#br# 偏压荷载下钢管混凝土柱的抗扭性能试验研究

自重和水平地震作用将对曲线梁桥中墩梁固结的墩柱和拱桥钢管混凝土结构的主拱产生偏压和扭转复合效应。为研究钢管混凝土柱在偏压荷载作用下的抗扭性能,完成了8个不同截面形状钢管混凝土柱试件单调纯扭加载、往复纯扭加载和偏压-往复扭转加载拟静力试验。试验结果表明：钢管混凝土柱在往复扭转作用下的滞回曲线较为饱满,没有“捏拢”现象产生,试件的强度和刚度的损伤退化程度较低,具有较好的耗能能力。矮柱试件破坏现象较高柱试件更为明显,矮柱试件的屈服转角小于高柱,屈服扭矩与高柱相差不大,极限承载力大于高柱,极限转角小于高柱,耗能能力比高柱更好。偏压-往复扭转荷载作用下的方形截面试件刚度退化较为明显,偏压作用导致方钢管混凝土柱试件耗能能力降低。极限状态下,偏压作用改变了钢管的褶皱角度。     

Experimental study on seismic behavior of concrete filled steel tube columns under pure torsion and compression–torsion cyclic load

Based on the quasi-static test on eight CFST columns subjected to pure torsion and compression–torsion cyclic load, the torsion behavior of CFST columns with various section types, steel ratios and axial load levels was studied. The test results showed that the hysteretic curves of CFST columns under pure torsion and low compression–torsion cyclic load are very plump, which indicate that CFST columns have good seismic capacity. The unloading stiffness of CFST columns was equal to the initial elastic stiffness. The torsion capacity of CFST columns could be improved by the low compressive load, and the ductility was also good. But the torsion capacity of CFST columns would be reduced by the high compressive load. When CFST columns subjected to pure torsion, spiral diagonal compressive struts will be created in the in-filled concrete, and the axial components of the diagonal compressive force of the in-filled concrete was equal to the axial tensile force of the steel tube in order to satisfy the axial load equilibrium condition on the section, so the axial strain will be produced in the steel tube. The shear strain has good linear relationship with the rotation angle of the section when CFST columns subjected to pure torsion and compression–torsion combined action. Based on the test results and literatures available, the torsion mechanism of CFST columns was preliminarily analyzed.     

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。     

钢管再生混凝土轴压长柱试验研究及力学性能分析

设计5个圆钢管再生混凝土长柱和5个方钢管再生混凝土长柱,对其进行轴压静力单调加载试验,考虑截面形式、再生粗骨料取代率、长细比3个变化参数,观察试件受力的全过程和破坏形态,得到试件屈服应变、峰值变形、承载力等重要特征点数据,绘制出荷载-变形、荷载-应变、轴压刚度-变形等关系曲线,并分析变化参数对试件承载力的影响规律,采用相关规程计算2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力以及在正常使用极限状态下的刚度。试验研究和计算结果表明：钢管再生混凝土轴压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要有材料强度破坏和弹塑性失稳破坏;再生粗骨料取代率对钢管再生混凝土轴压长柱的承载力影响不大;长细比对圆钢管再生混凝土试件承载力影响较大,随长细比的增加,试件的承载力逐渐降低,而对方钢管再生混凝土试件承载力影响较小。基于计算结果,给出了2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力及轴压刚度的设计建议。研究结果可为钢管再生混凝土结构的进一步研究和推广应用提供参考。     

圆钢管及钢管混凝土柱的抗火设计

分别对圆钢管、钢管混凝土、中空夹层钢管混凝土柱进行了抗火设计,并对结果进行比较分析。结果表明,在较高荷载比下柱的耐火极限不能满足实际要求,必须进行防火保护。在相同条件下,耐火极限从大到小排序为:圆钢管混凝土、中空夹层钢管混凝土、钢管柱。在一级耐火等级下,钢管混凝土柱和中空夹层钢管混凝土柱需要厚涂型钢结构防火涂料的厚度可比钢管柱分别少55%和18%以上。随着荷载比的减小或截面尺寸的增加,柱的耐火极限提高,需要的保护层厚度减小。对于钢管混凝土柱,若采用水泥砂浆保护层,其厚度是防火涂料的3倍及以上。     

