考虑剪切变形的半刚性连接钢框架P-Δ效应研究

在综合考虑剪切变形和梁柱节点连接半刚性影响的基础上,给出了框架柱的抗侧移刚度公式。当不考虑剪切变形时对本文给出的公式进行简化可得到相关文献中的公式,但本文给出公式的应用范围更广。数值算例表明:剪切变形对框架结构的P-Δ效应影响显著,与不考虑剪切变形相比,考虑剪切变形的影响所计算的层间侧移的差值已超出工程上可接受的5%的误差范围;剪切变形降低了结构的抗侧移刚度,增大了层间侧移值,应引起高度的重视。本文所编制的计算表格不仅可供工程设计人员用于前期方案阶段的估算,而且可作为对平、立面均规则的钢框架结构电算结果的校核程序使用。     

高温后方钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

本文进行了6个高温后方钢管再生混凝土柱试件和1个常温对比试件的拟静力试验,研究再生粗骨料取代率、受热温度和套箍指数对试件表观变化、破坏形态和抗震性能的影响。结果表明:高温后钢管表面氧化而呈现暗红色;在常温和高温作用下的试件破坏形态相似,均为钢管底部发生鼓曲破坏;除套箍指标较小的试件外,所有试件的滞回曲线比较饱满,变形满足抗震延性需求;上述这些受再生粗骨料取代率的影响不大,而受热温度影响显著,其中受热温度300℃时的损伤严重、性能劣化最为突出。     

局部屈曲FRP增强薄壁钢管混凝土抗震性能

为了研究FRP(Fiber Reinforced Polymer)增强薄壁钢管混凝土的抗震机理,提出FRP约束钢管局部屈曲应力-应变关系并建立FRP约束钢管恢复力模型,在此基础上建立FRP增强薄壁钢管混凝土柱滞回模型,开展FRP增强薄壁钢管混凝土柱拟静力试验以验证滞回模型的合理性,同时考查FRP布置方式对柱体抗震性能的影响,利用滞回模型对FRP增强薄壁钢管混凝土的耗能机理进行分析。研究表明,薄壁钢管局部屈曲所导致的强度退化是柱体抗震性能劣化的主要原因,基于纤维力学特性合理设计FRP的增强方式可有效提升柱体的抗震性能。CFRP宜采用环向约束方式抑制薄壁钢管的局部屈曲;GFRP宜采用纵向抗弯方式提高柱体大变形下的承载能力。FRP增强薄壁钢管混凝土的耗能主要由钢管承担,在本文研究参数范围内,薄壁钢管耗能占比超过80%,混凝土耗能介于10%～20%,纵向FRP耗能小于8%,对薄壁钢管实施有效约束后,其耗能可提高40%以上。     

高强钢筋钢纤维混凝土框架中节点抗震性能试验研究

为研究配置高强钢筋梁柱节点抗震性能同时改善配置高强钢筋所引起的框架节点梁筋滑移量大的问题,在混凝土中加入钢纤维应用于节点的不同范围,对2个配置HRB600/HRB400钢筋的普通混凝土节点和2个配置HRB600钢筋的钢纤维混凝土节点进行低周反复荷载试验,探究钢筋强度、钢纤维范围对框架中节点抗震性能的影响。对比分析框架中节点的破坏特征,研究节点耗能能力、累积损伤、位移延性、梁筋滑移量等抗震性能指标。研究结果表明,所有试件均发生节点核心区剪切破坏,提高节点的梁钢筋等级能够显著提高节点的承载能力和耗能能力,但梁筋滑移量增加。在节点构件中采用钢纤维混凝土整体增强或局部增强均能够有效减少裂缝宽度和梁筋滑移,改善配置HRB600钢筋节点的破坏形态和滞回性能,提高耗能能力和延性性能,减轻累积损伤程度并减缓刚度退化。     

方钢管型钢再生混凝土组合柱轴压性能试验研究

为研究方钢管型钢再生混凝土组合柱轴压性能,设置了长细比、再生骨料取代率、再生混凝土强度、型钢配钢率和方钢管宽厚比等参数,对13个试件进行单调静力加载试验,观察试件破坏过程及破坏形态,获取试件荷载-位移和荷载-应变曲线,分析设计参数对组合柱轴压受力性能的影响。结果表明:试件的破坏顺序均为型钢首先被压屈,随后再生混凝土被压碎,最后的破坏是因为钢管外表面发生鼓屈而丧失轴压承载力;提高长细比、钢管宽厚比和再生粗骨料取代率,组合柱轴压承载力的最大降幅分别为10.7%、24.8%和9.9%;相反,提高再生混凝土强度和型钢配钢率,组合柱的轴压承载力最大提高幅度分别为19.7%和14.3%;总体上看,试件均表现出较高的承载力和良好的变形能力。在此基础上,参考国内外相关规程,采用叠加原理,建立了方钢管型钢再生混凝土组合柱的轴压承载力公式,并验证了计算公式的有效性。     

