高温后型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为评估火灾后型钢混凝土柱的抗震能力,为其火灾后加固提供参考,进行了11个型钢混凝土柱试件的高温后抗震性能试验。试件在升降温过程中施加恒定轴向荷载,并且在高温后抗震试验中保持相同的轴向荷载水平。试验中考虑轴压比和受火时间对抗震性能的影响,以获取并分析试件的破坏特征、荷载-位移滞回曲线、刚度、延性和耗能能力。试验结果表明：型钢混凝土柱试件在反复荷载作用下由柱底混凝土剥落形成塑性铰,塑性铰长度为0.14H~0.44H(H为柱截面高度);试件在反复荷载作用下出现贯通全柱的黏结滑移裂缝,滞回曲线大致呈梭形,耗能能力较好;较之未受火试件,受火后试件滞回曲线更为饱满,骨架曲线更为平缓,位移延性系数略有增大,刚度和承载力退化明显,耗能能力略有降低。受火时间相同时,轴压比大的试件极限荷载略高,极限位移较小,延性差,耗能能力更强;轴压比相同时,受火时间越长,承载力和刚度下降越明显,延性略有提高,耗能能力变差。     

钢骨-钢管混凝土柱抗震性能试验研究

通过4根钢骨-钢管混凝土柱试件在高轴向压力和低周反复水平荷载作用下的试验,研究钢骨-钢管混凝土柱的抗震性能。设计时主要考虑轴压比、含骨率对试件抗震性能的影响。根据采集的荷载、位移等数据,绘制出试件的滞回曲线和骨架曲线。试验结果表明,该组合柱滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力。随含骨率的增大,试件刚度衰减速度减缓,构件承载力和延性有明显的提高,耗能能力增加。随着轴压比的增加,试件刚度衰减速度加快,其骨架曲线下降段越陡,相应的构件延性越差,耗能能力减小。     

钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究钢管再生混凝土柱的抗震性能,设计并制作10根圆形试件进行拟静力试验。考虑再生粗骨料取代率、长细比、轴压比和含钢率等4种变化参数,观察试件受力的全过程和破坏形态,获取滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能和刚度退化等各项抗震性能指标,并采用数部相关规程计算低周反复荷载作用下圆钢管再生混凝土柱的压弯承载力。试验研究和计算结果表明:试件破坏过程以及破坏形态均与普通钢管混凝土柱相似,主要表现为钢管底部的鼓曲破坏;试件的滞回曲线比较饱满,滞回曲线的形状从梭形发展到弓形;在现有的取代率参数变化范围内,试件的滞回曲线受其影响不大,基于抗震性能需求,再生混凝土可以应用于工程承重结构之中;试件的位移延性系数大于3;破坏时等效黏滞阻尼系数介于0.305~0.460之间;建议采用规程DL/T5 085—1999用于反复荷载作用下圆钢管再生混凝土柱压弯承载力的设计计算。研究结果可为钢管再生混凝土结构的进一步推广和应用提供参考。     

钢管混杂再生混凝土柱抗震性能试验研究

在定常轴力和水平低周反复荷载作用下,对方钢管和圆钢管混杂再生混凝土柱进行抗震性能拟静力试验,研究了钢管壁厚等因素对试件抗震性能的影响。通过试验得到了试件破坏情况、滞回曲线、骨架曲线,在此基础上,分析了试件的变形性能及延性、刚度退化、耗能能力、强度退化等抗震性能的变化规律。研究表明:钢管混杂再生混凝土柱的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象,具有良好的变形能力和滞回性能;钢管壁厚对试件的承载能力、延性和耗能能力有显著影响,随着壁厚的增加,试件的水平承载力增加,延性和耗能能力也随之提高;壁厚对刚度退化有一定程度上的影响,退化趋势大体一致;钢管混杂再生混凝土柱亦有较好的抗震性能。     

方钢管混凝土柱-钢梁外加强环节点滞回性能的实验研究

进行了8个方钢管混凝土柱-钢梁外加强环式节点试件在恒定轴力和水平往复荷载作用下的滞回性能实验研究,考察了钢管混凝土柱轴压比和环板宽度对节点力学性能的影响。结果表明:柱轴压比对节点的水平承载力和抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,节点的水平极限承载力下降,位移延性和耗能能力降低;不同环板宽度节点的滞回曲线均为饱满的梭形,强度和刚度退化不明显;本次试验的8个节点试件的层间位移延性系数μ=3.00～7.41,弹性极限位移角θy≈2.03[θe]～5.30[θe],弹塑性极限位移角θu≈1.78[θp]～3.90[θp],等效黏滞阻尼系数he=0.3576～0.5339,均满足抗震设计要求。     

方钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究方钢管再生混凝土柱的抗震性能,设计并制作了6个试件,对其进行拟静力试验。考虑再生粗骨料取代率和轴压比2个变化参数,观察试件受力的全过程和破坏形态,分析试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能和刚度退化等,并采用相关规程计算低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的压弯承载力。试验研究和计算结果表明：试件破坏过程以及破坏形态均与普通钢管混凝土柱试件相似,主要表现为试件根部钢管的鼓曲破坏;试件的滞回曲线比较饱满,滞回曲线的形状从梭形发展到弓形;在试验选取的再生粗骨料取代率参数范围内,试件的滞回曲线受其影响不大;试件的平均位移延性系数接近3;破坏时等效黏滞阻尼系数介于0.323~0.360之间;建议对采用规程GJB 4142-2000计算的反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的压弯承载力乘以0.92的折减系数;对采用规程DBJ 13.51-2003计算的反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的压弯承载力乘以1.13的扩大系数。     

方钢管再生混凝土柱滞回特性的试验研究

根据6根方钢管再生混凝土柱在定常轴力和水平往复荷载作用下的试验结果,探讨了钢管壁厚、轴压比和长细比3个参数对试件滞回性能的影响。试验表明:各试件的滞回曲线形状大致相同,滞回曲线较为饱满,具有良好的抗震性能。在试验研究基础上,分析了实测滞回曲线特征,对试验结果进行回归分析,建立了恢复力模型的三折线骨架曲线方程,确定了卸载刚度、强度退化规律和恢复力模型的滞回规则,建立了方钢管再生混凝土柱水平侧向力-位移恢复力模型,试件的计算滞回曲线和骨架曲线与试验实测曲线吻合良好。     

L形钢管混凝土柱抗震性能非线性有限元分析

为深入了解低周反复荷载下L形钢管混凝土柱的抗震性能,以试验研究为基础,依据L形钢管混凝土柱核心混凝土在低周反复荷载作用下的应力-应变关系,采用有限元程序Opensees,对L形钢管混凝土柱的抗震性能进行非线性分析,给出其荷载-水平位移关系曲线;并分析L形钢管混凝土柱抗震性能的影响因素。结果表明:计算结果与试验结果吻合较好;截面宽厚比D/t和截面长宽比D/B对构件骨架曲线的影响相似,总体上对荷载-位移骨架曲线的形状影响很小,主要表现在对水平承载力大小的影响;轴压比是构件骨架曲线的主要影响因素,轴压比对试件弹性阶段的刚度影响不大,对构件弹塑性阶段刚度影响明显,随着轴压比的增大,试件的刚度也逐渐变小,水平极限承载力变小,并且曲线将会出现下降段,且下降段的下降幅度随轴压比的增加而增大,表明构件的位移延性也越来越差。     

钢骨-钢管混凝土柱抗震性能试验研究

了解钢骨-钢管混凝土柱在低周往复荷载作用下的力学性能,为钢骨-钢管混凝土柱的推广应用提供依据.本文对5根构件开展拟静力试验并对试验结果进行了分析,得到不同轴压比和不同含骨率下的荷载-位移滞回曲线,并分析比较了轴压比和含钢率对构件耗能及延性的影响.结果表明,钢骨-钢管混凝土柱抗震性能良好,含骨率的增加和轴压比的减小都有利于试件承载力的提高;随着试验位移增大,试件累积耗能和等效粘滞阻尼系数都增大,表明试件耗能能力不断增大,如此就能有效地抵御地震作用,而且试件轴压比越小,含骨率越大试件的耗能能力越强;含骨率的增大可以减缓试件的刚度退化,轴压比的减小对减缓刚度退化影响显著;即使在高轴压比下钢骨-钢管混凝土柱仍能满足规范对抗震极限位移角的要求,试件延性系数随含骨率增大而增大,随轴压比的增大而减小.     