弯-剪-扭耦合荷载作用下钢管混凝土短柱受力性能研究

为研究钢管混凝土短柱在剪切和扭转复合作用下的受力性能,开展了10个钢管混凝土短柱试件在纯扭、弯-剪和弯-剪-扭荷载作用下的拟静力往复加载及单调加载试验,得到了钢管混凝土短柱的荷载-变形曲线和钢管应变分布规律。试验结果表明：钢管混凝土短柱具有良好的承载能力和塑性性能;在纯扭作用下,圆形钢管混凝土短柱在往复扭转荷载作用下钢管发生低周疲劳破坏;方形钢管混凝土短柱在单调及往复扭转荷载作用下钢管面外发生斜向局部屈曲;纯扭往复荷载作用下的钢管混凝土柱的荷载-变形骨架曲线与单调加载下基本一致;在弯-剪及弯-剪-扭复合荷载作用下,在进入塑性工作阶段前截面的轴向变形基本满足“平截面假定”;在弯-剪-扭耦合荷载作用下,短柱的破坏模式取决于弯扭比,在弯扭比较大（为1.90）时,其类似于弯剪破坏,在弯扭比较小（为0.96）时,其类似于扭转破坏。在有限元模拟及大量参数分析的基础上,得到了钢管混凝土短柱的弯-剪-扭承载力相关方程,承载力计算结果与有限元分析结果吻合较好。     

方套方中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓连接节点#br# 拟动力试验分析

为揭示中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓连接在地震作用下的动力特性和破坏模式,文章选取典型的中柱节点作为试验模型,进行方套方中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓端板连接节点拟动力试验。研究柱截面空心率、端板形式以及采用可拆卸组合楼板对节点动力性能的影响。获得节点在各工况下的动力特性和破坏模式,分析构件最大位移时程曲线、最大加速度时程曲线、柱顶水平荷载-水平位移滞回曲线,获得阻尼比、刚度退化和累积滞回耗能等抗震性能指标的变化规律。试验结果表明,方套方中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓端板连接节点具有优越的抗震性能和良好的延性,可以在高烈度地区的多高层装配式钢结构建筑中应用和推广。     

初始荷载下中空钢管混凝土柱轴向强度

与传统的钢管混凝土柱相比,中空钢管混凝土(CFDST)柱具有很多优点,诸如自重轻和良好的循环性能。CFDST柱可能被用于桥梁,高层建筑,高架桥和输电塔结构中。内外钢管将承担来自上部结构和浇筑的湿混凝土的初始荷载。由这些初始荷载造成的钢管初应力和变形会影响CFDST构件的性能。因此,对外钢管单独承担初始荷载和内外钢管同时承担初始荷载时,CFDST柱的轴力性能进行讨论。建立通用的有限元模型预测钢管负荷时CFDST柱的性能。通过承担初始荷载和不承担初始荷载的CFDST柱的试验结果对该有限元模型进行验证。讨论初始荷载水平、长细比、空心率和材料强度对轴向强度的影响。最后,给出初始荷载下的CFDST柱的极限强度计算公式。     

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。     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压承载性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土偏心受压长柱的受力性能,设计了15个试件进行静载试验,考虑了再生粗骨料取代率、长细比和偏心距3个变化参数。通过试验得到了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、截面应变分布情况以及试件的承载力等重要数据,对再生粗骨料取代率、长细比、偏心距等变化参数对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载性能的影响进行分析,利用国内外相关规程的计算方法对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载力进行计算,并与试验实测结果对比分析。研究结果表明：方钢管再生混凝土偏心受压长柱的承载力、破坏形态、变形特性、截面应变分布与普通方钢管混凝土偏心受压长柱相似,方钢管再生混凝土偏压长柱同样具有良好的承载力和变形能力,试件的承载力随着长细比和偏心距的增大而减小,而再生粗骨料取代率对其影响不大,根据规程DBJ 13-51-2003得到的方钢管再生混凝土长柱承载力的计算结果与试验结果吻合较好。研究结果可为方钢管再生混凝土的进一步研究和推广应用提供参考。     

