钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

提出一种适用于超高层建筑底部楼层的钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙,通过5个剪跨比为2.5的一字形截面组合剪力墙试件的拟静力试验,研究组合剪力墙的抗震性能。试验结果表明：试件的破坏形态为压弯破坏,墙底部边缘构件矩形钢管管壁和钢板鼓曲、钢管断裂、混凝土压溃;矩形钢管混凝土约束边缘构件沿墙肢长度显著影响试件的变形能力和耗能能力;钢板含钢率基本不影响试件的变形能力;矩形钢管混凝土边缘构件内设置圆钢管可提高试件承载力,但对其变形能力影响不大。矩形钢管混凝土约束边缘构件沿墙肢长度为0.2倍墙截面高度、设计轴压比为0.45时,组合墙试件的屈服位移角不小于0.005 rad、极限位移角可达0.030 rad。提出组合墙正截面承载力的计算式,计算结果与试验值吻合较好,误差小于10%。     

多腔波形钢板组合墙的轴压整体稳定性能研究

为了降低钢板混凝土组合墙的用钢量、提高其承载效率,同时避免大量使用剪力连接件,提出了多腔波形钢板组合墙,该组合墙由钢管混凝土柱和内填混凝土的双波形钢板交替连接组成。为了得到墙体稳定承载性能的影响因素,对6片高厚比为20.0和16.7的多腔波形钢板组合墙进行轴压试验,其中波形钢板包括梯形波折板和正弦波浪板两类。试验结果表明：试件承载力均由整体稳定控制,加载过程中所有墙体都出现了整体失稳破坏并伴随钢板局部屈曲,而波形钢板与钢管间的焊缝保持完好;增加墙体厚度(即降低高厚比)可以有效提高试件稳定承载力。采用ABAQUS软件建立精细化有限元分析模型,并将试验结果与有限元模拟结果进行对比,发现有限元能较好模拟多腔波形钢板组合墙的轴压整体稳定性能。采用经验证的有限元模型分析了高厚比、截面尺寸、混凝土强度以及波形钢板形式对组合墙轴压稳定性能的影响,发现钢管混凝土柱的板厚和宽度对承载力的影响随组合墙高厚比的增大逐渐增大,波形腔宽度和混凝土强度的影响随高厚比的增大逐渐减小,波形钢板厚度和波形钢板形式对承载力影响较小。提出了多腔波形钢板组合墙稳定系数的计算公式,有限元结果与公式计算结果的比值大部分在1.00...     

T形多腔钢-混凝土组合构件压弯性能研究

多腔钢-混凝土组合构件通过变化截面高厚比可作为组合柱、组合短肢剪力墙和组合剪力墙,灵活地应用在具体结构中,在结构外缘采用T形多腔钢-混凝土组合构件可减少室内结构柱外露。为此,针对截面高厚比为3~8的T形多腔钢-混凝土组合构件开展压弯性能研究。以截面高厚比和试件高宽比为变化参数,对4个T形多腔钢-混凝土组合构件在偏压荷载作用下的压弯力学性能进行了试验研究,并对试件的变形发展过程、破坏模式和承载力进行了分析。在试验研究的基础上,运用有限元模型分析了偏压荷载作用下T形多腔钢-混凝土组合构件的受力全过程和多腔钢管与混凝土的相互作用,并分析了截面高厚比、混凝土强度、钢材强度和钢板厚度等参数对构件压弯力学性能的影响。研究结果表明:构件在偏压荷载作用下发生整体弯曲破坏模式;多腔钢管对核心混凝土的不均匀约束作用表现为腔体角部大于内隔板对混凝土的约束,内隔板中部大于自由边钢板中部对混凝土的约束;截面高厚比是影响构件截面压弯承载力相关曲线的关键参数。在此基础上提出了适用于不同截面高厚比的T形多腔钢-混凝土组合构件的压弯承载力计算公式。     

