部分包覆钢-混凝土组合柱单向压弯面内整体稳定承载力的工程计算

利用有限元方法建立部分包覆钢-混凝土组合柱(PEC柱)模型,对比既有试验数据,校核其可行性.经大量参数计算,在多高层建筑结构常见的柱子长细比范围内考察了压弯构件极限状态下轴力-弯矩相关曲线的特点.提出了采用轴力-弯矩相关方程表达的PEC柱单向面内压弯整体稳定承载力计算公式,利用既有试验数据、有限元计算数据对该公式的适用...     

部分包覆钢-混凝土组合柱轴压整体稳定承载力的工程计算

部分包覆钢-混凝土组合柱(PEC柱)能以较小的截面尺寸承担较大的荷载,因而在实际工程应用中具有较大长细比,承载力转为由整体稳定控制.利用有限元软件ABAQUS建立PEC轴压柱模型,对比既有试验数据,校核其正确性.在此基础上,对不同截面尺寸、材料强度配比下的构件进行参数分析.根据计算结果,对PEC柱的轴压整体稳定系数取值...     

部分包覆钢-混凝土组合柱单向压弯承载力计算方法比较

总结欧洲规范EN 1994-1-1、加拿大规范CSA-S16-09和国内规范《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》(T/CECS 719-2020)中部分包覆钢-混凝土组合柱(PEC柱)以及《组合结构设计规范》(JGJ 138-2016)和《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159:2004)中组合柱的单向压弯承...     

十字形部分包覆钢-混凝土组合柱轴压性能数值分析与承载力计算方法

为研究十字形部分包覆钢-混凝土组合柱（PEC柱）轴向荷载作用下的受力性能,通过有限元软件ABAQUS建立了足尺十字形PEC柱模型,并利用已有的试验数据验证了其可靠性;在此基础上,进行了典型十字形PEC柱轴压全过程受力分析,揭示了其在轴压作用下的受力机理和破坏模式,并对该构件进行了受力性能参数分析,系统分析了含钢率、截面高宽比、钢材强度、混凝土强度、系杆间距和截面面积等参数对其轴压性能的影响规律。研究结果表明：十字形PEC柱受力性能良好,其破坏模式主要表现为柱中部混凝土被压碎,钢筋骨架向外发生鼓曲,横向系杆间的型钢翼缘发生波纹状的局部屈曲;极限轴压承载力随截面含钢率、钢材强度、混凝土强度和截面面积的提高而增大,但截面高宽比和系杆间距等对其承载能力影响不大。最后,考虑混凝土约束效应分区,提出了十字形PEC柱轴压承载力简化计算方法,计算结果与有限元模拟结果吻合较好。研究结果将为十字形PEC柱的设计和应用提供参考。     

四周受火异形截面部分包覆钢-混凝土轴压组合柱耐火性能试验研究

异形截面部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱是解决高层钢结构住宅凸柱问题的有效方法之一，因其型钢翼缘外露，故而抗火问题备受关注。为研究异形截面PEC柱的抗火性能，以截面形式和轴压比为参数设计并制作了4根异形截面PEC柱，开展了恒载升温试验，得到火灾下异形截面PEC柱的破坏模式、竖向与侧向变形-时间关系曲线和耐火极限，并分析其温度场分布与变形规律。研究结果表明：随着火灾下截面损伤增加，L形及T形截面PEC柱逐渐由轴压受力状态分别转为双向及单向偏压受力状态，十字形截面PEC柱仍保持轴压受力状态；在上端球铰和下端单向铰边界条件下，L形截面PEC柱发生双向弯曲失稳，T形截面PEC柱发生平面外弯曲失稳，十字形截面PEC柱发生平面内弯曲失稳；在轴压比为0.4、没有防火保护条件下，L形截面PEC柱耐火极限为41 min, T形截面和十字形截面PEC柱耐火极限分别为32.5 min和29 min;当轴压比由0.4增加至0.55时，十字形截面PEC柱耐火极限降低了28.7%。借鉴EN 1994-1-2中建议的四周受火规则截面PEC柱高温承载力简化计算方法，对异形截面PEC柱高温承载力进行计算，计算结果偏保...     