复式钢管混凝土偏压柱试验

通过对9个不同尺寸和壁厚的内圆外方的复式钢管混凝土柱试件(其中内(圆)增强方钢管混凝土试件6个,方中空夹层钢管混凝土试件3个),进行偏压试验得到极限承载力和荷载-变形曲线。试验表明,对内(圆)增强方钢管混凝土,内置圆钢管的存在能够对偏压方钢管内核心混凝土起增强作用,且这种增强作用随着圆管管径的增大愈加明显;对于方中空夹层复式钢管混凝土偏压短柱,随着圆钢管管径的增加,其承载力降低的程度愈大。     

钢管再生混凝土柱承载力及抗火性能研究

通过试验和理论对空、实心钢管再生混凝土柱的极限承载力做了研究,研究表明,实心钢管再生混凝土短柱可以采用实心钢管普通混凝土短柱的极限承载力计算公式。空心钢管再生混凝土长柱的承载力与再生混凝土弹性模量有关。火灾试验表明,钢管再生混凝土长柱的耐火性能要优于钢管普通混凝土,根据试验提出了钢管再生混凝土柱耐火时间的计算公式。     

内钢板中空方形钢管混凝土叠合柱轴压力学性能研究

为研究中内钢板中空方形钢管混凝土（CFST）叠合柱的轴压力学性能,以内钢板与钢管的强度和壁厚为参数对8个叠合短柱进行轴压试验,以截面尺寸、钢管内外混凝土强度、钢材强度、纵筋与钢管用钢量分配为参数对81个叠合短柱进行有限元分析,对典型构件受力全过程、各部分接触作用以及承载力进行研究。在美国结构设计规范ANSI/AISC 360-16、欧洲钢结构设计规范BS EN 1994-1-1、GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》和T/CECS 663—2020《钢管混凝土加劲混合结构技术规程》的组合柱承载力计算公式中增加内钢板承载力项,得到内钢板中空方形CFST叠合构件的轴压承载力计算式。结果表明：轴压荷载作用下,内钢板中空方形CFST叠合柱钢管外混凝土、内钢板、钢管、纵筋以及核心混凝土能协同工作;内钢板强度与壁厚对构件承载力、延性和刚度影响均较小;截面尺寸和混凝土强度对构件承载力贡献最大,但构件延性随着混凝土强度的增大而降低。在T/CECS 663—2020和ANSI/AISC 360-16的组合柱承载力计算公式中增加内钢板贡献项计算得到的承载力值与试验和有限元结果最为接近。     

轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力理论分析及试验研究

研究了由同心设置的内、外圆钢管构成的轴心受压双钢管混凝土短柱正截面受压承载力,分析了单钢管混凝土柱与双钢管混凝土柱的受力机理,并根据纤维模型法原理,采用适用于钢管混凝土受力特性的钢材与混凝土材料本构关系,给出了轴心受压双钢管混凝土短柱的荷载-位移全过程数值分析和正截面承载力计算公式。进行了5个双钢管混凝土短柱的轴心受压试验,验证理论分析的正确性。理论分析与试验研究表明:轴心受压双钢管混凝土短柱与单钢管混凝土柱的受力全过程都可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段。双钢管混凝土短柱的破坏形态为腰鼓形,其外层混凝土的工作性能与单钢管中的混凝土大致相同,但内钢管中的内层混凝土受到的约束效应较大,且不是内、外钢管对它的约束效应的叠加,因此对内层混凝土约束效应的确定是计算承载力的关键。通过与相同含钢率的轴心受压单钢管混凝土短柱受力过程的对比得出:双钢管混凝土柱的承载力明显高于单钢管混凝土柱,且具有非常好的延性和整体     