方钢管混凝土柱延性的实验研究

针对结构抗震设计对延性的要求,对不同轴压比、长细比和混凝土标号的7根方钢管混凝土柱试件进行了低周反复加载实验,得到了框架柱的荷载位移曲线、骨架曲线以及各阶段的荷载位移值,据此分析了各种因素对方钢管混凝土柱延性的影响.实验结果表明:剪力滞引发了方钢管混凝土柱的塑性铰,塑性铰的扩展是柱端承载力下降的根本原因,增大轴压比将引起塑性铰更早出现,进而降低框架柱的延性和水平抗剪能力;增大长细比可以延缓塑性铰出现,提高柱的延性和耗能能力,但是水平抗剪能力下降;提高混凝土强度等级可以降低大轴压比、大长细比带来的不利因素.实验结果与有限元计算数据吻合良好.     

带肋方钢管混凝土短柱承载力及延性研究

为研究设置加劲肋与增加壁厚对方钢管混凝土短柱承载力及延性的改善效果,在总用钢量不变前提下对无肋、单肋、双肋6个方钢管混凝土短柱进行了轴压试验,分析试件荷载-位移曲线、破坏特征和延性性能;同时采用ANSYS有限元软件对带肋方钢管混凝土短柱的荷载-位移曲线进行了计算,其结果与试验基本吻合。结果表明:设置加劲肋可延缓管壁的屈曲,增加试件的延性,但不能够提高试件的极限承载力;加劲肋宽厚比愈大,管壁的鼓屈发生越晚,对核心混凝土的约束效应愈低;同等壁厚条件下,单肋试件与双肋试件受力性能相当。     

外包波纹钢-混凝土组合梁与波纹钢-钢管混凝土柱节点抗震性能研究

基于课题组研发的外包波纹钢-混凝土组合梁与波纹钢-钢管混凝土柱,本文提出一种组合结构的节点形式,并进行了该类节点试件的低周往复荷栽试验.对节点的破坏模态、滞回曲线、骨架曲线、耗能、延性、节点核心区应变进行了分析,对该类节点变形组分及变化规律进行了研究,结果表明:试件最终为梁端塑性角区弯曲破坏,延性系数为2.45,等效黏...     

钢框架-预制再生混凝土结构抗震性能有限元分析

为分析钢框架-预制再生混凝土墙板结构体系在低周反复荷载作用下的抗震性能及其受力机理,在拟静力试验研究的基础上,采用ABAQUS程序展开非线性分析,重点分析并对比了各试件的滞回曲线、骨架曲线、变形特征,有限元分析结果与试验结果吻合较好。在此基础上,考虑墙板厚度、再生混凝土强度等级、高跨比、轴压比4个影响参数,进行参数扩展分析。研究结果表明:钢框架-预制再生混凝土结构的极限承载力随墙板厚度的增加和再生混凝土强度的提高而增大,墙厚从80mm增加到110mm时,结构极限承载力提高了12.8%;再生混凝土强度从C25增加至C40时,结构极限承载力增加了9.0%;随着高跨比的增加,结构的初始刚度和极限承载力都显著减小,高跨比从1.048增加到1.238时,极限承载力降低了17.37%;而钢柱轴压比变化对结构的初始刚度和极限承载力影响不显著。研究结果可为钢框架-预制再生混凝土墙板结构体系的进一步研究及其工程应用提供一定的参考依据。     

预应力钢框架梁柱节点抗震性能研究

为减少钢框架结构在地震作用下的残余变形和损伤,提出一种新型预应力钢框架梁柱节点。梁柱通过预应力钢绞线进行拼接,当拼接处弯矩超过节点的临界张开弯矩时,梁柱节点张开;卸载后节点在预应力作用下重新闭合,实现自复位功能。采用理论与试验相结合的方法,先研究了预应力钢框架梁柱节点的基本构造和工作机理,推导出梁端剪力、轴力以及弯矩表达式,建立起节点弯矩-转角关系理论分析模型。然后对3个试件进行低周往复加载试验,分析预应力和抗滑移系数对节点抗震性能的影响。试验结果表明,施加预应力能明显提高节点的抗弯能力并减小其残余变形,使试件具有一定的自复位能力;预应力节点耗能系数β_E满足大于0.25的基本要求;基于试验结果,利用ABAQUS软件对试件进行非线性有限元分析,二者吻合较好。     

