方钢管混凝土柱加固后抗震性能试验研究

方钢管混凝土柱是框架结构主要抗侧力构件,决定着整个建筑的抗震性能。为改善方钢管混凝土柱抗震性能,提出了外包碳纤维布和外包钢套加固柱的方法。通过低周反复荷载作用下3根加固方法不同的方钢管混凝土柱的试验结果,对比了外包碳纤维布和外包钢套加固柱2种方法的加固效果,分析了相应的加固机理。通过对试件滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、承载力和刚度退化等抗震性能指标分析结果表明,碳纤维布加固对承载力和刚度提高不明显,但明显改善了试件的延性,从而提高了试件的抗震性能;外包钢套加固在提高柱承载力、刚度及抗震性能方面均具有显著效果;从提高承载力和耗能能力来看,外包钢套用于方钢管混凝土柱的抗震加固效果更优。     

低周反复荷载下方钢管再生混凝土框架柱损伤试验研究

为了更加深入的了解地震作用下方钢管再生混凝土框架柱的损伤演化过程,设计制作了4根方钢管再生混凝土框架柱模型,通过改变加载制度、轴压比和含钢率进行了低周反复荷载试验。通过观察试件的破坏失效过程得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力退化及耗能能力,并从损伤的角度出发分析了不同设计参数及加载制度对方钢管再生混凝土框架柱抗震性能的影响。研究结果表明,试件在地震作用下的损伤进程分为无损伤、损伤稳定发展及损伤急剧发展3个阶段;随着加载的持续进行,试件的损伤逐步加大,使得其承载力和刚度不断下降,从而导致试件的变形能力降低。该研究结果可供建立方钢管再生混凝土地震损伤模型作为参考,并为揭示损伤对方钢管再生混凝土柱力学性能的影响提供试验支撑。     

碳纤维布加固方钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为了研究碳纤维布加固方钢管混凝土柱的抗震性能,基于现行设计规范,按1∶2比例制作了3根方钢管混凝土柱试件模型,其中1根为对比试件,另外2根先经碳纤维布加固,再进行低周水平荷载破坏试验,考察了轴压比对碳纤维布加固效果的影响。试验结果表明,碳纤维布加固提高试件极限承载力幅度较小,但能明显改善试件的延性性能,提高其耗能能力,增强了抗震性能;轴压比对碳纤维布加固效果有一定影响,随着轴压比的增大,碳纤维布加固后的方钢管混凝土柱的极限承载力提高幅度越大,但位移延性系数提高率越小,耗能能力下降;从提高极限位移、延性和耗能能力来看,碳纤维布加固方钢管混凝土柱是一种有效的加固方法。     

往复水平荷载下钢管再生混凝土柱的抗震性能试验

为研究方钢管再生混凝土柱在往复水平荷载作用下的抗震性能,基于现行设计规范,制作了4根方钢管再生混凝土试件进行拟静力加载试验,研究了再生骨料替代率、含钢率和轴压比这3种参数对试件抗震性能的影响。通过观察各试件的破坏过程和破坏形态,分析其滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力及刚度退化规律发现：所有试件破坏形态都为柱脚的鼓曲破坏,与普通钢管混凝土柱相同;随着再生骨料替代率的上升,柱的极限承载力、延性系数及耗能能力都有所降低,但降幅不大;含钢率越大,柱的极限承载力明显提高,延性和耗能能力亦有所增加,抗震性能显著增强;轴压比对柱的极限承载力和延性有一定程度影响,轴压比越大,极限承载力越大,延性反而越差;从承载力、延性及耗能能力来看,在合理的轴压比和含钢率的前提下,方钢管再生混凝土柱具有较好的抗震性能,可用于抗震设防区。     

方钢管混凝土柱-钢梁节点静力性能试验研究

通过对4个隔板贯穿式方钢管混凝土柱-钢梁连接节点试件的静力性能试验研究,揭示此类节点的受力机理和破坏形态,探讨梁端翼缘两侧的侧板、钢管柱的宽厚比以及隔板的外伸长度等因素对节点承载力和传力机理的影响.试验结果表明,该类节点具有受力明确,传力途径清晰的特点;宽厚比的改变对节点承载力的影响不大,但对于节点板剪应变的影响较大;梁端翼缘两侧增加侧板可以减缓隔板与梁相交的角隅处应力集中现象,使塑性铰出现梁上,远离脆弱的梁端焊接区,提高了节点的延性.     