高温后圆钢管再生混凝土偏压柱力学性能研究

为研究高温后圆钢管再生混凝土柱偏压力学性能的退化规律,考虑温度作用场、再生粗骨料取代率2个变化参数,对9个设计的圆钢管再生混凝土柱试件进行高温后的偏心受压加载试验。观察其受力破坏过程及形态,获取受力全过程的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、极限承载力等数据,并分析温度和取代率对高温后圆钢管再生混凝土偏压柱承载力、刚度退化、位移延性、耗能等力学性能指标的影响。结果表明:高温后钢管再生混凝土偏压柱的破坏过程和形态与常温试件相似,具有承载力高、变形性能好的特征;随着温度的升高,钢管再生混凝土偏压柱的极限承载力和初始刚度显著降低,随着取代率的变化,钢管再生混凝土偏压柱的承载力、刚度、位移延性、能量耗散等力学性能指标变化不大。     

钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能的试验研究

为了探讨钢管混凝土柱-钢梁平面框架的抗震性能,本文进行了12个框架试件在恒定轴力和水平反复荷载作用下的试验研究,主要考察了柱截面形状(圆形、方形)、含钢率(圆形:α=0.06,0.103;方形:α=0.125,0.126)、柱轴压比(圆形:n=0.06~0.60;方形:n=0.04~0.60)、梁柱线刚度比(圆形:i=0.36~0.58;方形:i=0.34~0.62)等参数对其力学性能的影响。试验结果表明:钢管混凝土柱-钢梁框架滞回曲线较为饱满,强度和刚度退化不明显;柱轴压比和含钢率对框架的承载力和抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,框架的水平极限承载力下降,位移延性和耗能能力降低,而含钢率影响规律则相反;圆形截面柱框架抗震性能整体上优于方形截面柱框架。按照《钢管混凝土结构技术规程》(DBJ13—51—2003)设计的钢管混凝土框架能够满足结构抗震设计要求。     

方中空夹层钢管混凝土柱滞回性能研究

以轴压比和空心率为主要参数,进行了12个方中空夹层钢管混凝土试件和4个方实心钢管混凝土试件滞回性能的试验研究。试验表明:方中空夹层钢管混凝土和方实心钢管混凝土荷载-位移滞回曲线饱满,其延性明显优于空钢管试件;轴压比越大的试件,初始刚度越大,但刚度后期退化越快。比较了国内外较典型的几种设计规范(程)对试件抗弯刚度的计算,结果表明,AISC-LRFD(1999)、EC4(1994)、BS5400(1979)、DBJ 13-51(2003)的计算结果与实测的初始抗弯刚度较吻合,DBJ 13-51(2003)的计算结果与实测的使用阶段抗弯刚度最接近。在确定了钢材和混凝土的本构关系的基础上,采用数值方法对荷载-位移滞回曲线进行了计算,理论计算结果与试验结果较吻合。最后分析了轴压比、空心率、长细比、名义含钢率、材料强度等参数对荷载-位移骨架曲线的影响。     

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。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能试验研究

进行了3榀方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的低周反复加载试验,分析了轴压比和梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。得到了框架的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及各阶段的荷载和位移值,分析了框架的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化。试验结果表明：框架滞回曲线饱满,具有良好的变形性能和耗能能力;增大轴压比将降低框架的延性和水平极限承载力,提高框架的耗能能力;增大梁柱线刚度比将降低框架的延性和耗能能力,提高框架的水平极限承载力。试验结果可为方钢管混凝土柱-钢梁框架的工程应用提供参考。     

Experimental behaviour of steel reduced beam section to concrete-filled circular hollow section column connections

In this paper, five specimens of connections of reduced beam section (RBS) steel beam to concrete-filled steel tubular (CFST) circular hollow section (CHS) column using an external ring were tested. The experiments considered the hysteretic behaviour under combined constant axial load and cyclic lateral load. For comparison, three specimens of a weak-column without an RBS configuration steel beam to CFST column connection were tested under the same conditions. The axial load level of the CFST column, width of connection stiffening ring and RBS configuration were considered as the experimental parameters of their seismic behaviour. It was found that the lateral load (P) versus lateral deformation (Δ) hysteresis curves exhibited no obvious strength deterioration and stiffness degradation. The energy dissipation of the RBS connections is significantly improved when compared with weak-column connections. The concrete filled CHS columns failed as a weak-column connection and their energy dissipation capacity was reduced. It can be concluded that the RBS connections exhibit good seismic performance.     