钢筋加劲T形截面钢管混凝土柱抗震性能试验研究

制作4根钢筋加劲的T形截面钢管混凝土柱、1根非加劲T形截面钢管混凝土柱和1根T形截面钢筋混凝土柱试件,对其进行低周往复水平荷载作用下的滞回性能试验,研究其破坏模式和滞回性能,分析钢筋加劲肋的作用机理以及钢管对混凝土的约束作用。结果表明：相比T形截面钢筋混凝土柱,T形截面钢管混凝土柱破坏程度有明显减轻,刚度、承载力以及耗能性能均有明显提高;钢筋加劲肋能有效限制钢板局部屈曲和阴角处钢管与混凝土脱离,保证钢管和混凝土共同工作,对拉钢筋加劲肋相对锯齿形钢筋加劲肋的效果更加显著;含钢率较高的钢管混凝土柱承载力更高,耗能能力更好;轴压比从0.2增加到0.4时,钢筋加劲的T形截面钢管混凝土柱的承载力增大,延性降低。     

T形截面方钢管混凝土组合异形柱压弯性能研究

通过压弯试验,对T形截面方钢管混凝土组合异形柱的压弯性能进行研究。试验结果表明,试件最终破坏形式为整体弯曲型失稳破坏。结合压弯试验进行非线性有限元模拟,有限元模型的破坏形式、荷载-位移曲线和极限承载力等均与试验结果吻合较好,验证了有限元分析的可行性。利用有限元方法分析柱高度、钢材强度和混凝土强度对异形柱压弯承载力的影响,分析表明,钢材强度对异形柱压弯承载力影响较大。     

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。     

组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压试验研究

在分析各种异形钢管混凝土柱工程应用的基础上,提出组合T形截面钢管混凝土柱。考虑长细比、偏心距等参数的影响,设计制作18个组合T形钢管混凝土柱试件。通过偏心受压试验,对长细比16.0<λ≤28.8的组合T形钢管混凝土柱压弯性能进行研究,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-应变曲线和荷载-柱中挠度曲线,分析各参数对试件偏心受压力学性能的影响。通过试验数据回归分析,参考国内外相关规范,提出组合T形截面钢管混凝土柱偏心受压承载力计算公式。试验结果表明：偏心受压柱均为弯曲失稳破坏,长细比越大,弯曲破坏特征越明显;偏心距越大,试件极限承载力越低。研究表明,组合T形钢管混凝土柱的两个组成部分能很好地协同工作,力学性能较好;所提出的承载力计算公式可供工程设计参考。图10表3参8     

扁矩形钢管混凝土中长柱有限元分析

基于abaqus建立大量扁矩形(截面高宽比不小于2)钢管混凝土柱的有限元模型,得到荷载位移曲线和试验难以获得的应力应变云图,研究宽厚比、钢材强度、长细比、偏心率对其压弯性能的影响。结果表明扁矩形钢管混凝土中长柱的破坏模式为整体失稳破坏,伴随着钢管的局部屈曲。其压弯承载力分别与钢管厚度与长细比近似呈线性关系,随着长细比的增大而减小,随着钢管厚度的增大而增加。     

不同加载角度下多室T形截面钢管混凝土柱偏压性能研究

多室T形钢管混凝土柱作为建筑结构的边柱,会受到不同角度荷载的作用。为研究不同加载角度下多室T形截面钢管混凝土柱的受力性能,进行了7个多室T形截面钢管混凝土柱试件和1个无肋对比试件的偏压性能试验研究,试验主要参数包括加载角度(45°、90°、135°和180°)、荷载偏心率(0、0.25和0.5)和长细比(31.5和41.9)。结果表明：采用多室截面能够有效延缓T形截面钢管混凝土柱的局部屈曲,承载力比无肋试件提高10.8%;加载角度135°对应的承载力最大,180°对应的承载力最小,最大相差17.3%;随着荷载偏心率或构件长细比的增加,柱峰值荷载下降,峰值荷载对应的柱中挠度增加。采用有限元软件建立了不同加载角度下多室T形截面钢管混凝土柱偏压的有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好。在参数分析基础上,获得了不同加载角度下多室T形截面钢管混凝土柱稳定系数和相对轴力-弯矩相关曲线简化计算方法,简化计算结果得到了试验结果的验证。     