部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压性能数值分析

为研究部分包覆钢-轻骨料混凝土组合(PELC)短柱的轴压性能,采用ABAQUS软件建立了轴压作用下部分包裹钢-轻骨料混凝土组合短柱的有限元模型。通过典型构件揭示了部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的全过程受力机理与破坏模式; 分析了轻骨料混凝土强度、系杆间距、含钢率以及翼缘宽厚比等参数对部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压性能的影响规律; 基于规范AISC 360并考虑轻骨料混凝土约束效应,提出了一种部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压承载力的计算公式。结果表明:部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的主要破坏模式为轻骨料混凝土压溃、H型钢正弦半波状鼓曲以及系杆屈服; 部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱的极限承载力将随着轻骨料混凝土强度与含钢率的增加而提高,延性将随着含钢率的增加而提高,随着系杆间距和轻骨料混凝土强度的增加而降低; 研究结果将为轻骨料混凝土组合柱在实际工程中的设计与应用提供理论依据。     

型钢混凝土L形截面柱压弯剪扭的抗震性能

为研究型钢混凝土L形截面柱在压弯剪扭复合受力下的抗震性能,以配钢形式、扭弯比以及肢高肢厚比为变化参数,对12根型钢混凝土L形柱进行恒定轴力下低周反复弯-剪-扭的试验.基于试验数据,对比分析L形柱的破坏特征、滞回曲线以及延性、刚度、耗能等特征点参数;重点研究在压弯剪扭复合受力下不同配钢形式对L形柱抗震性能指标的影响.结果...     

压弯剪扭复合受力下空腹式槽钢混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究槽钢混凝土L形截面柱的抗震性能,对6个L形截面柱开展了压弯剪扭复合受力下的拟静力试验。通过试验观察L形柱的破坏特征,得到其荷载-位移、扭矩-扭转角滞回曲线以及主要试验阶段的特征点参数。基于实测数据,重点分析扭弯比和肢高肢厚比对L形柱的滞回曲线、刚度退化以及延性系数等受力性能的影响。结果表明：L形柱的破坏模式可根据扭弯比的大小分为弯曲破坏、弯剪破坏、弯扭破坏以及扭剪破坏。荷载-位移滞回曲线呈较饱满的弓形,扭矩-扭转角滞回曲线出现“荷载跌落”现象。扭矩的存在使得构件的损伤更严重,耗能更大。当扭弯比为0.89、肢高肢厚比为3.0时,L形柱的延性较好,其延性系数满足规范要求;当扭弯比为0.25、肢高肢厚比为2.5时,L形柱具有较好的抗倒塌能力,其层间位移角满足规范要求。     

钢异形柱压弯组合实用计算研究

在L形截面钢柱的弯扭屈曲一般性相关方程和轴心受压实用计算研究的基础上,对L形截面钢柱压弯组合承栽力实用计算方法进行研究,化简L形截面柱弯扭屈曲一般性相关方程,考虑柱缺陷影响,用梁柱理论分析得出L形截面柱压弯组合实用设计计算公式,并通过几组L形截面柱偏心受压承栽力试验,验证了计算公式。     

T形截面方钢管混凝土组合异型柱的单向压弯力学性能和承载力研究

由于T形截面方钢管混凝土组合异型柱的压弯性能研究较少,为了对此特性展开分析研究,对其进行了单向压弯试验、有限元分析及理论计算;得到T形截面方钢管混凝土具有良好的延性和较好的承载力的结论,并提出了考虑钢管和混凝土组合刚度影响的等效长细比的计算公式。     

