巨型钢管混凝土柱共同工作性能数值分析

为研究超高层建筑结构中大型转换梁(或转换桁架)与巨型钢管混凝土柱连接处超大截面矩形钢管混凝土柱中钢管与核心混凝土的共同工作性能,针对本文提出的节点内直接设置分配梁的构造,本文采用ABAQUS软件对三种不同构造措施的四个超大截面矩形钢管混凝土柱1:5缩尺模型的轴压试件进行了非线性有限元分析。结果表明,有限元分析得到的轴压荷载-位移曲线、混凝土工作承担系数曲线和破坏模态均与试验吻合良好,验证了有限元模型的有效性。在此基础上,通过有限元分析考察了分配梁刚度和管壁宽厚比对仅设置分配梁和分配梁加环板两种构造的超大截面矩形钢管混凝土柱钢-混凝土共同工作性能的影响。分析表明：管壁宽厚比对超大截面矩形钢管混凝土柱钢-混凝土共同工作性能影响较小;增大分配梁的刚度,可以较大地改善钢-混凝土的共同工作性能。     

方钢管混凝土柱与工字钢梁竖向加劲式节点拟静力试验研究

为了解方钢管混凝土柱-工字钢梁竖向加劲肋式节点的抗震性能,对两个方钢管混凝土柱-工字钢梁竖向加劲肋式节点试件进行了拟静力加载试验,研究了节点在反复循环荷载作用下的滞回性能、耗能能力、延性、应力分布和传力机制.试验结果表明,节点具有足够的承载力以及较好的延性和耗能能力,竖向加劲肋式节点的梁端弯矩大部分通过竖向加劲肋传递给柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分梁端弯矩由梁端翼缘直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土.节点破坏模式为靠近竖向加劲肋端部的梁翼缘出现严重的局部屈曲,梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰,而柱钢管、竖向加劲肋、梁端部均在弹性范围内工作,很好地实现了强柱弱梁、强节点弱构件的抗震原则.     

设置斜肋方形薄壁钢管混凝土轴压短柱研究

为改善薄壁钢管混凝土柱力学性能,提出设置斜肋方形薄壁钢管混凝土柱的结构形式.根据无肋、单向设置斜肋和双向设置斜肋3种截面形式、2种截面尺寸的18个薄壁钢管混凝土轴压短柱试验结果,比较和分析了各试件的试验现象、破坏模式及荷载位移曲线等.结果表明:薄壁钢管混凝土短柱以剪切破坏模式为主;肋与混凝土在试件破坏之前,均能保持良好粘结.设肋的短柱能达到较高的极限承载力,与无肋的试件相比,单向设置斜肋短柱的极限承载力提高了18%,双向设置斜肋的提高了29%.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吻合较好.通过数值计算,研究了截面尺寸相同的素混凝土短柱及无肋、单向、双向设置斜肋薄壁钢管混凝土轴压短柱的柱中截面混凝土纵向应力的分布规律,为进一步开展设肋短柱研究工作提供了依据.     

方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点非线性有限元分析

对方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型,模拟分析了单调加载下节点的受力性能,较为精确地分析了节点区应力分布.结果表明:由有限元模型所得的位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线相符,由有限元模型所得的应变分布和发展规律与试验结果一致;竖向加劲肋式节点的梁端弯矩一部分通过竖向加劲肋传递给柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分梁端弯矩由梁端翼缘直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土;节点的破坏模式为梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰,最终梁受压翼缘出现严重的局部屈曲,而柱钢管和竖向加劲肋均在弹性范围内工作,很好地实现了强柱弱粱、强节点弱构件的抗震原则;节点核心区混凝土性能符合斜压杆受力机制.     

GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱轴压试验

目的研究GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的破坏模式和轴压力学性能,以指导工程实际·方法对7根GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱进行轴压试验,研究混凝土强度等级、截面含钢率和截面组合形式对组合短柱的破坏模式和轴压力学性能的影响,得到其荷载位移曲线;采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线.结果短柱内部混凝土均呈45。斜剪切破坏,柱脚钢管发生鼓曲;相同含钢率下,内置工字钢短柱比内置钢管短柱破坏更严重,极限承载力更低;短柱的荷载-位移曲线都呈双线性上升,内置钢管使短柱极限承载能力提升1.44～1.96倍,增大钢管截面尺寸对短柱极限承载力的提升效果最明显.结论内置钢管能更有效提高短柱的极限承载力,采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线时,引入环向极限约束面积比系数ξ,使极限承载力预测误差在5%以内,可为GFRP管约束钢骨混凝土组合构件的非线性分析提供参考.     

