方钢管再生混凝土柱滞回性能影响因素数值分析北大核心CSCD

为了研究方钢管再生混凝土柱的滞回性能,采用有限元软件ABAQUS开展了不同设计参数下37个足尺试件的有限元拓展分析,揭示了变化参数对滞回性能指标的影响规律。结果表明:基于滞回性能指标需求,再生混凝土可以应用于方钢管混凝土工程承重结构之中。随着含钢率的增加,滞回曲线饱满度、初始弹性阶段刚度、峰值承载力和延性逐渐增大。随着钢材牌号的增大,试件滞回曲线饱满度、峰值承载力逐渐增大,而初始弹性阶段刚度、延性受影响较小。峰值承载力、延性随轴压比的增大而减小,但在同一级加载位移下的耗能系数逐渐增大。随着长细比的增加,滞回曲线的饱满度越来越低,试件的峰值承载力、延性和同级加载位移下的耗能系数明显减小。随着高宽比的增加,初始弹性阶段刚度、峰值承载力和延性逐渐提高,但同级加载位移下试件的耗能系数逐渐减小。     

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。     

方钢管混凝土柱—钢梁节点抗震性能数值分析

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作了两类带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点,即栓焊连接和全对焊连接。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,通过低周反复加载有限元分析,研究两类节点的抗震性能,并对两类节点的滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能指标等进行对比分析。结果表明:栓焊连接节点由于螺栓的滑移致使节点的刚度较全对焊连接节点小,螺栓的滑移导致节点的屈服荷载较全对焊节点低,且全对焊节点与栓焊连接节点相比,承载力较大;两类节点滞回曲线均比较饱满,具有较好的耗能性能,由滞回曲线分析得出的耗能指标均满足结构抗震设计的要求,且全对焊连接节点的耗能能力大于栓焊连接节点的耗能能力,抗震性能优于栓焊连接节点。为钢管混凝土结构设计提供了理论依据。     

方钢管再生混凝土柱恢复力模型试验与分析

为研究低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的恢复力模型,以再生粗骨料取代率和轴压比为变化参数,设计并制作了6个试件,进行拟静力试验。观察试件的破坏形态,实测试件的滞回曲线,综合采用定点指向、位移幅值承载力突降、模型软化点等特殊处理方法,建立以相对屈服点、相对峰值点和相对破坏点为特征点并结合滞回曲线和卸载刚度的三折线荷载—位移恢复力模型。结果表明:试件破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,方钢管底部鼓曲破坏,再生混凝土底部被压碎。试件的滞回曲线比较饱满,且稳定性良好。建立的低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土构件的三折线恢复力模型与实测滞回曲线吻合较好,建议用于该类新型组合结构的弹塑性地震反应分析。     

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的滞回性能研究

为研究外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,基于外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点低周反复荷载作用下的试验结果和有限元的模拟,分析了两类试验节点的滞回特性,提出外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的三折线恢复力模型及其特征参数的取值范围,并给出恢复力模型表达式。结果表明,试件具有良好的耗能能力,建立的恢复力模型骨架曲线与试验值接近;有限元与试验所得的滞回曲线及骨架曲线在弹性阶段吻合较好,随着荷载的反复,两者之间的差异逐渐增大。     

方钢管再生混凝土柱恢复力模型试验与分析北大核心CSCD

为研究低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的恢复力模型,以再生粗骨料取代率和轴压比为变化参数,设计并制作了6个试件,进行拟静力试验。观察试件的破坏形态,实测试件的滞回曲线,综合采用定点指向、位移幅值承载力突降、模型软化点等特殊处理方法,建立以相对屈服点、相对峰值点和相对破坏点为特征点并结合滞回曲线和卸载刚度的三折线荷载—位移恢复力模型。结果表明:试件破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,方钢管底部鼓曲破坏,再生混凝土底部被压碎。试件的滞回曲线比较饱满,且稳定性良好。建立的低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土构件的三折线恢复力模型与实测滞回曲线吻合较好,建议用于该类新型组合结构的弹塑性地震反应分析。     

轻型方钢管再生混凝土柱轴压力学性能试验研究

进行了6个方形截面轻型钢管再生混凝土柱轴压力学性能试验,分析了混凝土材料类型,钢管壁厚及填充再生混凝土等参数对试件承载力,荷载-变形关系、荷载-应变关系、耗能及破坏形态的影响。研究结果表明:轻型方钢管再生混凝土柱轴压破坏时未发生明显弯曲破坏;在空钢管试件中填充再生混凝土可有效提高结构承载力和延性能力,但随着再生骨料取代量的提高,提高效果有所降低;轻型方钢管再生混凝土柱具有良好的承载力和延性,可应用于实际工程。     

