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...     

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.     

十字形截面方钢管混凝土组合异形柱轴压承载力试验

在钢筋混凝土异形柱和异形钢管混凝土柱的基础上，提出了一种异形柱形式——十字形截面方钢管混凝土组合异形柱，通过理论计算和有限元分析得到了异形柱的破坏形态及极限承载力，并采用叠加理论推导了其换算长细比计算公式．通过轴压试验得到了计算模型的荷载位移曲线、单肢挠度曲线以及单肢荷载应变曲线．分析结果可知，叠加理论计算、有限元分析以及轴压试验的结果一致表明异形柱的破坏形态为扭转屈曲，同时3种方法得到的屈服荷载吻合较好，验证了采用叠加理论计算异形柱承载力的可行性．     

配筋方钢管混凝土柱的抗压性能

通过配筋方钢管混凝土柱轴压试验及ABAQUS有限元软件对配筋及未配筋方钢管混凝土柱的轴心受压和偏心受压性能进行了非线性数值模拟,研究了2种方钢管混凝土柱在轴心受压和偏心受压下的力学性能、变形能力和破坏形态,给出了2种方钢管混凝土柱数值模拟的荷载-位移曲线和变形形式,分析了配筋对方钢管混凝土柱变形和极限承载力的影响.结果表明:钢管混凝土柱加配筋以后,极限承载能力显著提高,同时变形性能得到一定的改善,但2种方钢管混凝土柱的破坏形态基本相同.随着偏心距的增加,2种钢管混凝土柱的极限承载力和后期的稳定承载力逐渐降低,但配筋钢管混凝土柱的降低幅度比钢管混凝土柱降低幅度小.     

方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的力学行为

目的研究方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的力学行为,揭示不同参数对其承载力和峰值挠度的影响规律.方法通过方钢管自密实再生混凝土短柱的偏心受压试验,研究方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的破坏形态,荷载-挠度关系曲线、承载力和峰值挠度.结果方钢管自密实再生混凝土偏压短柱由于发生侧向挠曲而破坏.方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的荷载-挠度关系曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降阶段.再生粗骨料替代率对方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的承载力的影响不显著,而对其峰值挠度的影响较显著.偏心率和含钢率对方钢管自密实再生混凝土偏压短柱的承载力和峰值挠度有显著影响.结论将自密实再生混凝土应用于方钢管混凝土中是可行的,研究成果可为方钢管自密实再生混凝土短柱的工程应用提供理论依据.     

冻融循环作用后方钢管混凝土短柱性能研究

为研究冻融循环作用对方钢管混凝土短柱的影响,本试验以冻融循环次数为参数对冻融循环作用后方钢管混凝土短柱的力学性能进行了研究。试验得到了冻融循环作用下方钢管混凝土短柱的受压破坏模式,荷载—位移曲线以及荷载—应变曲线,并分析了冻融循环次数对方钢管混凝土短柱极限承载力,位移延性以及初始刚度的影响。根据试验现象,将破坏模式分为2种。研究表明:方钢管混凝土短柱的力学性能如极限承载力,位移延性以及初始刚度受冻融循环作用影响重大。具体表现为试件的极限承载力随冻融次数增加而逐渐下降,且冻融循环次数越大,极限承载力下降幅度愈明显;对于试件的初始刚度,其随着冻融循环次数的增加而减小;另外,冻融循环作用对方钢管混凝土短柱的延性系数影响较大,表现为随冻融循环次数的增加,延性系数随之增加。     

T形钢连接梁柱节点的试验和抗剪计算方法研究

通过对4个中空夹层钢管混凝土柱-钢混凝土梁采用高强螺栓T形钢连接的组合节点的低周反复荷载试验,研究了其典型破坏形态及节点域的剪力-剪切变形骨架曲线;在此基础上,对其节点域的传力机理和抗剪性能进行了理论全过程分析,分别建立了节点域钢管腹板、钢管翼缘和夹层混凝土的剪力-剪切变形的三折线模型,并根据剪切变形协调条件对三部分曲线进行简化后叠加,由此得到整个节点域的屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的计算公式,并将理论计算结果与试验数据进行对比,二者整体吻合较好.     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压试验研究

