钢管混凝土构件轴向受拉机理和承载力研究

采用有限元软件ABAQUS建立了钢管混凝土柱的有限元模型,对10个钢管混凝土柱试件在轴向拉力作用下的受力行为进行了数值模拟,并通过与试验结果对比验证了模型的适用性和有效性。使用经验证的模型分析了轴向拉力作用下钢管混凝土构件的受力过程、破坏机理以及钢管和混凝土之间的相互作用,并根据分析结果提出了钢管混凝土构件受拉承载力简化计算公式。研究表明:钢管混凝土柱在轴向拉力作用下,钢管承担大部分拉力,最终的破坏形态为构件端部或者中部的钢管破坏;含钢率和钢材强度对钢管混凝土柱的抗拉承载力影响较大,而核心混凝土强度对抗拉承载力影响很小。     

爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应及破坏机理

方钢管混凝土柱是被广泛采用的组合构件之一。爆炸发生时产生的爆炸冲击波可能会对框架结构内部的方钢管混凝土柱造成严重破坏,然而目前对其动力响应及破坏机理的研究成果相对较少。本文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应和破坏机理进行了研究分析。建立了方钢管混凝土柱实体有限元模型,其中混凝土采用HJC模型,方钢管采用考虑应变率的塑性随动强化模型,爆炸荷载施加在柱子一侧表面。通过对方钢管混凝土柱的破坏过程的模拟,比较分析了其在不同＂比例距离＂下的动力响应和破坏形式,进而得出方钢管混凝土柱的破坏机理。在爆炸荷载作用下,方钢管对其核心混凝土有一定的约束作用,使其处于复杂应力状态之下,从而使混凝土强度得以提高,塑性和韧性同时得到改善;同时,由于混凝土的存在,延缓了方钢管柱底和柱顶过早地发生局部屈曲。随着＂比例距离＂的增大,柱中水平位移逐渐减小。结果表明,方钢管混凝土柱具有良好的延性、优越的抗爆性能,所提出的破坏机理可供结构抗爆设计的进一步研究参考。     

钢管混凝土动力性能研究新进展

简要介绍了国内外近年来在钢管混凝土包括钢管混凝土构件、钢管混凝土梁柱节点及钢管混凝土结构动力性能的部分研究工作。对研究成果在试验研究、计算方法和计算理论等方面进行回顾、分析和综合评述。并对钢管混凝土动力性能的进一步研究进行了展望。     

耗能-隔震柔性底层钢管混凝土-钢筋混凝土组合框架的实验研究

本文用钢管混凝土柱作为结构底层耗能柱、用承重墙和隔震器控制结构底层倒塌破坏,从而提出了一种新的耗能-隔震柔性底层结构体系。通过本文12根钢管混凝土柱和文献[7]中7根钢管混凝土柱的低周疲劳实验,初步确定了钢管混凝土柱地震损伤模型的参数;通过两个钢管混凝土-钢筋混凝土三层框架模型和一个纯钢筋混凝土三层框架模型的拟动力实验,研究和比较了两类结构体系的地震损伤。     

钢管混凝土-钢板深梁结构抗震试验与承载力计算

提出了钢管混凝土-钢板深梁结构,进行了4个钢管混凝土-钢板深梁结构模型试件的低周反复荷载试验,4个试件均由等截面钢管混凝土柱和等尺寸钢板深梁构成,各试件高宽比相同。4个试件的区别在于设置的钢板深梁道数不同,以重点研究钢板深梁对结构抗震性能的影响。分析了各试件的承载力、刚度及退化过程、延性、滞回特性、耗能和损伤与破坏过程等。基于试验,提出了承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。研究表明:钢管混凝土-钢板深梁结构,具有良好的抗震性能;钢板深梁与钢管混凝土设计参数应合理匹配,以实现强钢管混凝土柱和弱钢板深梁的延性屈服机制;钢管混凝土-钢板深梁结构可用于结构抗震设计。     

带防屈曲支撑的钢管混凝土框架抗震性能参数分析

设置防屈曲支撑的钢管混凝土框架是一种新型钢管混凝土减震结构。采用有限元软件Opensees对设置防屈曲支撑的单层单跨钢管混凝土减震框架进行数值模拟,研究了框架梁柱线刚度比、防屈曲支撑初始刚度以及钢管混凝土柱轴压比等设计参数对该减震结构抗震性能的影响。研究结果表明：1数值模拟和试验结果吻合较好,验证了有限元模型的正确性;2梁柱线刚度比在0.1~0.3之间变化时,钢管混凝土减震框架的抗震性能较好;3BRB耗能支撑的初始刚度K1在40~80kN/mm变化时,减震框架的耗能减震效应较明显;4在合理的钢管混凝土柱轴压比范围内,当轴压比较大时,在钢管混凝土框架中设置防屈曲支撑能明显地提高结构的耗能能力和改善结构的强度退化现象。     