钢管混凝土组合异形柱受压性能有限元分析

通过理论计算承载力,换算长细比以及非线性有限元模拟分析研究圆钢管混凝土T形组合截面异形柱的压弯性能。讨论了其在轴压作用下的应力分布,失效模式,荷载-位移曲线等,认为圆钢管混凝土T形组合截面异形柱承载力较高,具有很好的延性,使其在实际工作中有很高的安全储备,由于T形截面本身是非对称截面,在轴压作用下,整体变形为绕弱轴的弯曲变形为主,弱侧单柱肢先达到屈曲破坏,柱肢之间的相对扭转可忽略不计,符合预期设想,单个柱肢之间有缀管相连接,在竖向受压作用力变大过程中,整体表现出协同变形的趋势,最后表现为整体弯曲失稳破坏。     

钢板-砖砌体组合异形柱轴压性能试验研究与分析

钢板-砖砌体组合结构是一种新型的托换改造技术。为了研究钢板-砖砌体组合异形柱的轴心受压性能,共完成了6根组合异形柱试件的静载试验,考虑了施工过程中常用的L形、T形两种截面形式,螺栓间距为300,400 mm两种情况以及螺栓约束对组合柱轴压承载力的影响,探讨了组合柱受压破坏的机理。试验结果表明:钢板-砖砌体组合异形柱的破坏始于外包钢板的局部弹性屈曲;不同侧面的钢板屈曲存在先后顺序,但通过截面应力重分布,在接近极限荷载时其应力水平基本接近;对拉螺栓对异形截面组合柱的影响要远大于矩形截面柱;对拉螺栓失效后构件存在二次刚度;局部冷弯处理的钢板连接方式能够有效提高构件的延性。此外,给出了可供此类型柱进行轴压承载力的计算公式。     

格构柱式双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究新型格构柱式组合剪力墙的抗震性能,设计了4个格构柱式组合剪力墙试件,并对其进行拟静力试验,研究其在低周往复水平荷载作用下的破坏模式和滞回性能,分析轴压比对一字形和T形截面剪力墙抗震性能的影响。结果表明:剪跨比分别为2.4、2.7的一字形试件和T形截面试件的破坏模式均为压弯破坏,破坏时剪力墙底部钢板严重屈曲,混凝土压溃;随着轴压比的增大,一字形和T形截面试件钢板屈曲发展速度加快,屈曲范围增大,刚度与承载力退化加剧,耗能能力和延性降低;T形截面试件腹板侧墙体与翼缘侧墙体破坏呈不对称性,试件均在腹板侧墙体受压时发生破坏。建议设置矩形钢管或翼缘墙体作为格构柱式组合剪力墙的边缘约束构件并适当加密缀板布置。     

连接件对钢板混凝土组合墙轴压性能影响试验

为研究连接件形式不同对钢板混凝土组合墙受力和变形性能的影响,进行了4个双钢板混凝土组合墙试件(栓钉和对拉螺栓比例不同)的轴压试验和有限元数值模拟。结果表明：4个试件均为脆性破坏,除试件DSW-12外,破坏过程基本相同,均为外钢板屈服、面外局部屈曲、形成贯通屈曲,混凝土压碎,侧焊缝拉开,试件丧失承载力。钢板首次出现屈服或面外局部屈曲时对试件整体刚度影响不大。对拉螺栓的相对比例对双钢板混凝土组合墙的轴向受压刚度、承载力、钢板的局部屈曲荷载和破坏形态影响不大;但对面外局部变形有抑制作用。相同截面、距厚比试件,采用对拉螺栓的比例越高,破坏时钢板局部屈曲变形越小。     

L形钢板连接式方钢管混凝土组合异形柱双向压弯稳定性试验研究

对L形钢板连接式方钢管混凝土组合异形柱进行了双向压弯试验,分析了在双向压弯荷载作用下偏心距的变化对L形异形柱的竖向应变、侧向挠度、各单肢柱柱中截面的横向应变以及连接钢板的竖向应变等参数的影响。结果表明,在双向压弯荷载作用下,L形异形柱的极限承载力随着偏心距的增大而降低;连接钢板对各单肢柱的约束作用较强,保证了L形异形柱的整体性,各单肢柱可以协同变形。研究结果为后续L形钢板连接式方钢管混凝土组合异形柱其他受力性能的研究提供了参考。     