环形钢管混凝土直杆抗弯性能研究

针对离心法生产的环形钢管混凝土桩,外径Ф400、内径Ф220,钢管厚度6mm,钢管材料Q235B,混凝土强度等级C80,运用试验和理论分析方法研究其弯曲性能.试验表明,钢管与混凝土端部界面无滑移,协同工作性能良好,弹性极限弯矩290kNm,相应的挠跨比1/450;塑性极限弯矩394kNm,相应的挠跨比1/100;在挠度达到跨度的1/30时,弯矩-挠度曲线仍然处于上升阶段,最大试验弯矩430kNm,相应的延性系数15.运用材料力学原理,忽略两种材料界面间的粘结滑移,认定受拉区混凝土开裂退出工作,推导建立其塑性抗弯承载力计算方法,计算值与试验值基本吻合.研究表明,环形钢管混凝土桩具有很高的抗弯承载力和优越的弯曲延性,具有良好的抗震性能.     

塑料内管的方中空夹层钢管混凝土柱轴压性能研究

为了研究塑料制品代替钢管作为方中空夹层钢管混凝土中的内管对其轴压性能的影响,设计了内管为PVC管、PPR管、圆钢管的方中空夹层钢管混凝土试件共5根,对所有试件进行了轴压试验;并分析了其整体、核心混凝土、内管的破坏形态、荷载-纵向应变关系曲线及组合弹性模量,试件的轴压全过程运用有限元软件ABAQUS模拟。结果表明:PVC管受到压力时呈脆裂破坏,而PPR管和圆钢管有较好的抵抗塑性变形的能力;按极限承载力和组合弹性模量由大到小的排列是:钢内管试件,PPR内管试件,PVC内管试件;有限元模型能够较好地模拟所有试件的前期刚度和钢内管试件的极限承载力;PVC管和PPR管在轴压全过程中承担的轴向荷载及其与混凝土的相互作用几乎为零。     

新型波纹缀板-方钢管混凝土组合柱轴压性能研究

提出一种新型波纹缀板-方钢管混凝土组合(CSTCB)柱,是在柱四角布置方钢管并沿高度方向焊接波纹缀板形成钢骨架,向腔体内灌注混凝土而成。为研究CSTCB柱的轴压性能,对两个不同缀板间距的试件进行了轴心受压试验,并采用ABAQUS软件进行了有限元模拟。在比较试件破坏形态的基础上分析了试件受力机理,探讨了钢管壁厚、混凝土强度、钢材屈服强度和缀板间距对CSTCB柱承载力的影响。研究表明:CSTCB柱具有较高的承载力和延性,波纹缀板与钢管形成的钢骨架对混凝土有较强的约束作用,破坏形态为方钢管屈服及混凝土压碎;有限元计算结果与试验较为吻合,且增大钢材强度、钢管壁厚以及混凝土强度均能有效提高试件的承载力,但试件的延性随着混凝土强度的增大而降低。基于相关规范公式,建议了CSTCB柱的轴压承载力计算公式。本文研究对新型组合柱的工程应用具有一定参考价值。     

蜂窝钢管混凝土抗侵彻性能实验研究

为了研究蜂窝钢管混凝土的抗侵彻性能,采用125 mm口径滑膛炮开展了蜂窝钢管混凝土靶侵彻实验共6发,获得了不同工况时靶板破坏形态及侵深数据,分析了蜂窝钢管混凝土的典型破坏形式,对比了不同弹靶尺寸因数时靶板破坏形式的区别以及着靶点和钢管壁厚对蜂窝钢管混凝土抗侵彻能力的影响。同时,对7组不同壁厚的六边形钢管混凝土和3组六边形无钢管混凝土柱进行了单轴压缩实验,研究了不同壁厚时六边形钢管对核心混凝土强度及延性的增强效应,拟合了核心混凝土强度增强因数同围箍因数的关系,并改进普通混凝土侵深的经验公式,得到了适用于蜂窝钢管混凝土的最大侵深计算公式。结果表明：钢管壁厚是影响侵深的重要因素,壁厚越大,侵深越小;着靶点位置对侵深的影响较复杂,具有离散性;着靶点位置对靶体表面破坏形式影响较大;钢管可以有效增加核心混凝土的强度和延性;改进后的侵深计算公式可以预测弹体对蜂窝钢管混凝土靶的最大侵深。     

