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。     

钢管混凝土叠合柱抗震性能界限状态研究

为了研究及完善钢管混凝土叠合柱结构基于性能的抗震设计方法,首先根据普通钢筋混凝土柱性能界限点的定义确定了钢管混凝土叠合柱的5个性能界限状态。基于钢材和混凝土非线性材料本构关系,采用MATLAB编制了截面条带法计算分析程序,分析研究了钢管混凝土叠合柱的各性能点所对应的截面变形情况。然后根据影响钢管混凝土叠合柱各个性能点的参数分析结果,得到了各性能点所对应的截面曲率计算公式。最后采用塑性铰理论建立钢管混凝土叠合柱的各性能状态的控制方程。同时分析了叠合柱在性能界限状态下的延性和位移角需求,为叠合柱的工程设计提供参考。     

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。     

钢管混凝土柱新型节点受力性能试验研究

钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱节点受力性能是影响钢管混凝土柱结构应用最关键的问题，本文针对某电信枢纽中心的工程实践，提出了穿心牛腿＋环梁的新型节点构造形式，并依据相似原理进行了静载及反复荷载下节点模型试验研究。试验研究表明，该节点传力路线明确，合理，受力性能较好，根据试验结果改进的新型节点已用于工程实践。     

钢管混凝土叠合转换柱抗震性能有限元分析

利用有限元软件ABAQUS,对不同参数的108根钢管混凝土叠合转换柱(STRC-RC)试件进行了低周反复加载模拟分析。结果表明,钢管延伸高度对转换柱承载力影响不大,但对转换柱延性影响较大;随着轴压比的增大,转换柱承载力先增大后减小,同时,较大的轴压比限制了弯曲变形的发展,导致试件延性和变形能力更差;随着含钢率的增大,转换柱承载力不断增大,位移延性系数则先增大后减少,因此需要保证转换柱合理的含钢率;增大配筋率可以显著提高STRC-RC转换柱的承载力,但对STRC-RC转换柱的延性影响较小;改变配箍方式对转换柱承载力和位移延性系数影响都较小。转换柱破坏形态主要有剪切破坏和弯曲破坏两种。钢管延伸高度越小、轴压比越大、含钢率越大的转换柱越容易发生剪切破坏;钢管截断位置箍筋加密能有效控制剪切裂缝的发展。     

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.     

预应力混凝土叠合板受力性能分析

预应力混凝土叠合板具有板薄、用钢量小、施工简便及质量可靠等特点,在工程中得到了广泛应用。但由于采用二次浇筑工艺,其受力性能与整体浇筑预应力混凝土板有所区别。工程中一般通过对叠合面的适当处理,以确保其受力整体性。结合某具体工程,应用有限元分析手段,对预应力混凝土叠合板和整体浇筑板进行对比分析。分析结果表明:预制预应力底板施工过程中最大挠度仅为其跨度的1/1752,几乎可以忽略;预应力叠合板正常使用阶段的受力性能和破坏形态均与整体浇筑板一致;极限荷载阶段,叠合面几乎无相对变形,最大剪应力0.373MPa,也在规范限值以内。因此,从变形、承载力等方面均证明了预应力混凝土叠合板叠合面施工构造处理的安全性。     

钢骨-钢管混凝土受弯组合柱受力性能的试验研究

本文通过钢骨—钢管混凝土组合柱受弯试验，分析了这种组合柱受弯的破坏形态、荷载—位移滞回曲线、承载力和延性等受力性能，井讨论了组合柱的弯矩—曲率曲线特性。     

方钢管混凝土柱-H型钢梁连接节点的受力性能

以某实际工程为背景,通过实验研究了不同形式大尺寸方钢管混凝土柱-H型钢梁连接节点的受力特性及耗能性能。节点试验包括两类4个构件,分别为内隔板节点和贯通隔板节点。试验中分别测得了各试件的弹性极限荷载和位移、屈服荷载和位移、破坏荷载及位移,以及节点在低周往复加载下耗能性能,并且绘制了滞回曲线、骨架曲线,得到了各项延性、耗能指标。研究结果表明,内隔板形式节点的承载力和耗能性能优于贯通隔板形式的节点。构件的焊缝没有开裂,表明采用药芯焊的一级焊缝承载能力很强。     

钢管混凝土短柱支座隔震性能研究

本文提出一种钢管混凝土短柱隔震支座座，通过伪静力试验测定了短柱支座的恢复力特性，给出了有关恢复力的某些特征参数的表达式；对一座廿层砌体主房屋进行了非线性地震反应分析，考察了短柱支座的特性及其隔震效果；通过模型振动台试验，进一步验证了短柱支座的耳震效果和计算模型的准确性。     

