传统风格建筑钢-混凝土组合梁-柱节点动力循环荷载试验研究

通过采用快速动力加载方式,对2个传统风格建筑钢-混凝土组合梁-柱节点进行试验研究,获得了该类型节点的恢复力特征曲线、骨架曲线等抗震性能指标及加载全过程破坏特征。研究结果表明:采用钢-混凝土组合结构的传统风格建筑具有优良的抗震性能;相对比单梁-柱节点,双梁-柱节点的承载力刚度较高,滞回曲线更饱满,但其延性性能略低于单梁-柱节点;位于外围檐柱的双梁-柱构造形式具有与圈梁相类似的可加强结构整体性能的作用。研究结果可为传统风格建筑在实际工程中的应用提供有益的参考。     

基于OpenSees的钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能有限元分析

为研究钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能,基于已有试验研究成果,利用OpenSees有限元软件,对钢管混凝土柱-钢梁错层节点进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,两者较吻合。通过数值模拟,分析了轴压比、混凝土强度等级和钢材强度等参数对钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能的影响。结果表明:在轴压比为0.3～0.7范围内,随轴压比增大,结构承载力降低明显;随混凝土强度等级提高,试件极限承载力特征值增大较为明显,最大增幅达9.39%;通过对比发现,合理提高钢材强度可以有效增加结构承载力和延性,当模拟计算Q345钢材时,试件极限承载力增加了26.08%,破坏点位移值增加了8.41%。     

传统风格建筑钢-混凝土双枋-柱节点力学性能分析

目的 研究传统风格建筑双枋-柱节点的破坏特征及力学特性。方法 设计了3个典型传统风格建筑双枋-柱节点试件及1个单枋-柱节点试件,对其施加正弦波动力循环荷载,对其滞回曲线、骨架曲线、承载力及延性等进行分析。结果 将传统风格建筑与黏滞阻尼器相结合,可显著提升传统风格建筑双枋-柱节点试件的抗倒塌能力及承载力,延性性能提高了12.7%,承载力提高了15.7%;双枋-柱节点试件承载能力及延性均高于单枋-柱节点。结论 在雀替位置处合理设置黏滞阻尼器可显著改善传统风格建筑双枋-柱节点试件的力学性能。     

方钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点静力性能有限元分析

针对方钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点,采用ABAQUS有限元软件进行工作机理及参数分析.研究结果表明:该类新型节点具有良好的转动能力和延性;节点抗弯承载力随着轴压比的增大而降低;柱长细比对该类节点弯矩-转角曲线影响较小;增大钢管强度、混凝土强度、柱截面含钢率可有效提高节点力学性能.对于平齐式端板连接,减小外侧螺栓至钢梁翼缘距离及增大连接螺栓数量可提高节点抗弯承载力.     

寒区方高强钢管-混凝土组合柱轴压性能研究

寒区土木工程设施建设为组合结构的应用提供了发展空间.本文为研究方高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能,开展了寒区低温下10个采用Q690、Q960方高强钢管-混凝土组合柱轴压试验,揭示了该组合柱低温轴压下的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、极限抗压承载力以及延性等力学性能,分析了低温、钢管壁厚、及钢管强度等参数对该组合柱轴压性能影响.试验结果表明:低温环境下方高强钢管-混凝土组合柱破坏形态为钢管局部屈曲、混凝土压碎及钢管角部焊缝开裂.低温下方高强钢管-混凝土组合柱荷载-位移曲线与其常温曲线相似,包括线性、非线性和衰退阶段.在构件达到峰值承载力时发生混凝土压碎;在荷载-位移曲线衰退阶段,高强钢管发生局部屈曲以及角部焊缝开裂.低温水平对高强钢管-混凝土组合柱极限抗压承载力及刚度均有改善,但削弱其延性.增加高强钢管壁厚及提高钢管材料强度可改善方高强钢管-混凝土组合柱低温轴压性能.该研究构建了考虑低温影响的方高强钢管-混凝土非线性有限元数值分析模型.验证结果表明该有限元模型可较好地模拟高强钢管-混凝土组合柱的低温轴压性能.最后,该研究基于国内外规范计算公式对比分析了高强钢管-混凝土短柱...     