方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴压性能非线性分析

在方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴心受压试验研究的基础上,选择合理的再生混凝土和钢材本构模型,结合现有结构非线性分析理论,采用Abaqus有限元软件建立该组合短柱的有限元模型,并对该短柱轴压性能进行全过程非线性分析。主要研究其破坏形态、应力分布及荷载-应变关系曲线,分析再生骨料取代率、方钢管宽厚比、型钢配钢率和再生混凝土强度对该短柱轴压性能的影响规律,并将其与试验结果进行对比,同时对短柱进行有限元参数分析。结果表明,有限元计算结果与试验结果吻合较好,该有限元模型能较好地模拟方钢管型钢再生混凝土组合短柱轴压性能;组合柱轴向承载力随再生骨料取代率的增加而有所降低,而随方钢管宽厚比、型钢配钢率和再生混凝土强度的增加而增加。总体上看,该组合短柱承载力高,变形能力较好,研究结论可为方钢管型钢再生混凝土组合柱的工程应用提供一定参考。     

混凝土柱-波纹钢板混凝土组合梁节点抗震性能研究

基于课题组研发的外包波纹钢板混凝土组合梁,提出了一种新型混凝土柱-波纹钢板混凝土组合梁连接节点形式,并进行了该类节点试件的低周往复荷载加载试验,对该类节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性与耗能、变形组成成分与变化规律进行了研究.结果表明:试件最终在梁端理想塑性铰区发生弯曲破坏,实现了塑性铰外移,滞回性能较好,具有良...     

高温影响的钢管混凝土柱抗爆性能研究

火灾与爆炸通常相伴发生,对工程结构安全造成了严重威胁。为研究高温下钢管混凝土柱抗爆性能,采用ABAQUS有限元软件建立了ISO 834标准火灾作用下钢管混凝土柱抗爆模型。在验证有限元模型可靠性基础上,首先分析了标准火灾作用下钢管混凝土柱抗爆工作机理;其次重点研究了受火时间、材料强度、含钢率以及爆炸当量对构件在标准火灾下抗爆性能的影响。研究结果表明:火灾作用下两端固结的钢管混凝土柱受爆炸荷载时,柱两端首先发生剪切破坏,随后整体发生受弯破坏;随着受火时间增加,钢管耗能占比降低,混凝土塑性变形逐渐成为主要耗能机制;混凝土强度、爆炸当量与轴压比对钢管混凝土柱高温下抗爆性能影响明显,当混凝土立方体抗压强度从30 MPa增加到50 MPa,常温与受火90 min构件抗爆性能分别提高约21%与42%。     

型钢-钢板混凝土组合墙抗震性能试验研究

提出一种型钢–钢板混凝土组合墙,为了研究其抗震性能,设计制作该形式的型钢–钢板混凝土组合墙进行拟静力试验。通过改变试件的轴压比、剪跨比,研究其在低周往复载荷作用下的受力机理、滞回性能、刚度退化及耗能能力等。试验结果表明:试件的破坏形态为压弯破坏,组合墙两端方钢管正面及侧面发生撕裂,两侧底部钢板屈曲严重,混凝土压溃;随着轴压比减小,试件具有更好的塑性变形能力和耗能能力,剪跨比对组合墙的抗震性能影响较小。     

钢管约束再生混凝土柱的变形性能及承载力计算

为研究钢管约束再生混凝土柱的变形性能和承载力,以再生粗骨料取代率、钢管截面形式、套箍系数为主要参数,制作了33个柱试件进行轴压试验。试验结果表明:圆形截面柱呈腰鼓状斜剪压破坏,方形截面柱呈斜压破坏;钢管截面形式、套箍系数比再生粗骨料取代率对柱构件极限承载力和变形能力的影响更明显;圆形截面柱的承载力稳定性、变形能力、耗能能力要优于方形截面柱。利用现有规范计算方法进行承载力计算发现,DL/T5085-1999标准适用于圆形截面柱的轴压承载力计算,DBJ 13-51-2003、CECS 159:2004、GJB 4142-2000标准适用于方形截面柱的轴压承载力计算。     

预应力混凝土箱梁横向框架效应有限元分析

以预应力混凝土箱梁桥顶板纵向开裂为工程背景,以箱梁顶板与腹板交接处两个角点的转角为基本未知量,基于箱梁纵向一维单元,利用最小势能原理推导出箱梁横向框架效应有限单元法的单元刚度矩阵,及相应的单元等效节点力,对比计算表明,该有限单元法计算精度与理论分析基本一致。实桥分析表明：现行规范计算箱梁角点弯矩相对安全,对于中点弯矩相对偏于不安全,设计过程不充分考虑混凝土箱梁横向框架效应可能导致顶板的纵向开裂。本文提出的有限单元法具有概念简单、运算速度快等优点,弥补了目前商业程序的不足,对工程设计具有一定的参考意义和推广价值。