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。     

平面K形圆主管方支管节点承载力试验研究与有限元分析

对平面K形圆主管方支管节点的承载力进行试验研究,进行了5个空钢管节点和1个主管内灌混凝土节点的静力单调加载试验。介绍了节点试验方案,考察了节点的受力性能、破坏模式和承载力,给出了试件支管的变形曲线以及折算应变曲线,并对支管壁厚、主管内浇灌混凝土对节点承载力、刚度和延性的影响进行了分析。试验结果表明：现行国内外规范中圆钢管和方钢管节点承载力计算值明显低于试验值,已有的计算公式都不能准确计算圆主管方支管节点的承载力;增加支管壁厚改变了节点的破坏模式并明显提高了节点承载力和延性;主管内灌混凝土虽提高了承载力和初始刚度但延性并没有得到显著提高;圆主管方支管节点区域的变形主要源于受拉支管的局部变形。在节点破坏模式、变形曲线、承载力和塑性发展等方面将有限元计算值与试验结果进行比较,结果吻合良好,可以作为进一步分析的基础。     

复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能研究

通过复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能的试验研究,分析了内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土对薄壁方钢管混凝土构件纯弯段受弯性能的影响。试验表明：内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土可有效提高构件的受弯承载力,内置钢管高强混凝土的提高效果更显著;薄壁方钢管混凝土的受弯承载力和抗弯刚度明显较对比空钢管的高;试验过程中未出现钢管角部破坏的情况。对复式薄壁方钢管混凝土纯弯构件受力性能进行有限元分析,分析结果和试验结果吻合较好,外管的约束作用有效提高了夹层混凝土转角处混凝土的抗压强度。有限元参数分析结果表明,构件的受弯承载力和抗弯刚度随着夹层混凝土强度和径宽比的增大而增大,但随着径厚比的增大而减小;同时构件的受弯承载力随着钢管强度的增大而增大。建议了复式实心薄壁方钢管混凝土构件和复式空心薄壁方钢管混凝土构件受弯承载力的简化计算模型,其计算结果精度较高。     

钢管超高强混凝土长柱及偏压柱的性能与极限承载能力的研究

本文报导了钢管超高强混凝土长柱和偏压柱的试验研究工作。长柱试验研究结果表明,钢管超高强混凝土长柱的承载能力和极限纵向变形率随长细比Ｌｅ／ Ｄ的增大而下降,在所研究的 Ｌｅ／ Ｄ范围内,所有的钢管超高强混凝土长柱都有一定的延性,但延性随Ｌｅ／Ｄ的增大而降低。普通钢管混凝土长柱的承载能力考虑长细比影响的折减系数计算公式也适用于钢管超高强混凝土长柱。偏压柱试验研究结果表明,在偏心率为０．２２～０．６５范围内,加载后所有偏压柱试件横向无明显的外形变化。在相同的长细比下,随着偏心率的增加,试件的承载能力降低,极限纵向变形率降低,但总体来说,偏压短柱的纵向变形率比轴压短柱的极限应变要大一些。在相同的偏心率下,长细比越大,试件的承载能力和纵向变形率也越低。钢管超高强混凝土耐偏压能力等于或优于普通钢管混凝土偏压柱。经过适当修正的普通钢管混凝土偏心率折减系数可以用于钢管超高强混凝土偏压柱承载能力计算。     

空心普通和再生钢管混凝土柱抗震性能研究Ⅰ:试验与有限元研究

目前,空心钢管混凝土结构被大量应用和推广,但对其抗震性能的研究却比较少,制约了其在实际工程中的进一步应用。对空心普通和再生钢管混凝土柱的抗震性能进行了试验与有限元研究,首先介绍了3根空心圆钢管混凝土柱在定轴力和水平反复荷载作用下的滞回性能试验,分析了不同混凝土和空心率对试件耗能能力及位移延性等抗震性能的影响,研究表明再生混凝土构件的抗震性能要差于相应普通混凝土,而空心率越大,构件的延性和耗能能力越小。其次,采用有限元软件ABAQUS对空心钢管混凝土压弯构件的荷载-位移骨架曲线进行了大量数值计算,分析了各参数对构件骨架曲线及延性的影响。     

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。