文章设计8根方钢管再生混凝土偏心受压长柱进行加载试验,获得偏心受压试件的承载力、破坏形态、轴向荷载-位移曲线、轴向荷载-柱中侧向挠度曲线等试验数据,分析了再生粗骨料取代率、钢管壁厚、偏心率、长细比等参数对试件受压性能的影响。研究结果表明:方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载力,随着偏心率和长细比的增加而下降,随着钢管壁厚增大而增加;再生粗骨料取代率对偏心受压试件的承载力有一定影响,随着取代率的增加,偏心受压试件承载力呈降低趋势;方钢管再生混凝土偏心受压长柱轴向刚度,随钢管壁厚增大而增加,随再生粗骨料取代率增加而减小,长细比和偏心率则对轴向刚度影响不明显;方钢管再生混凝土偏心受压长柱的钢管壁厚、长细比以及偏心率越大,柱中侧向挠度越大,再生骨料取代率对柱中侧向挠度无明显影响。     

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。     

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。     

高强超薄壁冷弯型钢屋架承载性能及设计方法研究

基于三榀厚度小于2 mm、屈服强度550 MPa的高强超薄壁冷弯型钢屋架模型结构的承载力试验,观测这类低层住宅建筑常用屋架结构的破坏模式,得到其极限承载能力.采用通用有限元软件,建立该屋架结构考虑材料和几何非线性的分析模型,进行屋架结构非线性稳定分析,得到与承载力试验结果相一致的破坏模式.在此基础上,研究屋架结构内力分析的合理计算模式,提出屋架构件的建议设计方法,并对屋架的屋脊节点板构造提出了合理的局部加强改进方案.     

基于MCFT方钢管混凝土柱受剪承载力计算模型

为准确预测方钢管混凝土柱(square concrete filled steel tube,SCFST)受剪承载力,建立了基于修正压力场理论(modified compression field theory,MCFT)的SCFST受剪承载力计算模型.该模型通过力的平衡和变形协调考虑压弯剪耦合作用,结合对SCFST受剪承载力机制的分析,推导出了计算SCFST受剪承载力的一般公式.注意到SCFST在试验中出现了两种不同的剪切破坏模式,模型分别给出了相应的破坏判别条件.利用SCFST受剪承载力计算模型对收集到的17根试件进行计算,所得结果与试验值吻合较好.研究发现,SCFST受剪承载力计算模型不仅可以计算SCFST在压弯剪共同作用下的受剪承载力,而且可以对SCFST的破坏模式进行判断,结果可信,可用于SCFST受剪承载力计算.     

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。     

再生骨料混凝土板冲切性能试验

以再生粗骨料取代率为主要参数,进行了再生混凝土板的冲切试验,分析了板在冲切荷载作用点处的荷载-中心点挠度曲线、板底钢筋应变、板顶混凝土应变、破坏形态及受冲切极限承载力等.分析结果表明:随着再生粗骨料取代率的提高,板在各个受力阶段的变形性能和受冲切承载力均有所降低.基于试验结果,对普通混凝土板受冲切极限承载力计算公式进行了修正,建立了再生混凝土板受冲切极限承载力计算公式并进行了校核,结果可以用于再生混凝土板的抗冲切设计.     

钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁 不同抗剪连接方式的受弯性能

为了合理利用在装配式钢结构建筑中应用广泛的钢筋桁架楼承板,将钢筋桁架的下弦钢筋焊接于U形钢梁的上翼缘作为一种新型的抗剪连接件,设计了4根采用钢筋桁架、角钢、栓钉及其组合抗剪连接方式的简支U形钢-混凝土组合梁,并对其进行了静力试验研究和有限元分析,考察了不同抗剪连接方式对其正截面受弯性能的影响.试验结果表明:试件的破坏形态为整体弯曲破坏和端部滑移破坏;仅采用钢筋桁架作为抗剪连接件的试件不能达到完全抗剪连接,可再配置适量栓钉以提高其组合作用;采用钢筋桁架与栓钉作为组合抗剪连接方式的试件的抗剪连接性能优于采用钢筋桁架与角钢作为组合抗剪连接方式的试件.同时运用ABAQUS对试件进行了有限元分析,有限元分析的受弯承载力值与试验值吻合较好.最后在试验研究和有限元分析的基础上,基于全截面塑性理论,提出了完全抗剪连接的钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁在正弯矩作用下的受弯承载力计算公式.     

