钢管轻集料混凝土柱水平往复荷载下滞回性能试验

目的研究钢管轻集料混凝土柱在水平往复荷载下的破坏形态和滞回性能.方法对8个钢管轻集料混凝土柱进行拟静力试验,研究轴向压力下,不同轴压比、不同外径的钢管轻集料混凝土柱在水平往复荷载下的破坏形态和受力性能,得到其滞回曲线、钢管应变曲线.根据试验结果对比分析钢管轻集料混凝土柱的骨架曲线、延性和受力过程中钢管对核心轻集料混凝土的紧箍力.结果钢管轻集料混凝土柱的破坏主要表现为钢管底部位置的鼓曲破坏;滞回曲线饱满,骨架曲线完整,延性系数均在4.0以上.结论钢管轻集料混凝土抗震性能较好;混凝土的承载力和延性的增大主要来自钢管的约束作用,钢管对轻集料混凝土的紧箍力随着水平位移的增加而增大,直至钢管鼓曲破坏不在提供紧箍力.     

钢管约束下轻集料混凝土本构模型

通过对比分析5种常用核心混凝土本构模型的特征和适用性,探讨了钢管混凝土本构模型在钢管高强、普通和轻集料混凝土中的适用性.采用不同本构模型计算钢管混凝土构件的轴压,得到构件承载力和应力-应变曲线,通过与试验数据的对比,对现有模型进行了修正,并提出针对钢管轻集料混凝土的本构模型.结果表明:采用塑性损伤模型计算的曲线更符合试验曲线的发展趋势,本文模型在钢管轻集料混凝土有限元分析中有较好的适用性.     

钢梁-钢管混凝土柱框架结构骨架曲线研究

以钢管混凝土统一理论为基础,钢管混凝土柱构件采用3线型弯矩-转角滞回模型;钢梁采用双线型弯矩-转角滞回模型.使用非线性分析程序IDARC分析钢梁-钢管混凝土柱框架结构的恢复力特性曲线,程序结果和试验结果吻合良好.并进一步研究了轴压比、含钢率、混凝土强度和钢材强度等对骨架曲线的影响.     

钢管轻集料混凝土长柱轴压性能试验研究

对18根不同长细比和含钢率的钢管轻集料混凝土长柱进行轴压试验,研究了钢管轻集料混凝土长柱在轴心压力下的受力性能,并与钢管普通混凝土进行了对比.结果表明:钢管轻集料混凝土长柱破坏属于整体失稳破坏,长细比越大,其承载力和稳定系数越低,加载过程中由全截面受压转为一侧受拉一侧受压,最终因为挠度过大而破坏;相同长细比情况下,钢管轻集料混凝土构件的承载力随含钢率增大而增大;核心混凝土性能对钢管混凝土的界限长细比有一定影响,钢管轻集料混凝土的界限长细比低于钢管普通混凝土;钢管轻集料混凝土的稳定系数要高于长细比相同的钢管普通混凝土.     

高强冷弯矩形钢管混凝土柱抗震性能试验

采用正交组合的方法制作了9根高强冷弯矩形钢管混凝土柱模拟在地震作用下构件的破坏模式、变形承载能力、延性与耗能性能以及刚度强度退化。实验设计变化参数有:截面长宽比、钢管宽厚比、轴压比。分析了高强冷弯钢管混凝土柱在拟静力荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线。研究各基本参数对钢管混凝土柱抗震性能的影响。结果表明:在拟静力荷载作用下,构件的滞回曲线大部分比较饱满,呈现出梭形,显示出构件具有优良的抗震性能。长宽比在一定范围内,轴压比越大,构件承载力越好,延性越差,宽厚比的影响相对较小;对于宽厚比相同的构件,长宽比越大,承载力越大,轴压比的影响相对较小;对于轴压比相同的构件,在一定范围内,长宽比越小,承载力越大,宽厚比越小;长宽比和宽厚比对试件的屈服位移影响显著;长宽比、宽厚比和轴压比对位移延性系数没有显著影响,但各因素对位移延性系数的影响主次关系为钢管宽厚比截面长宽比轴压比。     

低周反复荷载下核心高强混凝土柱抗震性能试验研究

完成了9根以轴压比、核心高强混凝土面积为参数的核心高强混凝土柱水平低周反复荷载试验,描述了试验柱的破坏过程,测得了荷载-位移滞回曲线,分析了试验柱的耗能性能、抗力衰减、骨架曲线及延性性能.试验结果表明:对于剪跨比为3,轴压比n_o=0.33～0.42的核心高强混凝土柱,在水平低周反复荷载作用下发生压弯破坏,滞回曲线饱满,无明显的捏缩现象,位移延性系数均大于3,延性较好.     

