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。     

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。     

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。     

方钢管再生混凝土柱恢复力模型研究

为研究方钢管再生混凝土柱的滞回特性,进行了3根钢管再生混凝土柱和1根普通钢管混凝土的拟静力试验,分析了再生骨料替代率、含钢率及轴压比对柱抗震性能的影响。结果表明,柱的滞回曲线形状较为饱满,具有良好的变形能力及耗能能力;再生骨料替代率对柱的承载力、延性、耗能能力和刚度退化影响不大;含钢率对柱抗震性能的影响较为明显,含钢率越大,柱的抗震性能越好;增大轴压比可以提高柱的水平承载力,但会降低柱的延性和耗能能力。基于试验结果,提出了适合于方钢管再生混凝土柱的“定点指向”三折线恢复力模型,并给出了恢复力模型的表达式。该模型计算结果与试验结果相接近,可供方钢管再生混凝土柱非线性地震反应提供参考依据。     

T形钢管再生混凝土柱抗震性能的有限元非线性分析

为研究T形钢管再生混凝土柱在低周反复荷载作用下的抗震性能,在选择合适材料本构关系的基础上,采用有限元软件ABAQUS,模拟得到了3根不同再生骨料取代率下T形钢管再生混凝土柱的荷载-位移曲线,通过滞回曲线分析了不同替代率对试件水平承载力、延性和耗能能力的影响,并将轴压比、含钢率和钢材强度作为变化参数,用建立的有限元模型对T形钢管再生混凝土柱的抗震性能进行非线性分析。研究结果表明,不同取代率对试件的滞回曲线影响不大,所有柱的滞回曲线都非常饱满,说明T形钢管再生混凝土柱具有良好的抗震性能;轴压比对试件骨架曲线影响较大,随着轴压比的增大,试件水平承载力逐渐减小,且下降幅度变大,表现出更差的延性;含钢率对试件初始刚度和抗震性能影响很大,含钢率越大,试件初始刚度也越大,水平承载力和抗震性能也越好;钢材强度对试件的初始刚度影响不大,强度越大,试件的水平承载力越高,抗震性能越好;研究成果可供异性截面钢管再生混凝土结构的推广使用提供参考。     

低周反复荷载作用下外包钢套加固方钢管混凝土柱试验研究

通过3根方钢管混凝土框架柱试验,研究了外包钢套加固后柱的抗震性能,进行了柱加固和加固后的低周反复试验,探讨了不同钢套厚度对外包钢套加固柱抗震性能的影响。通过分析柱的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、极限承载力、耗能能力及刚度退化等参数可知,外包钢套固柱的破坏形态仍为压弯破坏,该方法显著提高了柱的承载力和刚度,抗震性能得到了很大提高,说明外包钢套加固是一种合理且有效的抗震加固方法。提出了外包钢套加固方钢管混凝土柱的受弯承载力计算公式,计算与实测结果吻合较好。     

圆钢管全再生粗骨料混凝土柱抗震性能试验研究

为研究圆钢管全再生粗骨料混凝土柱的抗震性能,进行了圆钢管全再生粗骨料混凝土柱在竖向荷载和水平反复荷载下的拟静力试验,试验参数为含钢率和轴压比。通过各试件的破坏形态和破坏过程,分析了含钢率和轴压比对滞回曲线、刚度退化、耗能性能等抗震性能的影响。结果表明,钢管全再生粗骨料混凝土柱和普通圆钢管混凝土柱的破坏过程、破坏模式基本相同。含钢率越大,试件的水平承载力、延性越好;随着轴压比的增大,试件的水平承载力、耗能性能有增大的趋势,但试件的延性逐渐降低,可知圆钢管全再生粗骨料混凝土柱具有良好的抗震性能。     