装配式钢管混凝土组合剪力墙变形性能分析

通过3片装配式钢管混凝土组合剪力墙模型试验,研究了装配式钢-混凝土剪力墙的变形性能与破坏形态。对墙体纵向分布筋、钢管根部及混凝土应变进行分析,试验结果表明:在钢管屈服前,墙体混凝土应变基本呈线性分布,符合平截面假定,墙体表现出较好的变形能力;在钢管屈服后,底部墙体横截面混凝土应变差别较大,比较钢管与混凝土的平均应变,可得出其应变变化规律相似,说明钢管与混凝土的组合结构连接较好,没有发生相对滑移。     

钢管混凝土重力柱—混凝土核心筒结构静力弹塑性分析

以钢管混凝土柱框架—混凝土核心筒结构为背景,将钢管混凝土柱、钢框架梁、核心筒之间的刚性连接改为螺栓铰接,形成钢管混凝土重力柱—混凝土核心筒结构.运用有限元软件Canny建立数字模型,对新型结构进行3种不同侧向加载模式的pushover分析,根据能力谱法求出7度大震作用下的性能点,并与动力时程分析结果对比,得出倒三角形加...     

低周反复荷载下方钢管混凝土框架抗震性能的试验研究

通过对一榀两跨三层的方钢管混凝土组合框架在低周反复荷载作用下的模型试验，深入研究了方钢管混凝土组合框架的滞回性能、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。研究结果表明：方钢管混凝土结构的抗震性能优于混凝土结构。     

钢管混凝土框架-混凝土核心筒减震结构振动台试验研究

某超高层钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构因指标超限在设计中采用了耗能减震技术,为了检验该减震结构的抗震性能,制作了1/35的缩尺模型,通过在钢管混凝土框架设置阻尼器或不设置阻尼器,进行模拟地震振动台对比试验,研究了模型结构的动力特性和不同烈度地震作用下的加速度、位移和应变响应。研究结果表明:地震作用下,该钢管混凝土框架-混凝土核心筒减震结构与钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构相比,位移、加速度和应变响应均有一定程度的降低;罕遇地震作用下,通过设置耗能减震构件,层间位移角最大值从超过规范要求的1/84减低至满足规范要求的1/130,表明该减震结构具有更优良的抗震性能。     

ISO-834标准火灾作用后钢管混凝土的轴压刚度和抗弯刚度

火灾后钢管混凝土的轴压刚度和抗弯刚度是钢管混凝土结构变形性能和抗震分析的重要指标，也是火灾后钢管混凝土修复和加固的重要依据之一，本文利用数值方法计算了标准火灾作用后钢管混凝土轴压构件和纯弯构件荷载-变形关系曲线，分析了受火时间、材料强度、含钢率、截面尺寸等因素的影响规律，最后推导了标准火灾作用后钢管混凝土轴压刚度和抗弯刚度的简化计算公式，所得结果可供有关钢管混凝土结构工程设计时参考。     

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。     

装配式大跨度承重楼盖结构设计综合研究

跨度20 m以上的混凝土楼盖结构装配化方案优选是重要课题,对同一工程,分别采用混凝土井字楼盖、混凝土空腹网架楼盖、钢空腹夹层楼盖及焊接钢管桁架加混凝土板楼盖4种结构方案,分别进行了施工图设计与综合效益比较。结果显示:以焊接钢管桁架作为下部肋梁,上铺钢筋混凝土薄板组成的"吊装焊接钢管桁架加混凝土板楼盖结构"新体系安全性能高,造价低,可用性强,且适用于装配化施工,经济效益显著。     

钢管混凝土巨型斜交网格筒体结构非线性分析

钢管混凝土巨型斜交网格体系作为筒中筒结构的外筒,使筒体结构具有很大的抗侧刚度,其抗震性能的研究是迫切的需要.本文根据基于性能的抗震设计方法,采用PERFORM-3D软件的纤维模型对超高层钢管混凝土巨型斜交网格筒中筒结构进行了强震作用下的非线性分析,比较了结构在7、8、9度地震作用下的反应.结果表明该结构体系适用于较高抗震设防地区,为该结构体系的应用提供了依据.     

