带约束拉杆T形截面钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系

该文介绍了11个带约束拉杆和5个不带约束拉杆的T形钢管混凝土轴压短柱试件的试验研究,讨论在不同约束拉杆间距与直径、钢板厚度与屈服强度、截面尺寸下试件的破坏与承载力特点。结果表明,约束拉杆的设置改变了钢管的屈曲模态,延迟钢管局部屈曲的发生,有助于T形钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性的提高。在合理假定的基础上,将T形钢管混...     

带约束拉杆十形截面钢管内核心混凝土的等效单轴本构关系

介绍了11 个带约束拉杆和5 个不带约束拉杆的十形截面钢管混凝土轴压短柱试件的试验研究,讨论在不同约束拉杆间距与直径、钢板厚度与屈服强度、截面尺寸下试件的破坏与承载力特点。分析了带约束拉杆十形截面钢管混凝土的约束特点。在合理假定的基础上,将十形钢管混凝土截面划分成1 个无拉杆的方形和4 个有拉杆的矩形钢管混凝土区域,借鉴约束混凝土本构模型,建立了力学概念清晰的各区域核心混凝土等效单轴本构关系。采用建议的本构关系对相关试验的试件进行了荷载-应变全过程分析,计算曲线和试验曲线吻合良好。     

带约束拉杆L形截面钢管混凝土的本构关系

分析了带约束拉杆L形截面钢管混凝土在轴压下的受力机理,在确定带约束拉杆L形截面钢管混凝土有效约束区域合理形状的基础上,将带约束拉杆L形截面钢管混凝土短柱划分成一个方形和两个带约束拉杆的矩形钢管混凝土短柱,对截开面的性质和截开面上的边界条件进行合理假设;借鉴约束混凝土的本构关系建立了带约束拉杆L形截面钢管混凝土的等效单轴本构关系,并根据试验数据确定了本构关系中的参数。用建议的本构关系对有关试件进行了荷载-应变全过程分析,荷载-应变的理论计算曲线和试验曲线吻合良好。     

带约束拉杆矩形钢管混凝土的本构关系

对带约束拉杆矩形钢管混凝土在轴压下的受力机理进行分析,在带约束拉杆方形钢管混凝土本构关系的基础上,针对矩形钢管截面长边、短边对混凝土约束作用大小不同及约束拉杆沿长边、短边布置数量不同等特点,应用基于混凝土真三轴试验的破坏准则确定核心混凝土的峰值强度,从而提出适合带约束拉杆矩形钢管混凝土柱数值计算的本构关系,并根据相关试验结果对本构关系的参数进行确定。应用该本构关系对有关试件进行荷载-应变关系的全过程计算,并与试验结果比较,两者吻合良好。     

带约束拉杆壁式钢管混凝土柱拟静力试验研究

为避免在多高层钢结构建筑中柱凸出填充墙,提出了设置约束拉杆的截面高宽比为3.0的壁式钢管混凝土柱,通过2个带约束拉杆壁式钢管混凝土柱足尺试件的拟静力试验,研究其抗震性能。试验结果表明:约束拉杆可以有效抑制两侧柱壁局部屈曲;试件破坏模式为柱底四周钢板受压鼓曲、钢板间纵向焊缝撕裂;滞回曲线较为饱满,无明显的捏拢现象;屈服位移角在1/147 rad~1/121 rad,极限位移角在1/51 rad~1/41 rad,位移延性系数在2.61~3.11,承载力退化系数在0.86~1.04,破坏时的等效粘滞阻尼系数在0.3以上。在试验研究的基础上,建立了该类试件的精细化有限元模型,对比可知有限元结果与试验结果吻合较好,验证了模型的正确性,可为此类构件的数值模拟提供参考。研究成果丰富了矩形钢管混凝土组合构件的类型,促进装配式钢结构建筑的发展。     

带约束拉杆异性钢管混凝土柱力学性能的试验研究

本文介绍了带约束拉杆的异形（方形、矩形、L形和T形）钢管混凝土柱的轴心受压试验结果，研究了带约束拉杆异形钢筋混凝土柱的破坏机理、极限承载力和延性。     

多室式钢管混凝土T 形短柱的非线性分析

通过定义等效方形截面和改变混凝土强约束区、弱约束区界线底角来衡量多室式T形截面内钢材对混凝土的整体约束作用,依据轴压试验结果修正了Mander 约束混凝土模型中有效侧向约束力及下降段的表达式,建立了核心混凝土的本构关系。应用ABAQUS 对8 个多室式钢管混凝土T 形短柱试件的轴压性能进行了模拟,模拟结果与试验数据的对比表明,该本构关系能较好地适用于对构件性能的非线性分析。在此基础上探讨了构件中钢材和混凝土的共同工作情况,发现其工作机理与其它截面形式的钢管混凝土柱较为一致。将多室式钢管混凝土T形柱视为由3个矩形钢管混凝土部件折减钢板后组成,应用叠加原理得出了构件的强度承载力公式,可供实际应用参考。     

