钢管混凝土叠合柱的抗震延性研究

震害表明,高层建筑中轴压比较大的钢筋混凝土柱的变形能力较弱。为了提高大轴压比柱的变形能力,进而改善结构的抗震性能,采用钢管混凝土叠合柱是最有效的方法之一。本文首先通过截面分析,阐释了钢管混凝土叠合柱在高轴压比下提高柱子延性的机理。然后基于已有的钢管混凝土叠合柱试验,采用通用非线性有限元软件ABAQUS建立了钢管混凝土叠合柱的有限元模型。有限元分析结果与试验结果吻合良好,说明了有限元模型的合理性。在此基础上,分析了名义轴压比、套箍系数等参数对钢管混凝土叠合柱位移延性系数的影响,得到了影响外围钢筋混凝土与核心钢管混凝土之间轴力重分配和叠合柱延性的关键参数。通过回归分析,得到反映各关键参数影响的叠合柱位移延性系数的简化计算公式,在此基础上,计算得到了各抗震等级叠合柱位移延性系数的下限值,为叠合柱的延性估算和复核提供参考。     

钢管混凝土叠合柱受力性能研究

为研究钢管混凝土叠合柱受力性能,本文首先根据叠合柱截面上的应变发展对其管内外混凝土轴力重分布机理及截面塑性变形能力进行了分析,然后采用条带法编制MATLAB计算程序得到了钢管混凝土叠合柱弯矩-曲率及荷载-位移关系曲线。将理论计算值与试验结果进行对比,验证了条带法分析模型的有效性。在此基础上,分析了名义轴压比n、叠合比m、管外混凝土纵筋配筋率ρ、套箍系数θ、管外混凝土配箍特征值λ各主要参数对钢管混凝土叠合柱管内外混凝土部分轴力重分配关系及构件延性的影响,同时讨论了叠合比、配箍特征值等参数对轴力-水平荷载(n-p)曲线的影响。最后根据参数分析的结果,建议了在满足叠合柱延性需求(u△≥3)的基础上,叠合柱名义轴压比限值及相应的最小配箍特征值,为叠合柱的工程设计提供参考。     

钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架核心筒抗震性能试验研究

为进一步改善混凝土核心简的抗震性能,本文提出了钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架组合核心筒.进行了2个1/6缩尺的核心筒模型在低周反复荷载下的抗震性能试验研究,1个为钢管混凝土叠合柱边框毛组合核心筒,1个为钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架组合核心筒.通过试验,对比分析了2个核心简的承载力、延性、刚度及其衰减、滞回特性、耗能能力及破坏特征,给出了钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架组合核心筒的承载力计算模型,计算结果与实测值符合较好.研究表明,钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架组合核心筒与钢管混凝土叠合柱边框组合核心筒相比,其抗震性能明显提高.     

钢管高强混凝土叠合柱的抗震性能研究

通过周期性往复试验,研究了钢管高混凝土叠合柱柱的破坏形态,耗能能力、延性、承载力以及各种组成部分共同工作等内容,并与钢管高强混凝土核心柱进行了对比;随后通过计算,讨论了叠合柱中有关参数对其极限承载力和影响;最后给出了叠合柱正截面极限承载力的简化计算方法。     

底部加强型工字形钢管混凝土柱抗震性能研究

提出了工字型截面钢管混凝土柱,同时提出了一种在柱底部区域翼缘贴焊钢板的底部加强型工字形截面钢管混凝土柱。进行了3个不同构造的工字形钢管混凝土柱模型的低周反复荷载试验,模型1为普通工字形钢管混凝土柱,模型2为工字形截面两翼缘外侧贴焊钢板的钢管混凝土柱,模型3为工字形截面两翼缘周边均贴焊钢板的钢管混凝土柱。分析了各模型的破坏特征、承载力、刚度及退化过程、延性和滞回耗能特性。给出了工字形钢管混凝土柱正截面及斜截面承载力计算公式,计算结果与实测符合较好。研究表明:所提出的底部加强型工字形钢管混凝土柱与普通工字形钢管混凝土柱相比,承载力明显提高,延性和抗震耗能能力显著提高。     