高层组合框架-混凝土筒体结构推覆分析

针对高层混合结构中适用于推覆分析的剪力墙单元与型钢混凝土构件塑性铰等问题进行研究,利用三垂直杆元模拟剪力墙,各杆元分别考虑剪力墙轴向、剪切与弯曲变形;根据型钢混凝土构件截面承载力与变形能力,给出了反映截面弯矩与转角关系的型钢混凝土构件塑性铰特性值计算方法;应用MIDAS/GEN软件作为弹塑性分析工具,采用改进的剪力墙单元模型,自定义型钢混凝土构件塑性铰特性值,对30层高混合结构进行推覆分析,并与模型试验结果对比,结果表明：推覆分析所得基底剪力-顶点位移曲线与试验结果较符合,各构件塑性铰分布及状态与模型试验的裂缝分布及破坏模式符合较好,能够反映出混合结构各构件变形和结构整体承载力变化过程.     

带外加强环板的钢管混凝土柱脚节点受力性能试验研究

为防止钢管混凝土柱埋入钢筋混凝土基础梁的柱脚节点发生冲切破坏,在钢管混凝土柱脚处设置外加强环板,通过两个缩尺模型一次短期单调荷载的静力试验,研究柱脚节点的破坏过程、破坏形态、竖向极限承载力,研究不同位置的加强环板对柱脚性能的影响,以及加强环板与钢管混凝土柱、外围混凝土的协同工作性能。与不设加强环板的柱脚节点对比分析发现,柱脚节点内设置加强环板,是防止冲切破坏、提高柱脚承载力的有效措施。     

设分配梁巨型钢管混凝土柱轴压承载性能试验研究

分3批次完成了设分配梁传力构造的巨型钢管混凝土柱轴压系列试件,对3批试件的破坏模态、极限承载力、分配梁应变分布规律等进行综合对比分析.结果表明,通过分配梁传递给核心混凝土的竖向荷载大小与分配梁的横截面面积成正比,且远大于通过钢-混凝土黏结作用所传递的荷载,表明采用分配梁传递竖向荷载是高效、可行的.3批试件的分配梁均在梁端部区域形成了剪切屈服段,且当梁端形成剪切塑性铰后,分配梁传递给核心混凝土的竖向荷载基本维持不变,达到极限荷载时,分配梁两端发生剪切破坏.将内环板与分配梁结合设置,显著提高了分配梁传递竖向荷载的能力及试件的轴压极限承载能力.因此,在巨型钢管混凝土柱内设置分配梁传力构造,可有效促进钢管与混凝土共同工作,保障巨型钢管混凝土柱具有优越的轴压承载性能.     

FRP-铝合金平面桁架结构极限承载性能试验研究

为了提升脆性FRP拉挤型材应用于桁架体系时的结构延性承载性能,提出了将金属材料构件和不同组合节点应用于FRP桁架体系的组合设计理念。设计和制备了一榀FRP-铝合金平面桁架模型,通过开展结构四点弯曲极限破坏试验,揭示了结构的全过程非线性位移响应、破坏模式及机理,进而对所提设计理念及结构延性提升措施的可行性进行了验证。试验结果表明：组合平面桁架结构在最终失去承载力之前呈现出组合节点滑移、铝合金上弦杆压屈变形、端部GFRP斜腹杆压溃破坏等多种渐进破坏模式,结构全过程荷载-位移曲线表现出明显的非线性变化趋势,特别是铝合金上弦杆的压屈效应使整体结构具备了明显的延性变形特征。建议可通过对FRP桁架在结构和构件层面进行组合设计,使其获得良好的延性承载性能和破坏预警信息,以提升结构的安全性和鲁棒性。     

装配式钢牛腿偏心受压力学性能试验与有限元分析

装配式钢牛腿,因其结构简单、安装方便、使用安全得到广泛肯定.针对一种新型装配式钢牛腿开展研究.考虑肋板厚度、偏心距、锚板类型,进行了4个不同形式的装配式钢牛腿的偏心受压力学试验.测定了钢牛腿节点的荷载-变形曲线、应力分布状态、极限强度,观测其破坏形式,建立了有限元模型,分析研究了荷载-变形关系和节点弯矩-转角关系.结果 表明:钢牛腿节点呈现出半刚性节点特征.牛腿有两种破坏形式,当锚板无支撑保护时,锚板在牛腿还未达到极限承载力时先屈曲破坏;当锚板有支撑保护时,牛腿的极限承载力取决于螺栓的抗剪强度.从应力分布上对比发现,结构刚度突变处应力集中.连接处的焊缝质量和螺栓的材质是受力的关键,改善它们将极大地提高节点的承载能力.钢牛腿肋板厚度越大,极限承载力越大;偏心距越小,极限承载力越大.节点的初始刚度随肋板的加厚小幅增加,偏心距对节点初始转动刚度影响效果不明显,侧板与锚板安装间隙过大会降低节点刚度,应尽可能减少制作误差.