圆钢管再生混凝土柱抗震性能试验与有限元分析

为研究圆钢管再生混凝土柱的抗震性能,以再生粗骨料取代率、长细比、轴压比和含钢率为变化参数,开展了10个圆钢管再生混凝土柱试件的拟静力试验.观察试件的破坏形态,获取滞回曲线和骨架曲线等抗震性能指标.在试验研究的基础上,结合课题组给出的不同取代率下核心再生混凝土的受压本构关系,采用有限元软件ABAQUS对试件的抗震性能进行分析.研究结果表明:试件的破坏形态与普通圆钢管混凝土柱相似,圆钢管底部鼓曲破坏,再生混凝土底部被压碎;试验实测的滞回曲线饱满,骨架曲线完整,计算得到的滞回曲线和骨架曲线与其吻合较好,采用本文所建立的ABAQUS有限元模型对圆RACFST柱进行抗震性能分析是可行的.     

锈蚀圆钢管混凝土柱伪静力性能研究

目的研究酸雨对钢管混凝土构件的抗震性能影响.方法笔者设计了12根圆钢管混凝土柱进行低周反复加载试验.分析轴压比和锈蚀程度对试件滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线的影响规律.结果随着锈蚀程度的加深,滞回曲线不断捏拢,试件的侧向承载力、刚度、延性都不同程度的减小;同一锈蚀程度,随着轴压比的增大,试件承载力和延性都会增大.所有试件的延性系数和阻尼黏滞系数随锈蚀程度的增大明显减小,随轴压比的增大上下波动,增大趋势并不明显.结论利用ABAQUS对钢管混凝土的抗震性能进行数值模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,证实了有限元模型的有效性和可行性.锈蚀程度对抗震性能的影响比轴压比的影响要显著.     

基于ABAQUS的钢管混凝土T型柱节点抗震性能分析

利用有限元软件ABAQUS,建立了T型截面钢管混凝土异形柱节点的数值模型,分析了不同轴压比以及两种不同加载条件下,模型构件的抗震性能。计算结果表明:钢管混凝土T形柱节点具有较好的抗震性能。其水平承载力屈服点较高,节点附近出现塑性铰以后还能有较明显的变形,延性增强,滞回曲线饱满,耗能性能好。在极限破坏状态时,柱外围混凝土会发生较大范围的开裂与破碎。T型钢管混凝土柱仍有可能承受更高的轴压比,钢管仍存在进一步变形耗能的能力。     

考虑楼板组合作用的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

为研究在楼板组合作用下钢管混凝土节点的抗震性能,本文按照1:2比例制作了两个不同梁柱线刚度比的带楼板钢管混凝土柱钢梁节点试件。试验利用MTS液压加载系统对节点梁端施加循环往复荷载进行拟静力试验,并利用ABAQUS软件建立有限元模型进行数值模拟分析。通过试验与有限元模拟,得到了节点的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、强度退化和刚度退化等性能参数。结果表明：两个节点试件在楼板组合作用下,滞回曲线饱满,节点表现出良好的抗震性能;在轴压比不变的情况下,随着梁柱线刚度比的增加,节点的延性、强度和刚度均有所提高;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的准确性,为参数分析提供了依据。     

方钢管约束钢筋混凝土柱拟静力有限元分析

采用ABAQUS软件建立5根方钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱的三维实体精细有限元模型并进行拟静力分析,模型考虑了混凝土的塑性损伤性质和钢材的弹塑性混合强化性质以及钢管、钢筋对核心混凝土的约束作用.在破坏形态、荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线和刚度退化-位移曲线的有限元结果与已有拟静力试验结果吻合较好的基础上,进一步分析了各部件的应力-应变和塑性耗能特征.结果表明:①高轴压比0.8作用下,钢管的约束作用可显著减小核心混凝土、纵筋和箍筋的应变峰值,提高柱的总塑性耗能值而降低核心混凝土的塑性耗能占比,延缓核心混凝土压碎破坏,提高承载力和延性;②当轴压比由0.34增大为0.65、0.8,各部件的压应变峰值以及总塑性耗能值都增大,核心混凝土的耗能占比增大而更易压碎;③当混凝土强度等级降低,钢管作为延性材料承担了更大比例的塑性耗能,提高了柱的延性.     