钢管再生混凝土短柱轴压力学性能试验

对5个钢管再生混凝土轴压短柱和1个普通钢管混凝土轴压短柱进行试验研究,比较钢管再生混凝土与普通钢管混凝土的破坏模式、荷载-变形关系和承载力关系,分析再生骨料取代率、矿物掺合料和钢纤维对钢管再生混凝土性能的影响.结果表明,钢管再生混凝土轴压短柱与普通钢管混凝土轴压短柱的破坏模式和受力过程基本相同;随着再生骨料取代率的增大,核心混凝土强度降低,变形增大,需要更大的约束效应约束核心混凝土,可以掺入硅粉、粉煤灰等矿物掺合料以及钢纤维来提高钢管再生混凝土轴压短柱的性能.根据现有相关规程对钢管再生混凝土的极限承载力进行计算,得到各规程在计算钢管再生混凝土极限承载力时的适用性.     

带圆钢管劲性高强混凝土轴压短柱试验研究

介绍了包括带圆钢管的劲性高强混凝土轴压短柱、钢管高强混凝土短柱以及普通高强混凝土短柱在内共13个试件的轴心受压试验,主要研究了带圆钢管的劲性高强混凝土轴压短柱的破坏特征、延性和极限承载力.研究结果表明,核心圆钢管的存在,改善了高强混凝土短柱的轴压性能;短柱中的混凝土与钢管能够共同工作直到破坏,其极限强度可以用叠加原理计算.     

钢管混凝土核心柱轴压极限承载力

为了研究钢管混凝土核心柱的轴压性能及轴压极限承载能力,以钢管混凝土核心柱中钢管混凝土及矩形箍筋约束混凝土的应力应变关系为基础,结合已有的试验及理论研究成果,将钢管混凝土核心柱轴压破坏过程分为3个阶段,定义了钢管混凝土核心柱的轴压极限状态,并提出了钢管混凝土核心柱轴压极限承载力的计算公式。该计算公式明确反映了箍筋套箍指标对核心柱承载能力的影响。计算结果与试验吻合良好。     

方钢管再生混凝土短柱的轴压力学性能试验

为研究钢管宽厚比及再生骨料取代率对方钢管再生混凝土短柱力学性能的影响,设计9根方钢管再生混凝土短柱进行了轴压试验,观察了试件在轴压力作用下的破坏过程,分析了钢管宽厚比和再生骨料取代率对试件荷载—位移和荷载—应变曲线的影响。结果表明,宽厚比及再生骨料取代率对钢管再生混凝土短柱的最终破坏形态影响不大,与普通钢管混凝土短柱相似,各试件均呈剪切破坏,最终破坏时,其纵向变形均超过30 mm;随着再生骨料取代率增大,荷载—位移曲线下降段越陡,但随着钢管宽厚比的增大,再生骨料取代率超过30%后,试件极限承载力越接近,说明考虑再生骨料取代率的不利影响更合理。最后结合试验提出了钢管再生混凝土短柱承载力计算方法,将计算结果与相关规程进行了对比,供工程应用参考。     

钢管高钛矿渣砂超高强混凝土短柱轴压力学性能试验研究

为研究钢管高钛矿渣砂超高强混凝土短柱的轴压力学性能,完成了10根钢管高钛矿渣砂超高强混凝土短柱轴压试验,重点考察高钛矿渣砂取代率对其力学性能的影响。结果表明：高钛矿渣砂取代率对钢管混凝土试件的破坏形态、荷载-位移曲线、应力-应变曲线、应力-横向变形系数曲线规律无明显影响,试件均为剪切破坏模式;随着高钛矿渣砂取代率的增加,钢管混凝土试件的承载力与初始刚度随之增加,在取代率为60%时,均达到最大值;由于核心混凝土强度过高,试件含钢率偏小,钢管对核心混凝土约束效应有限,实测承载力小于规范计算承载力。     

芯钢管连接的钢管混凝土节点偏压承载力

为研究芯钢管连接的钢管混凝土梁柱节点偏心受压承栽力的计算方法，应用节点试验和有限元方法对节点承载力进行了分析，表明节点承载力主要由芯钢管混凝土和芯钢管外的环形钢筋混凝土共同承受。根据塑性理论的下限定理，推导出芯钢管混凝土和节点区环形钢筋混凝土的弯矩-轴力相关曲线，并对曲线进行了简化。采用叠加原理将芯钢管混凝土和节点区环形混凝土的承载力叠加得到节点偏心受压时极限承载力，给出节点偏于安全的偏压承栽力的计算公式，公式中给出考虑芯钢管混凝土受外围环形钢筋混凝土约束后的承载力提高系数k。以35层商住楼钢管混凝土结构实际工程为算例，介绍了节点偏心受压承载力公式的应用方法。     