空心率对空心钢管混凝土轴压短柱工作性能及承载力影响的研究

进行了55根各种截面的空心钢管混凝土轴心受压短柱试验,研究了不同截面参数情况下,空心钢管混凝土轴压短柱承载力性能变化,研究了空心率对平均应力与纵向应变性能的影响。研究结果表明:圆形截面试件的承载力高于其他类型截面的试件,试件空心率越小,试件的承载力越高,轴压曲线的弹塑性阶段越长,同时曲线的下降段越趋平缓,随着空心率的变化,短柱的轴压曲线呈系列化,上述结果体现了空心钢管混凝土结构的连续性。同时根据试验结果验证了空心钢管混凝土轴压短柱组合强度标准值的计算公式,计算值与试验值相比吻合良好,说明使用该公式计算空心钢管混凝土轴心受压短柱的承载力是可行的。     

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。     

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。     

带约束拉杆方形钢管混凝土的本构关系

对带约束拉杆方形钢管混凝土轴压构件的力学机理进行分析,借鉴约束混凝土本构模型,基于等效侧向压应力的概念,提出适合带约束拉杆方形钢管混凝土柱数值计算的核心混凝土本构关系,并结合有关试验结果对本构关系中的参数进行确定。应用该本构关系对有关试件进行荷载-应变关系全过程计算,计算结果与试验结果比较,两者吻合良好。     

带球冠形脱空缺陷椭圆钢管混凝土短柱轴压性能及计算方法研究EI北大核心CSCD

为研究球冠形脱空对椭圆钢管混凝土短柱轴压性能的影响,该文通过带球冠形脱空椭圆钢管混凝土试件的破坏形态、轴压承载力、初始刚度和延性等性能在球冠形脱空影响下的变化规律,揭示了带球冠形脱空缺陷椭圆钢管混凝土轴压短柱的截面应变分布和核心混凝土强度特征,最终基于脱空特征对椭圆核心混凝土约束状态的影响机理,提出截面约束分区模型,推导并验证了考虑球冠形脱空影响的椭圆钢管混凝土短柱的轴压承载力计算公式。研究发现:核心混凝土破碎和斜向剪切、钢管局部鼓曲与凹陷以及试件的整体弯曲破坏是带球冠形脱空椭圆钢管混凝土轴压短柱的主要破坏形态;脱空缺陷的存在将削弱椭圆钢管与核心混凝土的相互作用,进而降低其轴压承载力、初始刚度和延性。     

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。     

内置复材约束的T形截面钢管混凝土组合柱轴压力学性能试验研究

内置复材约束的T形截面钢管混凝土组合柱(T-section concrete filled steel and GFRP tubular composite column,T-SCFC)包括外部钢管、夹层混凝土、玻璃纤维增强树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)管和核心混凝土。对14根不同截面形式的约束混凝土短柱和3组内置不同复材管壁厚的T形截面钢管混凝土组合柱进行轴压试验,对比分析了方钢管混凝土短柱(Square concrete filled steel tube,CFST)、复材管约束混凝土短柱(Concrete filled GFRP tube,CFFT)、内置复材约束方钢管混凝土短柱(Steelconcrete-GFRP-concrete tube,SCFC)和T-SCFC柱在轴压荷载作用下的力学性能。建立与试件同尺寸的有限元模型,并开展数值参数分析,研究不同钢管壁厚和核心混凝土强度对T-SCFC柱轴心受压性能的影响。结果表明：内置约束复材管可以明显提高方钢管混凝土短柱的受压性能,显著延缓SCFC短柱在轴压荷载作用下的钢材屈服和...     