碳纤维布加固方钢管混凝土柱恢复力模型研究

通过对3根方钢管混凝土柱低周反复荷载试验,得到了碳纤维布加固柱的滞回曲线和强度退化规律,分析了轴压比对碳纤维布加固试件抗震性能的影响。试验结果表明,碳纤维布加固能增强方钢管混凝土柱的抗震性能,是一种有效的加固方法。基于试验结果,采用回归分析的方法建立了碳纤维布加固方钢管混凝土柱的恢复力模型,并详细描述了该模型的滞回规则。该模型的骨架曲线由弹性段、硬化段、退化段组成三折线骨架曲线,给出了骨架曲线各阶段刚度计算公式。比较试验骨架曲线与计算值可知,两者较为符合,所提出的恢复力模型能较全面的反映试件的实际受力性能,可供碳纤维布加固钢管混凝土柱及其结构非线性地震反应分析及抗震加固应用。     

钢管再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能非线性有限元分析

为了研究钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点的抗震性能,基于已进行的试验,在选取合适的本构关系后,选用大型有限元软件ABAQUS对试验中的不同再生骨料取代率下框架节点进行非线性分析;并在已建立的模型的基础上,改变轴压比和梁柱线刚度比参数,探究不同试验参数对节点抗震性能的影响。研究结果表明,将理论计算得到的滞回曲线和实测滞回曲线对比后发现吻合较好,钢管再生混凝土柱-钢梁节点具有较好的耗能能力,不同骨料取代率对节点的抗震性能影响不明显;轴压比对节点弹性阶段无明显影响,增大轴压比不利于节点的后期承载力;梁柱线刚度比越大,有利于节点的初始刚度和承载能力的提高;研究成果可为该类节点的工程实际应用提供理论支撑。     

水平低周反复荷载作用下钢管混凝土框架柱的非线性有限元分析

介绍了矩形钢管混凝土柱的三维非线性有限元分析方法,建立了钢管混凝土框架柱的三维非线性有限元模型,利用此模型对在低周反复荷载作用下不同轴压比的钢管混凝土框架柱进行有限元分析,通过与在低周反复荷载作用下的钢管混凝土框架柱的实测滞回曲线、骨架曲线及位移延性进行对比,表明该模型的计算结果较为精确,可以应用于钢管混凝土的整体框架结构分析中,为进一步开展钢管混凝土柱的研究提供基础.     

芯钢管连接的方钢管混凝土中节点低周反复荷载有限元分析

对方钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接的半连通芯钢管节点在低周反复荷载作用下的受力性能进行有限元分析。分析结果显示,节点核心区内芯钢管及环箍对节点强度的补充,使得该节点具有较好的强度和延性。由滞回性能分析可知,该类节点的滞回曲线呈纺锤形,具有较好的耗能能力。     

方钢管再生混凝土长柱轴压力学性能试验研究

以再生骨料取代率、含钢率、长细比以及不同再生骨料种类为参数,通过试验得到了试件破坏形态、荷载—位移、荷载—应变等数据,试验结果表明:加再生砖骨料的钢管再生混凝土柱与一般钢管再生混凝土柱相比在弹性段没有差异,但在下降段轴压刚度下降较快,当砖含量为50%时承载力和刚度均下降较多,含钢率越高抵抗变形的能力越强,承载力越高。     

钢管混凝土柱与钢梁节点抗震性能研究

节点是诸多构件的力流交汇之处,节点的受力模式较之于一般构件更为复杂,特别是地震作用下的节点受力尤为复杂,所以节点的合理与否直接关系到结构的安全可靠性.本文通过对4个方钢管混凝土中柱与钢梁外加强环式节点的拟静力试验,研究节点在不同轴压比条件下节点的破坏特征、破坏机理和抗震性能等.试验结果表明节点具有良好的耗能能力,在达到极限强度后强度及刚度退化缓慢,具有较好的延性和变形能力.     

方钢管混凝土轴压短柱承载力非线性有限元分析

采用大型通用有限元分析程序ABAQUS进行了方钢管混凝土轴压短柱力学性能模拟,分析了各个阶段构件的承载能力。结果表明:有限元计算的极限荷载和荷载-平均纵向应变曲线与试验结果符合较好,说明网格划分、边界条件、材料本构关系的选取基本正确,适用于钢管混凝土短柱的非线性分析。     

矩形钢管再生混凝土柱-工字形钢梁框架边节点的抗震性能试验

为研究矩形钢管再生混凝土柱-工字形钢梁框架节点的抗震性能,基于现行规范,按照1/2的缩尺比例设计2个节点模型。这2个节点模型分别填充再生骨料取代率为50%、100%的核心混凝土,考察了不同再生骨料取代率对节点抗震性能的影响,进行了低周反复荷载破坏试验并详细观察了节点模型在加载过程中的破坏形态。通过分析试验相关实测数据可知,矩形钢管再生混凝土柱-工字形钢梁框架节点的破坏形态表现为梁段形成塑性铰的弯曲破坏,满足了"强柱弱梁"的延性抗震设计要求;钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点具有良好的延性和耗能能力,可在抗震设防区推广使用;2个试件的滞回曲线相差不大,不同再生骨料取代率对该类型节点的抗震性能不产生明显影响。     

CFST低周反复荷载作用下的力学性能数值模拟

为将混凝土损伤塑性模型应用于钢管混凝土柱(CFST)在低周反复荷载作用下的受力性能分析,合理选取钢材和混凝土的本构关系模型,利用有限元软件ABAQUS中混凝土损伤塑性模型,对方钢管混凝土短柱进行有限元模拟,绘制了荷载-位移曲线,并在此基础上对钢管混凝土柱进行了参数分析,研究了柱的轴压比、宽厚比和核心混凝土强度对方钢管混凝土短柱受力性能的影响。研究表明,轴压比和宽厚比对方钢管混凝土短柱的受力性能影响较大。     