方套方复合钢管混凝土短柱压扭性能及延性分析

为研究方套方复合钢管混凝土短柱的压扭力学性能以及在压扭情况下的抗震延性性能,以不同的轴压比和截面尺寸设计了12个试件进行试验分析,分别以不同的钢材强度、混凝土强度为参数进行数值模拟分析及对试验结果验证.结果表明:经过数据分析,试验结果和模拟结果基本吻合.在改变钢材强度情况下,抗扭极限承载力随着钢材强度的增强而增加.在改变混凝强度情况下,随着混凝土强度的增加抗扭极限承载力略有增加,且夹层混凝土延45°破坏.因混凝土剪切模量与强度有关,所以扭矩-转角曲线的弹性阶段斜率略微增加,也就是刚度有所增加.经过数据分析得出压扭情况下的抗震延性性能,在轴压比小于等于0.2情况下,随着轴压比增大位移延性系数先增大后减小.在轴压比大于0.2情况下,随着含钢率的增加试件的延性系数也随着增加,含钢率低且延性系数小的试件容易发生脆性破坏.     

环梁式圆钢管约束H型钢混凝土柱-钢梁 节点的抗震性能

设计了一种环梁式圆钢管约束H型钢混凝土柱-钢梁节点,并建立了该试件的全尺寸三维有限元分析模型,计算得到了此类节点试件的滞回曲线、骨架曲线及破坏模式,经与试验结果进行对比,两者吻合良好.在此基础上,对试件进行有限元变参数分析,考察了轴压比、混凝土强度、梁柱线刚度等对试件抗震受力性能的影响,同时提出了一种改进型梁端削弱翼缘的节点形式.结果表明:随轴压比增大,试件的耗能及延性性能明显下降;混凝土强度的变化对试件滞回性能影响不大;当保持柱截面不变,仅变换钢梁尺寸时,节点的承载力、延性及抗震耗能性能均随梁-柱线刚度比的增大而显著增大;而当保持钢梁截面不变,仅改变柱内型钢含钢率时,节点抗震受力性能随梁-柱线刚度比的变化并不明显;改进的梁端翼缘削弱形式的试件可在不明显降低其承载力及耗能性能的情况下,将塑性铰外移至距节点区较远的地方,从而更好地保护节点区.上述研究结论可为此类新型节点的应用提供理论基础.     

方钢管-木-混凝土中长柱轴压性能有限元分析

目的 为降低混凝土用量、减轻结构自重,将强度高、自重轻的木材内置于钢管混凝土柱中,形成新型方钢管-木-混凝土组合柱。方法 采用有限元分析软件ABAQUS建立方钢管-木-混凝土中长柱精细化模型,基于典型构件,分析其破坏机理及不同参数变化对构件轴压力学性能的影响规律。结果 受力全过程中,钢管承担大部分荷载,组合柱承载力随钢材强度增加而显著提升;混凝土强度提升对承载力无显著影响;随着长细比的增大,构件破坏模态由轴压破坏逐渐转变为压弯破坏,承载力降低;木材最佳配置率为28.4%,延性是同尺寸钢管混凝土柱的1.42倍。结论 木材可显著提高方钢管-木-混凝土中长柱的延性,减轻结构自重。     

基于OpenSees的方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点抗震性能分析

为研究方钢管混凝土柱-不等高钢梁节点的抗震性能,基于4个方钢管混凝土柱-不等高钢梁节点的低周往复加载试验,利用Open Sees开放平台,建立了梁柱节点数值模型。为考虑钢管混凝土-钢梁的实际受力性能,梁柱节点区域采用梁柱纤维单元、非线性弹簧以及剪切区组合建立。通过数值模拟分析了钢管强度等级、梁高比、试验轴压比、核心混凝土强度对不等高钢梁框架节点抗震性能的影响。结果表明:钢管强度等级的增大有利于提高节点的延性和极限承载力,且Q390性价比最高,极限承载力增幅最大为11. 5%;随着左右两侧梁高比的增大,节点承载力上升显著,当梁高比为0. 8时,承载力增幅最大为17. 75%;试验轴压比会导致节点承载力下降,且大于0. 5时,下降幅度十分明显,在设计中应当重视;混凝土强度等级的提升对节点承载力及刚度的影响较小。     

