪承载力计算理论。该文阐述了预应力混凝土梁-型钢混凝土柱新型框架节点的受力机理,并基于桁架模型和斜压杆模型,提出了一种同时考虑预应力筋与型钢贡献的节点受剪承载力计算方法。开展了新型节点受力性能拟静力试验,分别选取了梁端破坏与节点剪切破坏两种破坏形式的节点试验数据,对所建立的新型节点受剪承载力计算方法进行了验证评估,结果表明,该文提出的预应力混凝土梁-型钢混凝土柱框架节点承载力计算方法具有较好的精度。

     

全再生方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框架的抗震性能试验研究

通过1榀全再生方钢管再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架试件的低周反复加载试验,揭示了由再生粗骨料取代率为100%的全再生混凝土组成的方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框架的受力机理和破坏形态,获取了其荷载-位移滞回曲线、骨架线、位移延性、能量耗散等抗震性能指标,并对其进行了详细分析。研究结果表明：即便是再生粗骨料取代率为100%的全再生混凝土组成的方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框架,经过合理设计依然能够满足现行国家抗震设计标准要求;其滞回曲线饱满、位移延性系数接近3、层间位移转角达到1/30;破坏时的等效粘滞阻尼系数达到0.216,耗能能力强。     

钢管混凝土柱-双面组合作用梁框架节点抗震性能试验研究

为了研究钢-混凝土双面组合作用梁框架节点的抗震性能,设计了3个钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点和1个普通钢-混凝土单面组合作用梁十字形框架节点,并对其进行低周往复加载试验,对比分析其破坏模式、极限承载力、初始刚度、耗能能力、延性、刚度退化等抗震性能指标;通过改变下部混凝土板厚度和传力方式,研究下部混凝土板不同厚度和不同传力方式对双面组合作用梁力学性能的影响。结果表明:与普通钢-混凝土单面组合作用梁框架节点相比,钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点具有更高的承载力和刚度,适用于荷载较大的结构,但在延性、刚度退化和耗能能力等方面无明显优势;下部混凝土板采用集中传力和均匀传力的方式对双面组合作用梁抗震性能的影响无明显区别;下部混凝土板采用预制法制作和螺栓连接更加方便、可靠。     

方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究与有限元分析

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作5个隔板贯穿式节点试件,通过低周反复加载试验,探讨此类节点的抗震性能,分析梁端翼缘两侧的侧板、钢管柱的宽厚比以及隔板的外伸长度等因素对节点抗震性能的影响。试验结果表明:各试件实测滞回曲线均比较饱满,没有明显的刚度退化现象,具有较好的耗能性能;梁端翼缘两侧增加侧板不仅可以缓解隔板与梁相交的角隅处应力集中现象,而且提高了节点的延性。运用ANSYS 8.0对各节点试件在低周反复荷载作用下的滞回性能进行非线性模拟计算,分析轴压比、核心区混凝土强度、隔板外伸长度等因素对节点受力性能的影响。结果表明:轴压比和隔板外伸长度对节点受力性能的影响较大;有限元计算所得的骨架曲线与实测骨架曲线吻合较好。     

平缀管式等截面钢管混凝土格构柱抗震性能试验与有限元分析

为研究低周反复荷载下平缀管式等截面钢管混凝土格构柱的抗震性能,进行共计7根试件的拟静力试验,重点考察不同柱肢混凝土强度、柱肢纵向间距、缀管竖向间距对此类构件刚度、强度和延性的影响。同时,基于OpenSees平台建立了采用纤维单元的有限元计算模型,对此类钢管混凝土格构柱试件的滞回性能进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合良好。通过对试件破坏过程、荷载位移滞回曲线和骨架曲线等结果的分析表明：钢管混凝土格构柱试件具有良好的抗震性能,破坏形态均以整体压弯破坏为主,得到的水平荷载-位移滞回曲线饱满无捏缩;柱肢混凝土强度主要影响格构柱的承载力,随着混凝土强度等级从C40增加到C60,试件的承载力提高了5.7%;柱肢纵向间距由250 mm加大到650 mm,试件的承载力和位移延性系数分别提高了14.5%和6.8%;缀管竖向间距由200 mm增加到313 mm,试件的承载力和位移延性系数分别降低了12.9%和12.0%。