异形钢管再生混凝土柱抗震性能有限元研究与影响因素分析

为研究T形钢管再生混凝土柱在不同影响因素下的滞回性能,以再生骨料取代率为变化参数,进行了3根试件的有限元模拟分析。基于已建立的模型,进行了轴压比、含钢率及钢材强度为参数的有限元分析。根据模拟得到滞回曲线和骨架曲线,分析了设计参数对位移延性系数、承载力、刚度和耗能能力等抗震指标的影响。研究结果表明,T形钢管再生混凝土柱的滞回曲线较为饱满,从梭形逐步发展到弓形;随着再生骨料取代率的增大,柱的极限承载力和塑性变形能力有所下降,但影响较小;随着轴压比的提高,柱的极限承载力减小,延性变差;随着含钢率的增高,柱的水平承载力和变形能力提高;钢材强度的提高对柱的抗震能力起到有益作用;基于结构滞回性能指标的要求,T形钢管再生混凝土柱可用于实际工程的需要。     

钢管自密实再生混凝土短柱偏压受力性能研究

通过14根钢管自密实再生混凝土偏压短柱静力试验,研究了再生骨料替代率、膨胀剂掺量、含钢率和偏心距对钢管自密实再生混凝土偏压短柱受力性能的影响,得到了偏压试件的破坏形态、弯矩—曲率曲线、荷载—应变曲线、承载力、延性系数和耗能系数等数据,分析了各因素对偏压试件承载力、延性系数和耗能系数的影响规律。研究表明:增加含钢率可以增大试件的极限承载力、延性系数及耗能系数。掺加一定量的膨胀剂会使得试件极限承载力提高,延性系数和耗能系数降低。而增加再生骨料替代率会使试件的极限承载力降低,延性系数有提高趋势,耗能系数提高。增加偏心距,极限承载力降低。     

方钢管再生混凝土短柱轴压力学性能有限元分析

为进一步探讨方钢管再生混凝土轴压短柱的力学性能,在试验研究的基础上,采用非线性有限元软件ABAQUS对试验短柱的荷载-位移曲线进行了数值模拟,验证了有限元分析模型的正确性。将钢材强度、再生骨料取代率和钢管壁厚度作为变化参数,用该模型对方钢管再生混凝土短柱轴压力学性能进行了非线性分析。研究表明,钢材强度对试件荷载-位移曲线幅值与形状均有影响,提高钢材强度会增大试件极限承载力,而曲线下降段更平缓;再生骨料取代率主要影响试件极限承载力,随着再生骨料取代率的增大,极限承载力略有减小;钢管壁厚度对试件荷载-位移曲线的影响较大,随着钢管壁厚度的增大,试件极限承载力和加载初期刚度均有所增大,但试件延性变化不大。     

空心钢球钢管混凝土短柱轴压力学性能试验

为研究轻型圆钢管混凝土柱在轴压荷载作用下的受力性能,通过在沿钢管混凝土柱轴向■和■部位内置空心钢球,减轻试件自重,并以试件的空心率、径厚比为试验变量参数,研究其对轻型钢管混凝土柱轴压承载力的影响及试件破坏特征,并与普通钢管混凝土柱进行了对比分析。结果表明,与实心钢管混凝土柱受力机理类似,带有空心钢球的钢管混凝土柱在承受轴向荷载作用时,荷载-位移曲线主要分为弹性、弹塑性和强化3个阶段;试件空心率越大,钢管混凝土柱的极限承载力越低,荷载-位移曲线的弹塑性阶段越短,合理设置空心钢球可以达到钢管混凝土柱的轻量化与极限承载力小幅调整的目的;钢管壁厚越大,钢管混凝土柱的承载力相应提高。根据试验结果回归拟合后提出了内置空心钢球的钢管混凝土轴压短柱承载力计算公式,计算值与试验值符合良好,说明该计算公式可适用于内置空心钢球的钢管混凝土柱。     

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。     

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。     

方钢管混凝土柱脚延性影响因素的正交试验分析

基于方钢管混凝土框架柱抗震性能试验实例,运用正交试验方法,研究轴压比、含钢率、长细比3个因素在不同水平下对柱脚延性系数的影响。分析表明,轴压比和含钢率对柱脚延性系数具有显著影响,长细比对延性系数有一定的影响。试件延性最好的因素组合为A1B3C1.     