T形截面方钢管混凝土组合异形柱压弯承载力的神经网络方法研究

对T形截面方钢管混凝土组合异形柱压弯性能进行了有限元分析和试验研究,通过对所得结果进行对比分析,验证了有限元程序的可行性。此外,通过神经网络学习及承载力结果对比,验证了神经网络的可行性和精确性。并采用神经网络对T形截面方钢管混凝土组合异形柱压弯承载力影响因素进行了参数化分析。结果表明,承载力随着钢材强度、混凝土强度、钢管尺寸的增大而增大。     

压-弯-剪-扭复合受力钢筋混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合受力下钢筋混凝土L形截面柱的抗震性能，以扭弯比、轴压比为变化参数，设计6个钢筋混凝土柱试件在恒定轴力和反复弯-剪-扭复合作用下的加载试验。观察试件的破坏过程和形态，得到其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线，以及试件的开裂点、峰值荷载点和破坏点等特征参数。基于试验数据，分析扭弯比和轴压比变化对钢筋混凝土L形截面柱的压碎区高度、钢筋应变、承载力、位移延性、层间侧移角、耗能能力、承载力及刚度退化等抗震性能指标的影响。结果表明：低周反复压-弯-剪-扭钢筋混凝土L形截面柱破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭剪破坏，滞回曲线呈捏拢的S形，随着扭弯比的增大，柱根部压碎区高度变小，翼缘裂缝发展更为完善，纵筋应力增大，箍筋应力减少，开裂荷载和受扭承载力均有提高，试件扭转延性提高但位移延性降低，初始刚度较小且退化更为平稳；而轴压比则与受扭承载力和弯曲刚度密切相关，轴压比越大，受扭承载力越大，弯曲刚度提高；试件弯曲耗能的等效黏滞阻尼系数在0.08~0.28之间，扭转耗能的等效黏滞阻尼系数为0.13~0.23，试件耗能占比由初期扭转耗能为主向弯曲耗能转变，L形截面柱性能水平对应的层间位移角均能满足相关规范要求。扭矩的存在对试件抗震性能削弱较大。     

矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱轴压性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱(STHCC)的轴压性能,进行了16根STHCC短柱的轴压静力试验。主要研究参数包括约束效应系数、混凝土立方体抗压强度、翼缘钢管腹板厚度和柱长细比。通过轴压试验得到STHCC短柱试件的试验现象和破坏形态、荷载-位移曲线、钢管翼缘和蜂窝钢腹板的荷载-应变曲线,分析了四参数对STHCC短柱轴压承载力的影响规律及受力机理。结果表明：钢管的外表面会产生吕德尔滑移线,所有试件钢管混凝土翼缘均呈剪切型破坏;试件荷载-位移曲线大致可分为弹性、弹塑性、荷载下降和残余变形等四段。随着约束效应系数和蜂窝钢腹板厚度的增加,试件的轴压承载力逐渐提高;随着长细比的增大,试件的轴压承载力却逐渐下降。最后,通过引入组合效应修正系数和综合影响变量,建立了与试验结果吻合较好的STHCC短柱轴压承载力计算式,并给出了该类轴压短柱的设计建议。     

L形缀板式方钢管混凝土组合柱压弯性能试验研究

对L形缀板式方钢管混凝土组合柱进行偏压试验,分析了在偏压荷载作用下缀板对L形钢管混凝土组合柱的承载能力和破坏状态等参数的影响。结果表明,在偏压荷载作用下,L形缀板式方钢管混凝土组合柱的极限承载力要比普通方钢管混凝土组合柱高,且L形缀板式方钢管混凝土组合柱通过缀板的连接使组合柱的整体性较强,各肢柱可以协调变形。研究结果为后期L形缀板式方钢管混凝土组合柱的其他性能研究提供了参考。     