方钢管混凝土柱—钢梁节点受力性能影响因素数值分析

针对带内隔板的方钢管混凝土柱—钢梁节点的具体情况,建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,研究节点在单调加载和低周反复加载作用下的受力机理,着重分析了钢材强度、混凝土强度等级变化、轴压比大小等因素对节点单调加载和低周反复加载下受力性能的影响,为该节点设计提供理论依据。     

钢管高强混凝土柱抗震性能的试验研究

本文对钢管高强混凝土柱进行低周反复水平荷载作用的试验,得到了不同轴压比情况下的滞回曲线及骨架曲线,讨论了钢管高强混凝土柱压弯承载力计算公式的适用性。结果表明,钢管高强混凝土柱具有很高的承载力及良好的抗震性能。     

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。     

内约束方钢管混凝土柱抗震性能研究

由于方钢管对混凝土约束作用较弱,地震作用下方钢管混凝土柱底部钢管易出现屈曲,因此本文提出一种新型内约束方钢管混凝土柱。基于ABAQUS有限元软件,本文采用合理的材料本构模型建立内约束方钢管混凝土柱三维实体精细有限元模型,该模型能准确反应钢管、混凝土以及拉筋之间的相互作用,又能反应拟静力作用下混凝土的塑性损伤和钢材的循环硬化规律。有限元结果与试验结果吻合良好。首先,在此基础上笔选出最佳内约束形式,对拉箍筋方钢管混凝土柱的抗震性能明显优于圆环箍筋;其次,提出在不同轴压比下内约束方钢管混凝土柱的焊接拉筋最佳布置长度和合理体积配箍率;再次,探讨不同参数对内约束方钢管混凝土柱滞回性能的影响,结果表明:提高截面含钢率和长细比能有效改善组合柱的极限承载力,而轴压比在一定范围内有利于能提高柱的承载力;最后,讨论了约束措施对内约束方钢管混凝土柱耗能性能的影响。     

钢管混凝土斜折柱抗震性能试验研究

为解决实际工程中遇到的钢管混凝土斜折柱抗震性能的问题,进行了3个1/3缩尺的钢管混凝土斜折柱低周反复荷载试验.在试验基础上,研究了各钢管混凝土柱的承载力、刚度、延性、滞回特性及破坏特征,建立了钢管混凝土斜折柱承载力简化计算方法.研究表明:钢管混凝土斜折柱,经合理设计可以满足抗震要求.     

钢管自应力混凝土柱抗震性能试验研究

本文通过对水平反复荷载作用下4根钢管自应力混凝土柱和2根普通钢管混凝土柱的抗震性能试验研究,分析了两种钢管混凝土的荷载-挠度(P-Δ)滞回曲线和骨架曲线特点,从而进一步阐述了轴压比、自应力大小和混凝土强度等因素对钢管混凝土抗震性能的影响。试验结果表明,影响柱抗震性能的最主要因素是轴压比和自应力。随着轴压比的增加,钢管自应力混凝土位移延性系数下降;而自应力的存在不仅提高了反复荷载作用下钢管混凝土的极限水平承载力,同时也使其延性系数得到显著的增加。     

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。     

圆形空心钢管混凝土柱的耐火性能实验研究

关于实心钢管混凝土的耐火性能已有大量的实验研究,而空心钢管混凝土的耐火实验目前还非常少见。针对这一不足,对空心钢管混凝土进行了耐火实验研究,其中考虑了不同的空心率,并对中空注水对构件耐火性能的影响也进行了实验研究。实验结果表明：在相同的荷栽比下,构件的耐火时间随空心率先增大后减小。当空心率较小时,中空注水对构件耐火时间的提高作用不明显;当空心率较大时,注水对耐火时间的提高才体现出来。     

圆截面钢管混凝土柱的局部屈曲性能研究

在地震力作用下,钢管混凝土柱在塑性区域发生的局部屈曲会引起承载力下降并使钢管发生塑性形变,通过研究钢管混凝土柱的局部屈曲性能,使用能量法推出了屈曲应力的计算公式。分析结果表明:屈曲应力受钢管弹性模量的影响较大。对42根钢管混凝土柱进行了轴压试验,考虑了长细比、径厚比以及核心混凝土强度3个影响因素,通过将试验结果与计算结果进行对比,得到了钢管在塑性区域内发生屈曲时刻的切线模量。