带肋薄壁方钢管混凝土柱的滞回性能

对9根带肋薄壁方钢管混凝土柱的滞回性能进行了试验研究,其主要参数为轴压比和加劲肋的布置.通过试验,研究了试件的破坏形态、滞回特性和耗能能力等重要抗震性能指标.结果表明:轴压比对试件的滞回性能影响很大,当轴压比小于0.5时,四边设肋试件的滞回曲线较饱满,具有较好的延性和耗能能力,而对边设肋试件的滞回曲线出现了轻微的捏缩现象;当轴压比大于0.5时,试件的延性较差.在相同轴压比下2种设肋形式试件的极限承载力较接近,但是四边设肋试件的延性好于对边设肋的试件,滞回曲线更丰满.采用大型有限元程序ABAQUS6.4对每个试件的试验全过程进行了模拟计算,计算结果与试验结果符合较好,为进一步开展带肋薄壁钢管混凝土柱的研究提供了基础.     

钢管再生混凝土柱在低周反复荷载作用下的对比试验研究

通过对一根钢管普通混凝土试件和一根钢管再生混凝土试件进行低周反复荷载试验,从破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线分析试件的承载力、延性以及耗能能力。结果表明,钢管再生混凝土试件与钢管普通混凝土试件的破坏模式和受力性能基本相似,在相同的轴压比下,钢管再生混凝土试件与钢管普通混凝土试件一样,均具有良好的承载能力、延性性能以及耗能能力。     

CFRP-方钢管混凝土压弯构件的滞回性能

以CFRP加固方式和轴压比为主要参数,进行了9个CFRP-方钢管混凝土压弯构件的滞回试验,建议了适合有限元软件ABAQUS中使用的CFRP材料模型及CFRP断裂的模拟方法,并建立了双向CFRP-方钢管混凝土压弯构件的有限元模型。研究结果表明:该类构件的滞回曲线饱满;轴压比越大,构件的延性越差,抗剪承载力越低;纵向布可有效提高构件的抗剪承载力,但随着轴压比的增大,纵向CFRP的加固效果下降;环向布可显著提高构件的耗能能力,同时环向布还可保证纵向布与钢管之间良好的粘接性能。为该类新型组合构件的工程应用建议了简化的横向荷载-位移滞回模型。     

受荷方式对钢管轻集料混凝土短柱轴压性能的影响

采用3种加载方式对27根钢管轻集料混凝土短柱进行轴压试验,分析了加载方式对构件轴心受压破坏形态和力学性能的影响,主要试验参数为不同轻集料混凝土强度等级和钢管截面尺寸.3种受荷方式分别为:荷载作用在核心混凝土上;荷载作用在整个截面上;采用滚轴加载板将荷载作用在整个截面上.研究结果表明,加载方式对钢管轻集料混凝土短柱的轴压变形性能有较大影响,而对其极限承载力影响不大.无论何种加载方式,钢管轻集料混凝土短柱的纵向压缩变形能力都很强,纵向应变可达0.1,因而具有十分良好的延性,并具有较大的后期承载能力.     

超限径厚比下高强薄壁钢管混凝土柱抗震性能研究

为了深入研究低周往复荷载下高强薄壁钢管混凝土柱抗震性能,对8根超限径厚比的Q690高强薄壁钢管混凝土柱开展拟静力加载试验,分析了该类柱破坏模式、滞回与骨架曲线、延性系数、滞回耗能、刚度退化与荷载衰减,揭示了轴压比、径厚比和混凝土强度对关键性能指标的影响程度,对横向受剪承载力进行分析,提出了基于桁架机制的抗剪承载力计算公式。结果表明:超限径厚比下高强薄壁钢管混凝土柱可分为耗能能力强的弯曲主导和耗能能力弱的剪切主导的两类破坏模式;该类柱延性系数介于1.99～2.89之间,侧移率为1%～6%,加载时,荷载比维持在0.9以上,表现出良好的滞回性能与塑性变形能力;超限径厚比下高强薄壁钢管搭配高强混凝土时需适当提高轴压比增加试件延性、侧向刚度和耗能能力;基于桁架机制的抗剪承载力公式计算结果与试验值吻合良好。该方法可用于强度破坏控制下高强薄壁钢管混凝土柱横向受剪承载力的分析与评估。     