部分包覆钢-混凝土组合暗柱RC短肢剪力墙抗震及其修复试验研究

一字形RC短肢剪力墙因延性及平面外稳定性差而在高层建筑应用中受到限制,为此,设计并制作了2片剪跨比为2的部分包覆钢-混凝土组合暗柱RC短肢剪力墙,进行了拟静力试验,研究了轴压比对剪力墙抗震性能的影响。结果表明：剪力墙表现为剪切黏结破坏,滞回曲线呈反S形,具备较好的延性及耗能性能。基于试验结果,对震后2片剪力墙采用增设栓钉的方式进行了修复处理并完成了拟静力试验。结果表明：修复剪力墙呈剪切斜压破坏,滞回曲线呈较为饱满的梭形,整体工作性能得到明显改善,承载力基本能恢复至震损前水平,但延性及耗能能力略有下降;随轴压比增大,对原剪力墙与修复剪力墙的承载力影响不大,延性下降,耗能能力略有提升。根据试验结果,提出一字形部分包覆钢-混凝土组合暗柱RC短肢剪力墙受剪承载力计算式,计算值与试验值之比为0.973,两者吻合较好。     

内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为提高异形截面钢管混凝土柱的轴压承载力,提出内置钢骨组合异形截面钢管混凝土柱。考虑套箍指标、配骨率等参数的影响,设计制作12个内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱及3个未配置钢骨的组合L形截面钢管混凝土短柱两类试件;通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线和承载力,分析各参数对试件力学性能的影响,并对比两类组合柱轴压性能的差异。在试验研究基础上,参考国内外相关规范,提出内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算式。研究表明,内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压承载力高,增大套箍指标和配骨率可以明显提高试件承载力,所提出的承载力计算式可供工程设计参考。     

L形方钢管混凝土组合异形柱单向压弯稳定性研究

在对构件单向压弯受力特点分析的基础上,设计了L形方钢管混凝土组合异形柱单向压弯试件。通过压弯试验,得到了构件的破坏形式、荷载-竖向位移曲线、单肢挠度曲线和荷载-应变曲线。通过对我国现行的四本规程中的压弯稳定计算公式的计算结果进行比较发现,在计算开孔连接板连接的L形方钢管混凝土组合异形柱的压弯承载力时,作为缀件的连接板对构件压弯承载力的贡献不应被忽略,应采用整体式计算模型进行计算。CECS159∶2004规程和GJB 4142—2000规程的计算结果与试验结果吻合良好。     

部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受弯性能试验研究

为研究部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受弯性能，以组合梁截面高度、主钢件翼缘厚度和腹板空腹率为变化参数，共设计4根试件并进行四点弯曲试验。通过对破坏现象、荷载-跨中挠度曲线、混凝土与主钢件应变、承载力与变形等的分析，研究了组合梁的截面高度、主钢件的翼缘厚度和腹板空腹率对部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹梁受弯性能的影响规律。研究表明：所有试件均发生受弯破坏，且延性较好；荷载-跨中挠度曲线呈现弹性工作段和弹塑性工作段，跨中截面主钢件与混凝土应变基本满足平截面假定；组合梁截面高度由400 mm增加到500 mm,试件受弯承载力提高29.3%;主钢件翼缘厚度由10 mm减小到8 mm,试件受弯承载力减小25.9%;腹板空腹率对受弯承载力影响不大。基于试验现象和基本假定，推导了部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹梁的受弯承载力计算式，其计算结果与试验结果吻合较好。     

L形方钢管混凝土组合异形短柱的轴压强度研究

在分析L形方钢管混凝土组合异形柱特点的基础上,通过理论计算、有限元分析和轴压试验,对L形组合短柱的计算方法和轴压极限承载力进行研究。按照单肢高宽比等于4的原则,设计制作了L形组合短柱试件,计算采用叠加理论公式,得到试件的轴压极限承载力为3 720 kN;有限元分析采用壳单元、实体单元和接触单元,得到试件的轴压极限承载力为3 518 kN;轴压试验得到试件极限承载力为3 975 kN。分析结果可知,理论计算、有限元分析和轴压试验三者结果吻合,得到了L形组合短柱的轴压极限承载能力,并验证了采用叠加理论计算L形组合短柱轴压极限承载力的可行性。