方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁中柱节点骨架曲线影响因素

为了分析不同因素对内加强环式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点荷载-位移骨架曲线的影响,采用有限元软件对27个中柱节点在低周往复荷载下的受力过程进行模拟;模拟前采用已有试验数据对模拟方法进行验证,提取各节点的荷载-位移骨架曲线,并计算各节点的屈服荷载、极限荷载、破坏荷载、屈服位移、极限位移和位移延性系数。结果表明:环板宽度、环板厚度、轴压比和梁柱端第1个孔洞中心到柱壁的距离对节点荷载-位移骨架曲线影响较小,钢材屈服强度、柱截面含钢率、梁柱线刚度比、孔间距和开孔率对节点荷载-位移骨架曲线影响较大;钢材屈服强度和梁柱线刚度比增大,节点的承载力显著增强,位移延性系数明显减小;柱截面含钢率增大,节点的承载力增大,但屈服位移和极限位移逐渐减小,骨架曲线呈现显著下降的趋势;孔间距增大或开孔率减小,节点承载力显著增大。     

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.     

高温后方钢管高强混凝土轴压短柱试验研究

为了研究高温后方钢管高强混凝土短柱的受力性能,以温度及混凝土强度为变化参数,设计了15个试件进行高温后的静力加载试验,观察了高温后试件的外观变化和破坏形态,分析了其荷载—轴向位移曲线,研究了各个参数对高温后方钢管高强混凝土短柱的力学性能的影响,并探讨了引入材料强度折减系数后已有规范对构件承载力计算的可行性。研究结果表明:高温后方钢管高强混凝土轴压短柱破坏模式为剪切破坏和腰鼓破坏两种,温度低时倾向于发生剪切破坏,温度较高时易发生腰鼓破坏;温度在400℃以下时试件的承载力和轴压刚度变化不大,超过400℃时承载力和轴压刚度迅速降低,温度从常温升至200℃、400℃、600℃、800℃时,试件承载力分别为常温试件的101%、105%、76%、54%,其轴压刚度分别为常温试件的97%、96%、62%、51%;极限承载力随混凝土强度等级的提高而增大,混凝土等级从C60提高至C70及C80时,平均极限承载力分别提高7%和12%。延性系数随温度的升高经历先减小后增大的变化过程,温度为400℃时延性系为常温试件的92%,800℃时为123%,混凝土强度对试件的延性系数影响并无明显规律。引入折减系数后我国规程DBJ 13-51-2003及日本规程AIJ(1997)的计算值与试验值吻合较好。     

钢骨-钢管混凝土轴压短柱的延性和承载力

为合理分配钢骨-钢管混凝土组合柱的含钢量及充分发挥组合柱的受力性能,采用有限元软件ADINA数值模拟和理论分析的方法分析不同的钢管厚度、钢骨强度和混凝土强度等级对钢骨-钢管混凝土轴压组合短柱的延性性能和承载力的影响.通过分析,对延性约束指标进行了修正,同时基于回归分析建立了组合柱的承载力计算公式.研究结果表明:用ADINA软件模拟组合柱的受力性能是可行的;延性约束指标能够体现出组合柱的延性性能,为合理配置钢管和钢骨的用量提供了参考依据;建立了简洁且与试验数据吻合良好的承载力计算公式.     