方钢管混凝土框架在低周反复荷载作用下的非线性有限元分析

本文建立了方钢管混凝土框架结构的三维非线性有限元分析模型,用以研究方钢管混凝土框架在低周反复荷载作用下的抗震性能。该模型考虑了钢与混凝土的粘结滑移作用。通过与方钢管混凝土框架结构在低周反复荷载作用下试验所得的滞回曲线和刚度退化曲线的对比,发现该模型的计算结果较为精确,可以应用于方钢管混凝土框架的结构分析中。同时由试验和有限元分析计算的结果也可以得出结论,方钢管混凝土框架具有较好的抗震性能。     

基于竖向承载力及能量阈值的建筑结构地震损伤准则

首先从竖向承载力角度,给出建筑结构地震倒塌破坏定义,并由此提出基于构件损伤指数的楼层损伤指数计算公式.然后在有关钢管混凝土构件低周疲劳试验基础上,对单步能量阈值与总滞回耗能线性组合的钢筋混凝土构件损伤准则进行修改,使之能够同时适用于钢筋混凝土构件与钢管混凝土构件地震损伤计算.算例表明,所建立的建筑结构地震损伤准则可靠、...     

ISO-834标准火灾作用后方钢管混凝土构件滞回性能试验研究

研究火灾后钢管混凝土结构的抗震性能，对于合理进行该类结构火灾后的修复具有重要意义。本文通过对6个ISO-834标准火灾作用后方钢管混凝土构件进行往复荷载作用下的荷载-变形滞回性能试验，探讨火灾作用后方钢管混凝土荷载-变形滞回曲线的特点以及刚度退化规律，并对火灾作用后方钢管混凝土压弯构件极限承载力和抗弯刚度计算方法进行了讨论。     

随机振动下大跨度钢管混凝土柱结构抗震性能测试方法

由地震等自然灾害引发的等级多变强随机振动会对大跨度钢管混凝土柱结构产生较大的破坏,造成相关建筑全结构寿命周期性衰减。提出一种随机振动下大跨度钢管混凝土柱结构的抗震性测试方法,在等级多变强随机振动的情况下,设计测试模型,利用信号的协方差矩阵将振动信号与噪声进行分离,通过计算振动信号的强度、后验密度及权值系数等对振动信号进行预处理,获取单一寿命衰减参数;在此基础上引入粒子群算法,求解大跨度钢管混凝土柱结构寿命衰减抑制周期,判断其抗震性。实验结果表明,按照大跨度钢管混凝土柱结构寿命衰减抑制周期的判断方法,可实现对相关建筑结构在等级多变强随机振动下的抗震性测试。     

考虑火灾全过程的钢管混凝土组合框架力学性能初步研究

为进一步研究真实火灾工况下钢管混凝土组合框架的抗火性能,基于有限元软件ABAQUS建立了单层单跨圆形钢管混凝土柱-组合梁平面框架经历火灾全过程的数值分析模型。通过合理选取热工参数,进行了组合框架在ISO-834标准升降温曲线下的热传分析,研究了组合框架钢管混凝土柱与组合梁截面温度场的变化规律;在热传模型的基础上,通过合理选取材料本构模型、单元类型、边界条件以及网格划分等,对经历常温加载、升温、降温以及火灾后的钢管混凝土柱-组合梁平面框架的力学性能进行初步探讨。结果表明,由于钢筋混凝土楼板在受火过程中的吸热与约束作用使组合框架在受火后仍具有较高承栽力。该方法可进一步完善钢管混凝土结构抗火分析理论,也可供实际工程应用参考。     

薄壁方钢管混凝土柱劲化设计及轴压性能探讨

对于薄壁方形钢管混凝土柱,有效且经济地提高柱的承载力、刚度和延性,增强其抵抗局部屈曲的能力是目前的一项重要研究课题。据此,进行8个薄壁方形钢管混凝土轴压试件的研究,比较普通薄壁钢管混凝土柱与劲化薄壁钢管混凝土柱的轴压极限承载力、延性性能、局部屈曲模态及相应耗钢量,研究表明:劲化设置在增加较少用钢量的情况下,使钢管壁对核心混凝土的约束作用相对于普通钢管混凝土柱和单纯加设约束拉杆的钢管混凝土柱更趋均匀,提高了整体约束效应,混凝土强度得以提高,本构关系明显改善。从而增加了钢管混凝土柱的轴压承载力和延性,改变了钢管的局部屈曲变形状态,其实用效益与经济效益极其可观,具有良好推广价值。