钢管再生混凝土柱的耐火极限

介绍了考虑再生混凝土粗骨料取代率影响的再生混凝土热工参数模型和热-力本构关系,采用有限元软件ABAQUS对钢管再生混凝土柱进行实体单元建模,模拟火灾作用下该组合柱的力学特性与耐火极限,通过与试验结果的比较验证有限元模型的合理性,并在系统分析各主要参数影响规律的基础上提出钢管再生混凝土柱耐火极限的简化公式。研究结果表明:(1)有限元模拟钢管再生混凝土柱的温度场和耐火极限与实测结果总体符合,验证了提出的再生混凝土热工参数模型和热-力本构关系的正确性;(2)截面尺寸和长细比是影响钢管再生混凝土柱耐火极限的主要因素;(3)简化公式计算钢管再生混凝土柱的耐火极限与试验结果吻合较好。     

火灾后钢管再生混凝土柱轴压性能试验研究

对6个受火后的钢管再生混凝土柱进行轴压力学性能试验,研究混凝土材料和钢管壁厚对试件破坏形态、荷载-位移关系、荷载-应变关系的影响。研究结果表明:受火后的钢管再生混凝土柱的破坏形态为柱身向一侧弓起的屈曲破坏,且钢管上部变形严重;在钢管壁厚较小的情况下,混凝土材料对钢管混凝土柱的承载能力影响较大,但随着钢管壁厚的增加,混凝土材料影响比重迅速减小;钢管壁厚(含钢率)是影响钢管(再生)混凝土柱承载力的主要因素。     

方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲板连接节点抗震性能分析

在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲板式节点进行了低周反复荷载试验,以及在低周反复荷载下的抗震性能分析。结果表明:有限元分析得到的滞回曲线和骨架曲线与试验结果吻合较好;试件破坏为梁端破坏,塑性铰出现在梁端,在梁变截面附近出现了局部屈曲,也与试验结果一致。     

方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点抗连续性倒塌性能分析

以中柱失效工况下的方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点为研究对象,采用ABAQUS分析其抗连续性倒塌全过程工作机理,计算荷载-位移曲线、节点破坏形态等,分析了楼板在组合节点连续性倒塌过程中的作用,并对影响组合节点抗连续性倒塌性能关键参数进行分析。结果表明:该类组合节点倒塌大致分为弹性阶段、弹塑性阶段、拱效应阶段、塑性阶段、混合机制阶段、悬链线效应阶段。楼板的拱效应可提升节点初期承载力,同时钢筋的拉结作用可以增强节点悬链线效应,但拉结作用的发挥与抗剪连接件有关,因此在设计施工中应重视楼板与钢梁连接的设计,确保其连接可靠,并更好地利用楼板的拱效应与悬链线效应。通过参数分析可知,增加钢梁强度与钢梁翼缘、腹板的厚度可以显著提高组合节点抗连续性倒塌性能。楼板混凝土强度的增加仅提高节点倒塌初期的承载力。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能研究

建立了局部火灾下多层多跨矩形钢管混凝土柱-钢梁平面框架温度场和力学性能分析的有限元模型。在考虑楼板影响的基础上,研究了保护层厚度不同时钢管混凝土框架结构的温度场分布规律。研究了不同受火工况条件下钢管混凝土框架结构的变形和破坏规律、耐火极限状态、受火梁的内力状态以及结构耐火极限的规律。分析表明,梁保护层厚度影响钢梁温度分布形式;火灾下,框架结构发生了受火梁的整体屈曲破坏。     

五边形钢管混凝土巨型柱偏压性能计算分析

以大连国贸中心大厦五边形多腔体钢管混凝土巨型柱为原型,为研究截面构造对其偏压性能的影响,进行了2个不同截面构造的巨型柱模型偏心受压性能试验。试件编号分别为CF-Ⅰ和CF-Ⅱ。CF-Ⅰ为五边形四腔体无钢筋笼截面试件,CF-Ⅱ为五边形四腔体带钢筋笼截面试件。试验得到了2个试件的承载力、荷载-变形曲线及损伤破坏特征等。利用ABAQUS有限元软件对各试件进行了数值模拟,计算结果与试验符合较好;在此基础上,分析了外钢管钢板厚度、对称轴分腔隔板厚度、周边竖向肋板厚度对柱偏压性能的影响。研究表明:加设钢筋笼可提高试件的承载力和延性;增加外钢管钢板厚度提高试件承载力和延性的比例,明显大于增加腔体对称轴分腔隔板厚度提高的比例;提高腔内周边竖向肋板的厚度,可明显减轻试件损伤。     

震损后圆钢管混凝土柱-钢梁节点耐火性能数值分析

钢管混凝土结构已广泛应用于抗震设防地区,钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点作为目前工程中最常用的节点形式,该类节点在经历地震损伤后耐火性能的研究对灾后工程加固具有重要意义,采用低周往复加载方式模拟地震作用,通过合理选取地震损伤指数,建立了节点在经历不同损伤后下部柱单独受火和下部柱及刚梁下翼缘同时受火2种工况下的有限元模型。分析了节点在震损后的损伤积累、温度传递以及损伤指数和受火方式对节点耐火极限和破坏模态的影响。结果表明:随着震损程度的增大,耐火极限逐渐降低;不同受火方式对节点温度传导和破坏模态有较大影响。     