叠合柱边框内藏钢板-钢撑核心筒抗震性能试验研究

提出了钢管混凝土叠合柱边框内藏钢板-钢撑混凝土组合核心筒,为了解该新型多重组合核心筒的抗震性能和破坏机理,文中进行了1个1/6缩尺的钢管混凝土叠合柱边框内藏钢板-钢撑带洞口混凝土组合核心筒的低周反复荷载试验研究.在试验研究基础上,分析了该多重组合核心筒的承载力、滞回特性、延性、刚度衰减和破坏形态.研究结果表明:钢管混凝土叠合柱边框内藏钢板-钢撑带洞口混凝土组合核心筒的抗震性能良好.     

钢筋混凝土柱对应于各地震损伤状态的侧向变形计算

采用半经验半理论的方法对以受弯为主的钢筋混凝土柱对应于各主要损伤状态的侧向变形进行了研究。本文研究的主要损伤状态包括屈服、混凝土保护层压碎、剥落、纵向受力钢筋屈曲、极限状态五个状态。首先建立了各损伤状态下柱截面受压区高度的计算方法。接着,利用对美国太平洋地震工程研究中心(PEER)建立的钢筋混凝土柱的试验数据库的统计分析,采用平截面假定和钢筋混凝土受弯构件的塑性铰理论推出了混凝土保护层压碎时压区边缘混凝土的应变大小,混凝土保护层剥落、纵筋屈曲和进入极限状态时核心区混凝土边缘的压应变大小,进而建立了钢筋混凝土柱对应于各损伤状态的变形计算方法。利用本文提出的方法得到的变形计算值与PEER提供的试验数据在统计意义上有较好的一致性。该方法可为钢筋混凝土柱基于位移的抗震设计和抗震性能评价提供依据。     

薄壁波纹钢管混凝土柱滞回性能试验研究

近年来,薄壁钢管混凝土柱由于其良好的力学性能和施工性能在各类建筑结构和桥梁上得到了广泛应用,但震害表明,普通薄壁钢管混凝土柱抗局部屈曲能力和屈曲后抗震性能较差。提出了一种薄壁波纹钢管混凝土柱,为了初步探索其抗震性能,以轴压比和截面形式为主要参数,进行了2根薄壁波纹钢管混凝土柱和2根普通薄壁钢管混凝土柱低周反复加载试验研究。主要结论如下:在轴压比相同的情况下,薄壁波纹钢管混凝土柱的滞回曲线明显要比其它两种截面形式的饱满;在相同位移时,薄壁波纹钢管混凝土柱的耗能能力明显好于方形和圆形的。三种截面形式的延性较接近且延性系数均超过3,且强度退化和刚度退化趋势和程度基本一致。综合分析,薄壁波纹钢管混凝土柱抗震性能较之圆、方形薄壁钢管混凝土柱的相当或稍好。研究结果可供城市高架桥的分析与设计参考。     

底部加强型矩形钢管混凝土柱抗震性能试验与分析

提出了一种底部加强型矩形钢管混凝土柱,采取在柱底部区域钢板外侧贴焊钢板的构造措施,以提高其抗震耗能能力.进行了3个不同构造的矩形钢管混凝土柱模型的低周反复加载试验,模型1为普通矩形钢管混凝土柱,模型2为矩形截面底部垂直加载方向钢板外侧贴焊钢板的钢管混凝土柱,模型3为矩形截面底部双向外侧钢板均贴焊钢板的钢管混凝土柱.模型按1/5缩尺.分析了各模型的承载力、刚度及退化过程、延性、滞回耗能特性和破坏特征.给出了底部加强型矩形钢管混凝土柱正截面及斜截面承载力的计算公式,计算与实测结果符合较好.研究表明:所提出的底部加强型矩形钢管混凝土柱与普通矩形钢管混凝土柱相比,其承载力明显提高,延性和抗震耗能能力显著提高.     