方钢管约束粉煤灰混凝土轴压短柱受力性能研究

为研究方钢管约束轻骨料混凝土轴压短柱的受力性能,以钢管宽厚比、混凝土强度、配筋率为主要参数,设计了12根方钢管约束粉煤灰陶粒轻骨料混凝土短柱,对其进行了静力加载试验,主要分析了该种构件的受力性能、破坏形态,以及相关参数对其受力性能的影响规律.试验结果表明,在载荷作用下,方钢管对轻骨料混凝土的约束作用明显,有效地提高了轻骨料混凝土的抗压强度,改善了其变形性能.构件达到极限载荷后,仍有较好的承载能力和变形能力,破坏属于潜力耗尽的材料破坏.钢管宽厚比是影响柱受力性能的主要参数.随着钢管宽厚比的增加,构件的受力性能有逐步减退的趋势.混凝土强度和配筋率影响较小.     

偏心率对钢管轻集料混凝土受压性能的影响

为了研究钢管轻集料混凝土构件偏心受压状态下的受力性能特征,对长细比为12,28,56等共54根不同偏心率的钢管轻集料混凝土偏心受压柱的试验结果进行了分析.通过构件的荷载、挠度、应力和应变等特征曲线,研究了构件破坏的过程特征,分析了偏心率对受压性能的影响机理.试验结果表明:偏心率越大,钢管轻集料混凝土构件的纵向应变发展越快;在破坏时,截面受压区高度随着偏心率的增大而减小,中和轴逐渐向偏心一侧移动;钢管轻集料混凝土的承载力随着偏心率的增大而减小,延性随着偏心率的增大而增大;偏心与稳定对钢管轻集料混凝土的承载力影响相互独立,其承载力折减系数可以由偏心折减系数乘以稳定系数得到.基于以上分析,给出了钢管轻集料混凝土的偏心折减系数计算公式,计算结果与试验结果吻合良好.     

钢骨-钢管混凝土柱抗震性能的影响因素

目的研究钢骨-钢管混凝土柱的抗震性能,探索其影响因素.方法以轴压比、含骨率为主要参数,通过5根钢骨-钢管混凝土柱的拟静力法试验研究,对此类构件的抗震性能进行评价.试验过程中,在柱顶施加恒定的竖向荷载,水平推拉往复荷载由固定在反力墙上的水平千斤顶施加.根据试验过程中采集到的荷载和位移等数据,通过整理作出试件的滞回曲线和骨架曲线.结果试验结果的分析表明,随含骨率的增大,钢骨-钢管混凝土柱的强度和刚度衰减减缓,耗能能力增加;随轴压比的增大,试件极限承载力下降,耗能能力降低.结论含骨率和轴压比是影响钢骨-钢管混凝土柱抗震性能的敏感性因素.     

玻璃细集料混凝土柱的抗震性能有限元分析

为了研究骨料替代率、长细比、轴压比和偏心距等变化参数对玻璃集料混凝土柱的抗震性能影响,采用ABAQUS有限元分析软件创建21组玻璃集料混凝土柱模型,进行拟静力试验数值模拟;分析了各构件的滞回性能、水平承载力、延性、耗能及刚度退化情况。结果表明:各试件的滞回曲线均呈梭形且较为饱满;100%骨料替代下玻璃混凝土柱的抗震性能良好,与自然集料混凝土柱相近,且优于50%骨料替代下的玻璃混凝土柱;随轴压比的增加,构件承载力无明显变化,但能量耗散有小幅下降;随长细比增大,试件承载力及抗震性能明显降低;随偏心距增大,滞回曲线呈整体下移趋势,对能量耗散无明显影响。综上所述,细骨料替代率为100%时,废弃玻璃混凝土柱抗震性能良好,满足实际工程中抗震性能的要求。