钢骨钢管混凝土柱偏心受压力学性能试验

设计了不同偏心率、混凝土强度等级、套箍指标和配骨指标的6根钢骨钢管混凝土短柱试件,详细分析了试件在偏心受压下的破坏过程和破坏特征。试验表明：小偏心钢骨钢管混凝土柱的初始破坏是从近偏心受压侧的钢管受压屈服开始,最终破坏是由于混凝土膨胀引起了钢管局部的屈曲所致。钢骨钢管混凝土柱中的钢骨可以有效的阻止混凝土的剪切斜裂缝,从而提高了钢骨钢管混凝土的延性。在钢管纵向没有达到屈服前,钢骨钢管混凝土柱横截面应变分布呈线性分布,满足平截面假定。上下端铰接的小偏心钢骨钢管混凝土柱的侧向挠度曲线接近于正弦曲线,满足标准柱的假定。随混凝土强度的提高,配骨指标和套箍指标的增加,钢骨钢管混凝土柱的竖向承载力极值均有所提高;但随着偏心距的增加,试件的竖向承载力和延性会显著降低。     

钢管混凝土梁柱节点受剪承载力计算模型分析

为了研究钢管混凝土梁柱节点受剪承载力,对钢管混凝土梁柱节点的剪切破坏机理进行了深入的讨论,分别对核心区混凝土、钢管以及加强环对节点的抗剪贡献进行了分析,提出了考虑轴压力、柱端弯矩、梁端竖向剪力等因素的梁柱节点受剪承载力计算模型,通过实例验证了公式的合理性。     

圆钢管混凝土短柱轴压极限承载力分析

针对钢管混凝土短柱轴压状态,考虑屈服时钢管竖向应力对承载力的贡献,采用厚壁圆筒理论和双剪统一强度理论,对钢管进行极限承载力分析;对混凝土采用Drucker-Prager屈服理论进行钢管约束下的承载力的计算分析,两者叠加得到钢管混凝土的极限承载力计算公式,并与现有试验数据进行对比,结果吻合良好,为圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的计算提供了一种新的方法.     

Strength of Concrete Filled Steel Tubular Columns

Introduction The steel tube in a concrete filled tubular column (CFT) acts as both longitudinal and lateral reinforcement, and is thus subjected to biaxial stresses of longitudinal compression and hoop tension. At the same time, con- crete is stressed tri…     

界面滑移的钢管混凝土力学特性试验研究

界面光滑的钢管混凝土(CFT)与传统CFT加载方式的区别，是沿轴心受力界面滑移的CFT荷载直接加在核心混凝土上，钢管只对核心混凝土起到约束作用，而不承受任何纵向力．由于优化了加栽方式，使得界面滑移的CFT较传统结构的屈服延迟．分析及试验表明，在轴心受压时，CFT构件较传统构件有更显著的承载力，且界面滑移的CFT将会给约束混凝土带来新的理念和分析方法。     

多腔钢管再生混凝土叠合短柱轴压性能分析

为了研究多腔钢管再生混凝土叠合短柱轴压性能,设计了一种多腔钢管再生混凝土叠合短柱,应用ABAQUS对多腔钢管再生混凝土叠合短柱在轴向压力下的破坏模态、荷载位移曲线、受力过程、相互作用和轴压性能退化等性能进行了研究.结果表明:在轴压荷载下,多腔钢管再生混凝土叠合短柱弹性范围较长,极限承载力高,延性和刚度较好.受力过程中,多腔钢管再生混凝土叠合短柱的钢筋再生混凝土部分和钢管再生混凝土部分受力协同,钢管与核心再生混凝土之间的接触应力和钢管与外部钢筋再生混凝土之间的接触应力均集中在四个边角处和短边处,长边处的接触应力不明显.多腔钢管再生混凝土叠合短柱在轴压荷载作用下,能保持较好的延性、耗能能力和刚度.     

空心方钢管混凝土轴压力学性能的试验

通过对15个方钢管圆孔混凝土轴压短柱的试验研究,考察轴压短柱的承载力特性和破坏模式;基于外侧方钢管的横向变形的发展规律,探讨外围钢管对核心混凝土的套箍作用.试验表明,方钢管圆孔混凝土短柱的核心混凝土达到一定厚度时,圆孔混凝土在径向能形成较好的拱效应,可以有效地防止外壁钢管局部失稳破坏,使构件横向变形得到充分发展,提高轴向承载力.     

预制钢管超高强石渣混凝土叠合柱的轴压特性研究

分析了预制钢管超高强石渣混凝土叠合柱与钢筋混凝土构件、钢管混凝土构件及非预制钢管混凝土叠合柱相比较的优点.基于实验现象观察的基础上提出计算假设,并以预制钢管超高强石渣混凝土叠合短柱的极限承载力的研究成果为基础,给出了预制钢管超高强石渣混凝土叠合中长柱的承载力计算公式,弥补了《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》(CECS188:2005)中未考虑长细比对核心钢管混凝土承载力影响的不足.