CFRP约束圆钢管高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究混凝土强度、径厚比、CFRP(碳纤维增强复合材料)层数及CFRP包裹方式等参数对CFRP约束圆钢管混凝土轴压静力性能的影响,进行了6个圆钢管混凝土短柱和18个CFRP-钢管混凝土短柱的轴压对比试验.研究发现CFRP的约束对圆钢管混凝土承载力有较显著的提升,且承载力的提高幅度随着CFRP的增加而增加.钢管高强、超高强混凝土短柱的破坏形态呈现为剪切破坏,延性较差,CFRP的约束可以改善其延性,且CFRP层数越多延性越好.半包CFRP试件性能接近于全包CFRP试件性能.随径厚比增大,CFRP约束效果下降.若黏结良好,试件失效前,CFRP与钢管能保持协同工作;最后选取了3个经典的CFRP约束钢管混凝土轴压承载力公式进行验算,发现基于CFRP和钢管双重约束的公式能较好地预测其承载力.     

内置大块体矿渣薄壁钢管混凝土短柱轴压力学性能试验

目的探究内置大块体矿渣钢管混凝土短柱的力学性能,以指导工程实际.方法对12个内置大块体矿渣钢管混凝土短柱进行静力试验;以短柱截面含钢率、大块体矿渣替代率以及核心混凝土强度等级为变量,分析各参数对构件轴压力学性能变化影响的敏感程度,并提出内置大块体矿渣短柱极限承载力计算公式.结果各试件均发生剪切破坏,混凝土强度越高,荷载位移曲线下降段越陡,延性越差.矿渣柱的承载力随着混凝土强度、取代率和含钢率的增加而增大;其中以混凝土强度对承载力的影响最大,含钢率次之,替代率的影响最小,设计时可忽略.结论利用笔者提出的轴压极限承载力计算公式所得结果与试验结果吻合良好,可为工程实际计算提供参考.     

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。     

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

高钛矿渣是较好的内养护材料,将其作为细集料制备超高强混凝土灌入钢管,可减小核心混凝土收缩造成的脱黏、脱空,提高钢管超高强混凝土组合结构构件强度。通过10根钢管混凝土短柱轴压测试,研究分析了高钛矿渣砂取代率对钢管高钛矿渣砂超高强混凝土轴压力学性能的影响,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。     

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.     

钢骨-方钢管自密实高强混凝土轴压长柱试验研究

钢骨-方钢管自密实高强混凝土柱是一种重载柱设计的新模式．为了研究该组合柱的轴压稳定性能,以长细比（A）为主要参数,进行了8根组合长柱的轴心受压试验．试验结果表明：由于内填混凝土和钢骨的存在,组合柱试件具有良好的稳定性能;在研究的长细比范围内（λ=11～43）,所有试件都具有较高的承载力和一定的延性,但是其承载能力和延性随长细比的增大明显降低．最后给出了钢骨-方钢管自密实高强混凝土柱的轴压承载力计算公式,公式计算值与试验值吻合良好．     

钢骨钢管混凝土柱与钢梁空间节点抗震性能的非线性有限元分析

目的研究钢骨方钢管混凝土柱与钢梁空间节点的抗震性能,为工程应用和进一步理论研究提供参考.方法利用大型通用有限元分析软件ABAQUS研究钢骨方钢管混凝土柱-H型钢梁空间组合节点在不同的双向位移荷载加载比例、轴压比和钢骨强度下的抗震性能,通过有限元模拟,得到不同参数时梁端的荷载-位移曲线和骨架曲线;根据得到的曲线和数据,对节点的抗震性能进行深入分析.结果某方向的梁端位移荷载固定不变,随着与其垂直方向的梁端位移荷载逐渐增大时,节点的极限承载力下降,构件耗能性能变差;轴压比为0.2~0.5时,随着柱顶轴力的增加,节点梁端承载力并没有产生明显变化;当轴压比大于0.5时,节点的承载力和延性迅速下降;随着钢骨强度的提高,节点的受力性能增强,但并不明显.结论不同参数时钢骨方钢管混凝土柱-H型钢梁的滞回曲线均比较饱满,未出现明显的捏缩现象,表明节点能够有效地吸收地震能量,可广泛应用于实际工程中.