两种钢管混凝土T形柱的轴压性能

为了比较多室式钢管混凝土T形柱及普通钢管混凝土T形柱轴压性能的优劣,进行了3组共6个短柱试件的轴压对比试验。试验结果表明,两种钢管混凝土T形柱的破坏均属于局部鼓曲破坏,但多室式钢管混凝土T形柱的整体性能更为优良,承载能力和延性性能均高于同截面尺寸的普通钢管混凝土T形柱。按照矩形钢管混凝土承载力公式对试件的承载力进行了验算,发现计算结果偏于不安全,因此对钢管混凝土T形柱有必要建立考虑多因素影响的承载力计算方法。     

H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱偏压性能研究

为提升方钢管混凝土组合异形柱加工制作的便捷性与精度、减小焊接对板件变形的影响，提出了新型H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱(LCFST-H),并研究其偏压荷载下的力学性能。设计了两个试件进行偏压加载试验，建立计算模型开展有限元分析。在验证有限元模型准确性的基础上，分析了H型钢连接板尺寸、方钢管截面尺寸、柱高度等参数对组合异形柱偏压受力性能的影响。结果表明：构件破坏形式为整体弯曲失稳与局部屈曲破坏，达到极限承载力后，单肢柱之间仍能通过H型钢连接板很好地协同工作，具备一定承载能力，体现出较高的延性性能。方钢管截面尺寸和柱高度对其偏压性能影响较大。结合相关规范，给出了H型钢连接L形方钢管混凝土组合异形柱单向偏压承载力计算公式，公式计算结果与有限元结果吻合较好。     

国际期刊导读

1 轴向载荷和压弯作用下矩形钢管混凝土截面承载力 将直接强度法（DSM）用于钢管混凝土（CFT）截面的计算。基于已有的试验结果给出局部屈曲CFT截面的抗压和抗弯强度。欧洲规范EC 4不允许CFT截面使用薄壁型材,而AISC规范允许将钢管的宽厚比限值应用于薄壁型材。考虑薄壁钢管的局部屈曲和钢管约束效应将提高核心混凝土抗压强度,基于直接强度法给出CFT截面抗压和抗弯强度的计算公式。根据建议公式计算得到的承载力与试验结果以及AISC规范和EC 4的计算结果进行比较。同时给出轴向压弯作用下CFT构件强度相互作用的计算公式,并将计算结果与试验结果进行比较。结果表明,抗压、抗弯强度以及强度相互作用的计算公式,用于计算轴向荷载和压弯作用下CFT柱的承载力时,计算结果较为保守。     

T形方钢管混凝土组合异形柱偏压承载力研究

通过理论计算和有限元模拟对T形方钢管混凝土组合异形柱的偏心受压承载力计算方法进行研究。设计9根不同长细比偏心力作用的T形组合柱,借鉴《矩形钢管混凝土结构技术规程（CECS159：2004）》压弯构件的计算方法,对设计构件进行理论计算,并应用ANSYS有限元软件对设计构件进行偏压承载力计算。分析结果表明：T形组合柱在偏心受压破坏时,为整体弯曲破坏;理论计算与有限元分析计算结果吻合较好;验证了采用理论计算方法计算方钢管混凝土组合异形柱偏压承载力的可行性。     

Seismic behavior of L-shaped concrete-filled steel tubular columns with reinforcement stiffeners

制作了1根对拉钢筋加劲L形截面钢管混凝土柱试件和2根非加劲L形截面钢管混凝土柱试件,对其进行低周往复水平荷载作用下的滞回性能试验,考察对拉钢筋和轴压比对其抗震性能的影响规律。结合OpenSees有限元分析,研究其破坏模式和滞回性能,分析对拉钢筋的作用以及钢管对混凝土的约束作用。结果表明：对拉钢筋能有效限制钢板的局部屈曲以及阴角处钢管和混凝土的脱离,保证钢管和混凝土共同工作;轴压比从0.3增加到0.6时,非加劲L形截面钢管混凝土柱的耗能能力及延性均降低;相同轴压比下,相比非加劲L形截面钢管混凝土柱,对拉钢筋加劲L形截面钢管混凝土柱的破坏程度明显减轻,耗能能力及延性明显提高;有限元分析结果基本能反映试件在低周往复水平荷载作用下的抗震性能。