基于OpenSees的空心钢管混凝土柱恢复力计算公式研究

采用OpenSees建立基于纤维截面的空心钢管混凝土柱有限元模型,对空心钢管混凝土柱的滞回性能进行计算。在该有限元模型基础上,考虑轴压比、长细比、截面空心率、截面含钢率、混凝土强度和钢材强度等因数对骨架曲线恢复力模型的影响,结合正交试验设计方法,对骨架曲线恢复力计算公式进行回归分析。研究结果表明：1数值计算结果与试验结果吻合良好;2得到的空心钢管混凝土柱骨架曲线恢复力计算公式在一定设计参数范围内具有较高的计算精度。     

钢管高强混凝土叠合柱的轴力分配及名义轴压比限值分析

分析了钢管高强混凝土叠合柱中核心钢管混凝土部分和外围叠合混凝土部分之间的轴力分配,讨论了各主要参数对上述轴力分配关系的影响,最后在对大量计算结果进行分析的基础上,建议了相应的设计名义轴压比限值。     

异型截面多腔钢管混凝土分叉柱抗震性能试验研究

为研究异型截面多腔钢管混凝土分叉柱不同加载方向下的抗震性能,结合某超高层建筑多腔钢管混凝土巨型框架结构,设计了4个1/30缩尺的分叉柱模型试件,进行了2种不同加载方向的低周反复荷载试验研究,一种沿截面长轴方向加载,另一种沿截面短轴方向加载。试件截面腔体钢板厚度包括2mm和3mm两种。分析了各试件的破坏特征、滞回特性、承载力、延性、刚度退化和耗能性能。研究表明,不同加载方向异型截面多腔钢管混凝土分叉柱受力性能有明显差异,沿截面长轴加载方向试件的承载力高、刚度大、延性好、耗能能力强;合理增加分腔钢板厚度能使分叉柱抗震性能加强。     

内藏钢桁架深连梁联肢剪力墙抗震性能试验研究

进行了1个1/7缩尺、剪跨比为2.0的带矩形钢管混凝土叠合柱边框内藏钢桁架深连梁联肢剪力墙模型的低周反复荷载试验。分析了该剪力墙的承载力、延性、滞回特性、耗能能力等抗震性能,研究了内藏钢桁架对该联肢剪力墙抗震性能的影响。试验研究表明:内藏钢桁架深连梁联肢剪力墙具有较好的延性;内藏钢桁架混凝土连梁对提高剪力墙的承载力及延性作用显著;带钢管混凝土叠合柱的翼墙可充分发挥钢管混凝土叠合柱抗压能力强、承载力高、不易开裂、延性好的优势;该新型组合剪力墙实现了"强墙肢、弱连梁"的延性屈服机制。     

钢管高强混凝土叠合柱抗震性能与受力机理的试验研究

本文通过四个钢管高强混凝土又叠合柱与一个普通高强混凝土柱在周期往复荷载作用下抗震性能的试验研究。     

组合梁-方钢管混凝土柱框架结构抗震性能的pushover分析

采用考虑组合梁多材料截面引起的正向、负向刚度、强度和承载力不同的截面本构模型,建立了组合梁结构的弹塑性分析模型,对一个15层的钢混凝土组合梁-方钢管混凝土柱框架结构开展了多遇地震、罕遇地震下的pushover分析,为组合框架结构体系的抗震性能分析以及pushover方法在该体系中的应用提供了参考。在此基础上,与钢梁-方钢管混凝土柱框架结构、钢梁-钢筋混凝土柱框架结构进行对比研究,比较了几种结构的动力特性,表明组合梁-方钢管混凝土柱框架结构体系相对于其它两种框架结构体系具有更好的抗震性能。     

L形截面钢管混凝土异形柱正截面非线性分析

以钢筋混凝土梁设计原理作为依据,给出了L形截面钢管混凝土异形柱正截面的非线性分析方法。根据基本假定建立了L形截面钢管混凝土异形柱截面弯矩-曲率关系计算公式,并利用MATLAB语言编制了求解程序,根据得到的加载-破坏全过程弯矩-曲率关系分析构件的加载-变形特性。利用程序对不同截面、混凝土标号、钢材强度和钢管面积下的弯矩-曲率曲线进行了对比分析。     

