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。     

钢管约束型钢混凝土框架短柱的抗震性能与设计方法

进行了8个钢管约束型钢混凝土框架短柱的抗震性能试验研究,包括3个圆形钢管约束型钢混凝土柱、3个方形钢管约束型钢混凝土柱和2个普通型钢混凝土对比试件的试验研究。试验中的主要参数为轴压比。试验结果表明,相同用钢量条件下,钢管约束型钢混凝土超短柱的抗剪承载力、延性、层间变形能力和耗能性能明显优于型钢混凝土柱。钢管约束型钢混凝土柱和型钢混凝土对比试件都发生了明显的粘结破坏;因此在设计中应在型钢的翼缘外侧设置抗剪连接件。对钢管的弹塑性应力分析结果表明,水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管在下降段屈服。根据试验结果和钢管应力分析结果建立了钢管约束型钢混凝土柱的抗剪承载力公式,提出了设计建议,可为工程实践提供参考。     

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。     

方钢管混凝土柱的延性系数

在空钢管中填充混凝土可以避免或延缓钢管早地发生局部屈曲,可以有效地提高构件的延性,从而增强构件的抗震性能,本文研究钢管混凝土桩的延性性能,本文首先提出方钢管混凝土柱延性系数的计算方法,然后,在大规模参数分析结构的基础上,考察了轴压比,长细比,含钢率,钢材屈服极限和混凝土抗压强度等参数对延性系数的影响规律,本文的研究成果可供有关工程实践参考。     

高轴压比下圆钢管钢渣混凝土柱抗震性能试验研究

通过2根圆钢管普通混凝土柱与5根圆钢管钢渣混凝土柱在高轴压比下的水平低周反复加载试验,研究圆钢管钢渣混凝土柱的轴压比、钢管壁厚、钢渣砂替代率和长细比对其破坏形态、滞回耗能能力、骨架曲线、延性及耗能、刚度退化的影响规律。研究结果表明:钢渣混凝土试件破坏过程和破坏形态与普通混凝土试件基本相同,主要表现为钢管底部鼓曲的压弯破坏;所有试件滞回曲线饱满,无明显“捏缩”现象;高轴压比试件存在明显承载力突降现象,合理的径厚比（钢管直径/钢管壁厚）对高轴压比试件承载力突降有明显改善作用;低轴压比试件延性系数大于4.0,高轴压比试件延性系数介于1.57～3.76之间,轴压比增大,试件延性下降;试件破坏时等效粘滞阻尼系数ξ_eq介于0.259～0.437之间;建议采用《钢管混凝土混合结构技术标准》（GB/T51446－2021）或《钢管混凝土结构技术规程》（DBJ/T13－51－2010）计算地震作用下钢管钢渣混凝土柱压弯承载力,但高轴压比钢管钢渣混凝土柱计算结果需乘以折减系数0.8。     

钢桁架(ST)约束混凝土组合柱抗震性能研究

目前,组合柱在建筑结构中进行了广泛应用和研究,研究表明:截面形式对组合柱的抗震性能有很大影响。首先,对钢桁架(ST)约束混凝土组合柱进行了试验研究。并在此基础上,利用有限元软件ABAQUS建立了数值分析模型;其次,基于数值分析模型,分析了组合柱中各部件的应力应变状态,分别考察了轴压比、缀板排列方式、体积配箍率、角钢肢宽与肢厚等因素对柱抗震性能的影响;最后,给出了组合柱在不同抗震等级下轴压比限值的建议值,可为后续组合柱的研究提供参考。研究表明:随着轴压比的增大,组合柱的延性变差,承载力先增大后减小;合理的缀板排列方式可有效抑制角钢的局部屈曲;随着体积配箍率的增大,组合柱的承载力有一定提升,延性提高较为显著;随着角钢肢宽和肢厚的增加,组合柱的承载力和延性均有显著提升。     