受火后方钢管钢筋混凝土短柱剩余承载力研究

为研究方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后的剩余承载力,设计并制作18根在核心混凝土中配置纵向受力钢筋的方钢管钢筋混凝土短柱进行明火试验和承载力试验,观察试件经历火灾后的破坏形态,获取柱的极限承载力等指标。在ISO 834标准升降温曲线作用下,基于ABAQUS有限元软件建立方钢管钢筋混凝土轴压短柱温度场和火灾后力学场分析模型,分析结果得到试验结果的验证,在此基础上,利用该模型对影响方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的参数进行了分析。试验结果表明:受火后的方钢管钢筋混凝土短柱承载力有一定程度折减,但仍具有较高的承载能力;配置纵向钢筋对核心混凝土起到更好地约束作用,配筋率的增大对于受火后试件极限承载力的提高作用明显;影响方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的主要因素是升温时间和构件截面尺寸;在常用参数范围内,回归方钢管钢筋混凝土短柱火灾后剩余承载力实用计算式。     

柱中设缝的方钢管约束型钢混凝土中长柱受压性能研究

钢管约束混凝土柱的钢管通常在柱端设缝以使其不直接承受荷载。该文主要对两种设缝模式的方钢管约束型钢混凝土柱(仅柱两端设缝、柱两端和柱中均设缝)的受力性能进行分析对比。以钢管宽厚比、荷载偏心率为主要变化参数,对柱中设缝的方钢管约束型钢混凝土中长柱进行了受压力学性能试验。分析对比了各组试件的破坏模式、承载能力及钢管应力发展规律,结果表明：设缝模式对试件破坏形态无明显影响,柱中设缝试件的轴压承载力略有提高,而偏压承载力呈降低趋势。采用精细化的有限元模型进行了参数分析,依据试验及有限元结果,提出用于计算构件弯矩增大效应的刚度折减系数公式,进而建立柱中设缝构件偏压作用下的承载力计算方法。     

螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱偏压性能及承载力计算

为研究复合约束效应对螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱偏压性能的影响,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)的偏心受压试验,观察了试件的破坏过程及模式,获取了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,对比分析了各变化参数对试件偏压性能指标的影响,并讨论了复合约束下2类组合柱的刚度退化规律。结果表明：组合柱偏压破坏模式分为大、小偏压破坏;内置螺旋筋可显著提升钢-混凝土柱的偏压承载力和变形性能,抗弯刚度也有所改善,但过密布置螺旋筋将导致组合柱的承载力和抗弯刚度提升程度下降;增大螺旋筋径宽比和角钢/钢管纵向配钢率能显著增大组合柱的承载力和抗弯刚度,但纵向配钢率对变形性能的影响远小于螺旋筋配箍率;螺旋筋间距减小及径宽比增大可减缓组合柱的刚度退化速率;此外,复合约束效应对角钢混凝土柱偏压性能的改善显著优于钢管混凝土柱;基于压溃理论推导的组合柱偏压承载力解析公式的计算结果与试验结果吻合较好。     

钢管再生混凝土长柱偏压性能研究

对10个圆钢管再生混凝土和10个方钢管再生混凝土长柱进行偏压静力单调加载试验,考虑了再生粗骨料取代率、长细比、偏心距3个变化参数,观察了试件受力的全过程和试件破坏形态,绘制出荷载-变形、荷载-应变等一系列重要关系曲线,给出了截面应变沿高度分布情况,并分析了变化参数对试件极限承载力的影响规律,采用国内外常用的8部相关规程计算两种截面形式试件的极限承载力。研究结果表明:钢管再生混凝土偏压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要为弹塑性失稳破坏;建议采用规程DL/T5085-1999和DBJ13-51-2003设计圆钢管再生混凝土偏压长柱试件的极限承载力,采用规程CECS159:2004、DBJ13-51-2003设计方钢管再生混凝土偏压长柱试件的极限承载力。     

两种混凝土模型在钢管混凝土有限元中的应用

本文采用Smeared Cracking与Damaged Plasticity两种混凝土模型分别对带约束拉杆和无约束拉杆的方形、矩形钢管混凝土短柱轴压承载力进行有限元分析,探讨每种混凝土模型的特点,并与已有的试验结果对比,结果表明两种模型都适用于带约束拉杆和无约束拉杆的方形、矩形钢管混凝土构件轴心受压承载力分析.采用相关流动法则而低估了混凝土膨胀角和钢管对核心混凝土约束作用的Smeared Cracking模型分析结果略低于试验结果,而采用不相关流动法则的Damaged Plasticity能较好地符合试验结果.     

钢管混凝土哑铃形偏压构件试验研究

进行了8 根钢管混凝土哑铃形短柱的偏压试验。试验参数为偏心率。试验结果表明,钢管混凝土哑铃形偏压短柱受力性能与单圆钢管混凝土偏压柱的有相似之处。对极限承载力的计算表明,现有的折算面积法偏于保守而格构式算法又偏于不安全。提出的修正的格构式算法与试验结果吻合良好且偏于安全,可供工程应用参考。