钢管混凝土叠合边框内藏钢桁架剪力墙振动台试验研究

进行了4个钢管混凝土叠合边框剪力墙模型的模拟地震振动台试验,包括:1个高宽比为1.6的钢管混凝土叠合边框剪力墙,1个高宽比为1.6的钢管混凝土叠合边框内藏钢桁架剪力墙,1个高宽比为3.0的为钢管混凝土叠合边框剪力墙,1个高宽比为3.0的钢管混凝土叠合边框内藏钢桁架剪力墙。试验中输入Taft地震波,测试了各试件在不同峰值加速度下的时程地震反应及其动力特性,分析了剪力墙损伤过程及破坏特征。研究表明,钢管混凝土叠合边框内藏钢桁架剪力墙比普通钢管混凝土叠合柱边框剪力墙承载力高、刚度退化慢、延性好、抗震耗能能力强。     

内置空心钢球的圆截面钢管混凝土柱抗震性能试验

为研究带空心钢球的钢管混凝土柱的抗震性能,以空心率和含钢率为参数,设计制作9个内置空心钢球的圆截面钢管混凝土柱和3个薄壁圆截面钢管混凝土柱,并进行拟静力试验,结合破坏形态通过延性系数和累积耗能等参数探讨了试件的抗震性能。研究结果表明:含钢率对内置空心钢球的薄壁圆形钢管混凝土柱极限荷载,峰前耗能的影响较大,空心率对试件延性系数,峰后耗能的影响显著;内置空心钢球的薄壁圆形钢管混凝土柱较实心薄壁圆形钢管混凝土柱极限荷载有所降低;试件水平荷载时程曲线的"V"字形波动的折线可以较直观的反映出结构损伤破坏过程,并在曲线数形与试验现象关联上和滞回曲线形成较好的一致性;可以通过优化内置空心钢球的大小和壁厚设计钢管混凝土柱,并取得与实心钢管混凝土柱同样的抗震性能,为同类钢管混凝土组合结构的设计提供了依据。     

多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向抗震性能试验研究

用于异形柱框架结构的各种截面型式的多腔钢-混凝土组合柱具有良好的使用功能和可装配建造性能,与异形柱面外有侧肢不同,保证矩形截面壁式柱弱轴方向的抗震性能更为重要。为了探究多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向的抗震性能与受力机制,运用低周往复荷载试验与有限元分析相结合的方法开展研究。结果表明：压弯荷载作用下,多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向的滞回曲线饱满,其全过程受力可划分为稳定承载、转化过渡和峰后二阶效应显现三个阶段,试件对应的两个特征分界点的层间位移角分别为1/57和1/27;试件屈服点和失效破坏点对应的层间位移角分别为1/85和1/23,均大于规范限值,延性系数为3.73;两端钢管、中间钢板和腔内混凝土可协同受力,混凝土未见明显压碎和开裂,钢管和钢板未见明显损伤;所得有限元模拟结果与试验结果吻合度高,骨架曲线平均相对误差为4.6%。上述成果深化了对多腔钢-混凝土组合壁式柱弱轴方向抗震性能的认知,为工程应用提供了参考。     

钢管混凝土组合柱在标准火与真实火中的行为比较

以实际工程中常用的钢管混凝土组合柱为研究对象,通过ABAQU S大型有限元软件模拟钢管混凝土组合柱在标准火和真实火中的截面温度分布、应力、变形、破坏形态、耐火极限等力学行为。其中标准火选用ISO-834标准火模型,真实火采用欧洲规范Eurocode 1 Part 1-2中的参数火模型来近似模拟真实火灾的温度—时间关系。研究发现,钢管混凝土柱在两种火场环境中的行为差异很大,真实火中的冷却过程对钢管混凝土的破坏起重要的影响。基于本研究,还初步得到火灾过程中环境温度的升温速度、柱火灾荷载比等对钢管混凝土组合柱的抗火性能的影响。