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。     

加劲T形钢管约束混凝土柱滞回性能研究

异形柱框架结构较传统框架结构能有效地改善建筑内部的使用空间,但目前应用较多的钢筋混凝土异形柱结构在抗震性能方面限制较严,制约了其进一步的推广和应用。加劲钢管约束混凝土异形柱可有效提高核心混凝土的约束作用,改善其滞回性能。为研究加劲T形钢管约束混凝土柱的滞回性能,进行了2个T形组合柱的压弯滞回性能试验研究。试验结果表明:外包钢管越长,试件的承载力和延性也相应越高;相比T形钢筋混凝土柱,T形钢管约束混凝土柱的刚度、承载力以及耗能性能均明显提高;对拉钢筋加劲肋能有效限制钢管局部屈曲和阴角处钢管与混凝土脱开。提出了适合T形钢管约束混凝土柱的数值分析程序并将数值程序计算所得的水平荷载-位移曲线与试验曲线对比,吻合较好。     

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。     

基于位移的方钢管混凝土柱抗震设计方法研究

对基于位移的方钢管混凝土柱抗震设计方法进行了研究：介绍了基于位移抗震设计方法的概念、原理和设计的一般过程；探讨了方钢管混凝土柱的等效刚度、等效阻尼等设计中的关键问题，并确定了参数的具体取值；最后对方钢管混凝土柱进行了具体的基于位移的抗震设计，并研究了主要参数的影响。结果表明：在通常范围内，第二阶段刚度系数对滞回阻尼比影响不大；随着轴压比的增加，钢管壁厚度增加，柱延性系数增加；随着截面尺寸增加，钢管壁厚度减小，屈服弯矩也减小。     

大跨度钢管混凝土拱桥抗震性能指标研究

高轴压比钢管混凝土墩柱的试验结果对钢管混凝土拱肋具有较大的借鉴意义。为明确大跨度钢管混凝土拱桥的抗震性能指标,研究了高轴比钢管混凝土构件的破坏过程及延性性能。以弯矩作为性能指标将高轴压比钢管混凝土构件的试验破坏过程分为轻微损伤、有限损伤与严重损伤3个阶段,结合钢管混凝土截面性能状态的数值分析,探讨了高轴压比钢管混凝土构件的破坏机理。结果表明:高轴压比钢管混凝土构件具有一定的可用延性;提出了以计算等效屈服弯矩作为抗震性能指标,适当利用延性和实现钢管混凝土拱桥的有限损伤抗震设计,并给出了与有限损伤相关的截面性能状态及参数。研究成果弥补了规范在此方面的不足,可供高烈度地震区大跨度钢管混凝土拱桥抗震设计时参考。     

反复荷载下矩形钢管混凝土柱的抗震性能Ⅰ:试验研究

本文介绍了16根1/2比例的矩形钢管混凝土柱在常轴力和侧向低周反复荷载作用下的抗震性能试验研究，描述了构件的非线性发展过程及破坏形态，研究了不同试验参数（包括柱的轴压比、截面长宽比、含钢率、加载方向等）对矩形钢管混凝土柱抗震性能的影响。本文的工作可为矩形钢管混凝土结构的工程实践及相关标准的编制修订提供参考。     

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。     

内圆外方复合钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

为研究内圆外方复合钢管混凝土柱的轴压承载力,完成了10个试件的轴心受压试验。试验结果表明:达到峰值承载力时,方钢管纵向已屈服、横向尚未屈服;试件的破坏形态为方钢管向外鼓曲、沿纵向局部撕裂,方钢管与圆钢管之间的混凝土已经酥松、局部压碎;大部分试件即使纵向平均压应变达到0.11,尚能承担不小于其峰值承载力70%的轴力;压缩刚度的计算值平均为实测值的83.6%。采用钢管仅提供轴压承载力、不提供横向约束的假定计算得到的试件的轴压承载力,与试验结果符合最好。     

锚定式方钢管混凝土柱与钢梁节点抗震性能试验研究

通过低周反复加载试验对6个锚定式方钢管混凝土柱-H形钢梁节点进行了试验研究,研究了不同轴压比情况下节点的破坏模式、延性、耗能性能、强度及刚度退化等。试验结果表明,破坏之前节点具有良好的滞回性能、延性及耗能能力,满足现行抗震规范的要求。锚定式方钢管混凝土梁柱节点可以用于拉力较小的节点。文中提出了有关的设计建议。