方钢管再生混凝土框架柱的非线性有限元分析

为进一步研究方钢管再生混凝土框架柱在地震反复荷载下的抗震性能,基于试验结果,选择合理的材料本构关系及破坏准则,采用有限元软件ABAQUS对试验中框架柱的抗震性能进行非线性分析,得到其荷载-位移滞回曲线。在此基础上对方钢管再生混凝土框架柱进行了参数分析,分析了核心混凝土等级、再生骨料替代率这2个参数对框架柱抗震性能的影响。研究结果表明,该模型的计算结果较为准确,计算得到的荷载-位移滞回曲线与试验实测结果吻合较好;提高核心混凝土等级,试件的承载力提高明显,但后期变形能力差,延性较差;增大再生骨料替代率可以明显改善试件的延性,但会降低试件所能达到的极限荷载。研究结果可供实际工程需要及试验设计参考。     

方钢管再生混凝土柱-钢梁节点的抗震性能试验与影响因素分析

为了研究方钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点在不同影响因素下的抗震性能,基于现行设计规范,以再生骨料取代率、粘结滑移、混凝土等级为设计变化参数,设计并制作了4根节点模型并进行了拟静力试验。详细观察了破坏过程,得到了实测滞回曲线。基于试验数据,详细分析了各设计变化参数对节点承载力、刚度、位移延性系数及耗能能力的影响程度。研究结果表明,各变化参数下的节点模型在破坏形态上都表现一致,均表现出钢梁翼缘的断裂破坏;不同再生骨料取代率对节点抗震性能影响不大;粘结滑移有否对节点抗震性能影响极小;混凝土等级越高,节点承载能力随之变大,但变形能力变差。研究成果可为方钢管再生混凝土柱-钢梁结构的推广和应用提供理论参考。     

方钢管再生混凝土柱的抗震性能试验及设计参数影响分析

为了定量分析不同因素对方钢管再生混凝土柱在低周反复荷载下抗震性能指标的影响,选择再生骨料取代率、含钢率和轴压比为设计变化参数,开展了4根框架柱的拟静力试验。详细观测了框架柱破坏过程中及破坏后的形态,分析了实测滞回曲线,探究了设计变化参数对框架柱承载力、刚度、位移延性系数及耗能能力等抗震性能指标的影响规律。研究表明,方钢管再生混凝土柱的破坏形态同普通钢管混凝土柱相类似,都是柱底部钢管鼓曲、漆皮脱落及核心混凝土被压碎;随着再生骨料取代率的增大,柱的不同阶段的承载力、刚度、延性性能及耗能能力均有所降低;含钢率的增大对试件的位移延性系数、承载力、刚度、耗能能力起到有益作用;随着轴压比的提高,试件的延性性能及耗能能力有所降低,但其极限承载力、刚度却有所增加。     

新型钢管混凝土柱板节点偏压性能研究

研究的新型钢管混凝土柱板节点,避开了以往传统节点的局限性,具有连接方便、施工简易、降低造价等优点.在对该节点的轴压研究的基础上,着重展开了对其偏心受压性能的试验研究.共设计了15个节点试件,进行了11个试件的偏压试验和4个试件的轴压对比试验.讨论了荷载偏心距、混凝土强度等级、环筋配筋率以及钢管柱横截面积等因素对该节点偏压承载力的影响,探讨了该节点偏心受压的受力机理和力学性能,并结合该节点轴压承载力计算公式和现行混凝土规范中的局压承载力公式提出了一套适合该节点偏压承载力计算的设计公式,为实际设计提供了定量的依据.     

方钢管混凝土柱-钢梁外隔板节点三维非线性有限元研究

采用通用有限元软件Ansys8.0,对一种新型方钢管混凝土节点进行三维非线性有限元数值模拟和不同强度等级的填充混凝土对节点受力性能影响分析,并与大尺度模型实验结果进行对比.分析结果表明:填充混凝土强度对节点的水平承载力有较大影响,随着混凝土强度的提高,节点的水平承载力增加;节点区域应力分布均匀.考察了不同钢管混凝土柱轴压比对节点力学性能地影响.结果表明:梁端先出现塑性铰,柱的刚度远大于两梁的刚度;节点区域混凝土应力分布均匀,没有出现压溃现象.有限元分析结果与模型试验结果拟合较好,证明了新型节点的可行性和合理性,有一定的工程应用价值.     

方钢管再生混凝土短柱有限元分析

为了研究方钢管再生混凝土短柱的力学性能,在考虑再生骨料取代率、偏心距2个变化参数的基础上,设计了15个试件进行单调一次加载试验。利用ABAQUS有限元分析软件计算方钢管再生混凝土短柱不同影响因素下的极限承载力,并提出方钢管再生混凝土短柱轴压和偏压承载力计算公式。结果表明:理论计算结果与试验实测结果吻合较好。