薄壁方钢管再生混合柱抗震性能试验研究

通过15根薄壁方钢管再生混合柱在定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验,研究了废弃混凝土取代率、钢管壁厚、轴压比等参数对试件抗震性能的影响。基于新、旧混凝土的组合强度,根据国内外钢管混凝土结构的设计标准以及基于ABAQUS的纤维梁单元模型,对试件的水平承载力进行了计算分析。研究表明：废弃混凝土取代率在0~40%之间变化对试件的初始抗侧刚度、钢管局部屈曲、破坏位移、负刚度段行为、等效黏滞阻尼系数、滞回曲线形状影响有限,但再生混合柱的水平承载力总体上比全现浇柱有所降低;当钢管壁厚在1.78~5.50mm之间变化时,随钢管壁厚增加试件并未表现出更好的变形能力;在钢管壁厚仅1.78 mm（宽厚比168.5）的情况下,轴压比0.4的再生混合柱的破坏位移角可达1/35,满足我国现行抗震规范的层间位移角限值要求;采用5部现行标准计算薄壁方钢管再生混合柱的水平承载力可获得与同条件全现浇柱相当的安全性;横截面积和用钢量相同时,薄壁方钢管再生混合柱的抗震性能优于钢筋混凝土柱。研究发现,薄壁方钢管再生混合柱应用于中、低轴压比（实际轴压比小于0.4）的情况是可行的。     

Experimental and analytical investigation on seismic behavior of Q690 circular high‐strength concrete‐filled thin‐walled steel tubular columns

This paper proposed a new Q690 circular high‐strength concrete‐filled thin‐walled steel tubular (HCFTST) column comprising an ultrahigh‐strength steel tube (yield strength f_y ≥ 690 MPa). A quasi‐static cyclic loading test was conducted to examine the seismic behavior, and the obtained lateral load‐displacement hysteresis curves, skeleton curves, and ductility were analyzed in detail. Then, a numerical model based on a nonlinear fiber beam‐column element incorporating the modified uniaxial cyclic constitutive laws for concrete and steel was developed mainly to predict the seismic behavior of the tested Q690 circular HCFTST columns. The effects of the concrete cylinder compressive strength (f_c), steel yield strength (f_y), axial compression ratio (n), and diameter‐to‐thickness (D/t) ratio on the seismic behavior were investigated through a parametric study. Finally, a simplified hysteretic model incorporating the moment‐resisting capacity and deterioration of the unloading stiffness in addition to a normalized skeleton curve and hysteretic criterion was established. The results indicate the following: the proposed Q690 circular HCFTST columns can display reasonable hysteretic behaviors to some extent; the use of high‐strength steel can lead to a significantly larger elasto‐plastic deformation capacity and delay the appearance of post‐peak behavior, even if a lower ductility capacity is provided; moderately loosening the limitations on the D/t ratio can also result in ideal hysteretic behaviors; and the established numerical model and simplified hysteretic model can satisfactorily predict the experimentally observed load‐displacement hysteretic curves, including the deterioration of the strength and stiffness and can, thus, offer design references for the elasto‐plastic analysis of circular HCFTST columns.     

T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能研究

为研究T形钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能,进行了两榀T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架拟静力试验,探讨了柱轴压比对框架滞回性能的影响。试验结果表明,框架在往复荷载作用下均呈理想的梁铰破坏机制;随着水平位移荷载的增大,框架滞回曲线渐趋饱满,最终框架正负向位移延性系数均大于4.0,满足建筑结构抗震延性需求;随着柱轴压比增大,其耗能能力提高,但框架的延性下降。提出了该类框架的简化三折线恢复力模型,可为T形钢管混凝土柱-钢梁框架的深化研究及工程设计提供参考。     

高温后型钢混凝土柱抗震性能试验研究

对5个高温后型钢混凝土柱试件和3个常温下对比柱试件进行低周反复加载试验,研究高温后型钢混凝土柱的承载力和抗震性能。由试验获得了高温后型钢混凝土柱的破坏形态和滞回曲线,分析了剪跨比、轴压比、受火时间对高温后型钢混凝土柱滞回特性、延性、耗能能力、承载力及刚度退化的影响。结果表明：高温后剪跨比为1.5的型钢混凝土柱的破坏形态与常温下基本相同,剪跨比为2.5的型钢混凝土柱的破坏形态则发生明显变化,常温下发生弯曲型破坏的柱在高温后往往发生黏结破坏。与常温下的型钢混凝土柱相比,高温后型钢混凝土柱的滞回曲线更加饱满、骨架曲线的上升段和下降段更为平缓、位移延性系数略有增大、耗能能力更强。高温后型钢混凝土柱的延性、耗能能力与剪跨比、轴压比密切相关。位移延性系数随剪跨比的增大而增大,随轴压比的增大而减小;剪跨比越大,破坏时的等效阻尼比越大。经历高温作用后,型钢混凝土柱的刚度和承载力退化显著,初始刚度退化程度随剪跨比的增大而减小,屈服后刚度和受剪承载力退化程度随剪跨比的增大而加大。提出了火灾高温后型钢混凝土柱受剪承载力计算式,计算结果与试验结果符合较好。