高温后钢管再生混凝土轴压短柱有限元分析

基于有限元软件ABAQUS建立了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的理论模型,其中再生混凝土的应力—应变关系考虑了再生混凝土骨料取代率和曾经历的最高温度的影响,计算了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的破坏形态、荷载—变形关系、承载力和组合弹性模量,计算结果与试验结果总体吻合较好。利用有限元模型对高温后钢管再生混凝土轴压短柱的荷载—变形关系进行了全过程分析,揭示了受力过程中钢管与核心再生混凝土关键位置的应力—应变关系及它们之间相互作用应力的变化规律。研究结果可为有关钢管再生混凝土结构的工程实践和规程制定提供参考。     

高温喷水冷却后方钢管再生混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究高温喷水冷却后方钢管再生混凝土的受力机理,设计了27个方钢管再生混凝土试件在高温喷水冷却后进行轴心受压加载试验。试验考虑的变化参数包括再生粗骨料取代率、历经最高温度和冷却方式。本文对试验的过程进行了简要的说明,观察了试件受力破坏的全过程,获取了荷载-位移曲线,峰值荷载并分析了特征点数据以及各变化参数对高温喷水冷却后方钢管再生混凝土短柱轴压性能的影响规律。试验结果表明:历经最高温度越高,试件破坏后核心混凝土的受损程度越严重。随着历经最高温度的不断提高,峰值荷载和轴压刚度整体呈下降趋势,温度在800℃时试件的延性最好,高温使得试件的耗能能力提高;随着再生粗骨料取代率的增加,峰值荷载的变化规律不明显,但取代率为75%的试件具有最高的峰值荷载,轴压刚度呈波动变化,取代率对延性影响较明显,对耗能影响较小;不同冷却方式对方钢管再生混凝土短柱的延性影响较大,对其它力学性能影响不显著。引入材料强度折减系数后,我国DBJ 13-51-2003规程和日本AIJ规程中计算方法可以较好地评估高温喷水冷却后方钢管再生混凝土短柱的轴心受压承载力。     

约束屈曲纵筋摇摆柱滞回性能研究∗

提出了一种新型约束屈曲纵筋摇摆柱构造,即在传统钢筋混凝土柱中采用约束屈曲纵筋代替普通钢筋并放松柱与基础的约束而形成的一种新型摇摆柱,并提出了相应的恢复力模型。对约束屈曲纵筋进行了单调受压试验和数值模拟,验证了约束屈曲装置对纵筋的约束功能并研究了钢筋直径、约束屈曲装置与钢筋间空隙对其约束功能的影响;对约束屈曲纵筋摇摆柱进行了数值模拟,研究纵筋直径以及轴压比对其滞回性能的影响。结果表明:约束屈曲纵筋摇摆柱的滞回曲线为典型旗帜型,其强度为混凝土部分强度和纵筋部分强度叠加,柱的摇摆发生在受拉侧纵筋屈服之后。通过设计可使结构在小震阶段不摇摆,中震阶段柱纵筋屈服结构发生摇摆。轴压比以及纵筋直径的增加都可以在不同程度增加约束屈曲纵筋摇摆柱的侧向承载能力。     

足尺再生混凝土柱偏压受力性能计算分析

为研究再生混凝土柱的受力性能,进行了系列足尺再生混凝土柱偏压性能试验。在4根足尺再生混凝土柱和2根足尺普通混凝土柱的偏压性能试验基础上,利用ABAQUS软件进行了非线性有限元分析,通过与试验结果对比验证了有限元模型的适用性,并深化研究了再生混凝土强度、配筋率、配箍率设计参数及受压偏心率对试件偏压性能的影响。结果表明:随着再生混凝土强度的提高,试件的刚度、承载力均相应提高;随着配筋率的提高,试件的承载力有明显提高;随着配箍率的提高,试件延性提高,承载力变化不明显;偏心率对试件受力性能影响相对较大,随着偏心率的增大,试件承载力降低、延性提高。     

内配型钢方钢管混凝土柱非均匀受火的耐火性能

在实际工程中,由于柱所处位置的不同,会形成单面受火、相对或相邻两面受火和三面受火等非均匀的受火边界条件。采用ABAQUS软件,计算了内配型钢方钢管混凝土柱非均匀受火时的温度场和耐火极限,发现非均匀受火时由于温度场分布的不均匀将会产生附加偏心距和附加挠度,其受火性能有别于均匀受火;同时,还计算了构件跨中接触应力和参数的变化。结果表明,柱的截面尺寸和细长比对柱的非均匀火承火能力影响较为显著。     

高温后钢管再生混凝土短柱的理论分析与试验研究

首先进行了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的试验研究,在分析试验结果的基础上提出了高温后核心再生混凝土的应力一应变关系模型,模型考虑了再生粗骨料取代率和曾经历的最高温度的影响;然后采用数值方法对高温后钢管再生混凝土轴压短柱的荷栽一变形全过程关系曲线进行了计算分析,数值计算结果得到试验结果的验证;最后利用数值方法系统分析了再生粗骨料取代率、曾经历的最高温度和约束效应系数等参数对高温后钢管再生混凝土短柱轴压强度系数的影响,并提出了相应的简化计算公式,轴压承载力的简化计算结果与试验结果基本吻合。