方钢管混凝土柱脚延性影响因素的正交试验分析

基于方钢管混凝土框架柱抗震性能试验实例,运用正交试验方法,研究轴压比、含钢率、长细比3个因素在不同水平下对柱脚延性系数的影响。分析表明,轴压比和含钢率对柱脚延性系数具有显著影响,长细比对延性系数有一定的影响。试件延性最好的因素组合为A1B3C1。     

基于钢管再生混凝土轴压短柱承载力规程比较的可靠度分析

本研究将国内外设计规程中有关钢管混凝土柱轴压承载力的计算方法,用于计算钢管再生混凝土轴压短柱承载力,并将计算结果与试验结果(其中包括21根方钢管再生混凝土柱以及49根圆钢管再生混凝土柱)相比较,找出与实验值最为接近的计算公式,并利用一次二阶矩法(JC法)进行可靠度校准.结果表明:采用规范CECS28-2012给出的轴压承载力计算公式计算钢管再生混凝土短柱的轴压承载力,试件在大部分荷载作用下,能够满足《建筑结构可靠度设计统一标准》有关承载能力极限状态可靠指标的要求。     

粘贴TiO2接枝改性亚麻纤维对胶合木柱轴压性能的影响

以樟子松锯材为基材制作27根正方形普通胶合木柱(柱横截面尺寸100 mm×100 mm、柱长700 mm,倒角半径为5 mm),其中3根为对照柱(未粘贴增强材料);采用101号亚麻纤维坯布制作的TiO2接枝改性亚麻纤维布为增强材料,以螺旋间隔、螺旋连续、环向间隔、环向连续粘贴形式粘贴3层和6层制作增强胶合木柱各3根(24根);应用量程100 mm的位移计测量试件在轴压状态下的整体位移,设置应变片测量试件加载过程中的变形量;在2000 kN微机控制电液伺服万能试验机上进行轴压性能试验,测试并计算破坏形态、极限承载力、延性系数及荷载-位移、荷载-应变曲线,分析不同粘贴层数和粘贴形式的TiO2接枝改性亚麻纤维对胶合木柱轴心受压性能的影响.结果表明:采用改性亚麻纤维增强胶合木柱,可提高其极限承载力与刚度.当粘贴层数相同时,连续粘贴形式对胶合木柱的承载力提高幅度,大于间隔粘贴形式;而环向粘贴形式的增强效果,优于螺旋粘贴形式.在粘贴形式相同时,平均极限承载力随着改性亚麻纤维布粘贴层数的增加而提高.增强柱平均延性系数提高幅度介于10.22％～68.17％之间,其中间隔粘贴组的延性系数随层数的增加而减小,而连续粘贴组的延性系数随粘贴层数的增加而增大.     

圆钢管型钢再生混凝土长柱轴压下受力性能的分析

【目的】采用有限元分析圆钢管型钢再生混凝土组合长柱在轴向荷载作用下的受力性能,为其工程应用提供技术支持。【方法】在前期试验的基础上,结合非线性分析理论,采用Abaqus有限元软件对圆钢管型钢再生混凝土组合长柱的轴压性能进行数值模拟,观察试件的破坏过程及特征,获取其应力云图及轴向荷载-应变曲线;并在此试验结果的基础上,对长柱进行了有限元参数拓展分析。【结果】随着钢管径厚比的增大,长柱试件承载力降幅约为6.0%,且刚度明显降低。增大型钢配钢率时,其承载力提高了4.4%左右,但延性提高明显。随着钢管和型钢强度的增大,长柱承载力提高幅度为4.3%和4.5%左右,对试件变形能力的影响不明显。此外,提高再生混凝土强度,长柱承载力提高幅度最大可达13.9%,但其延性性能降低。【结论】利用Abaqus模拟圆钢管型钢再生混凝土组合长柱的轴压受力性能是可行的,同时也表明该组合柱具有较高的承载力和良好的延性变形能力。     

基于纤维模型的圆钢管混凝土柱的抗震性能

基于纤维模型宏观单元和开源软件Open SEES,对圆钢管混凝土柱在低周静力反复荷载下的荷载–位移滞回曲线进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好;以含钢率、轴压比、材料强度为参数,数值模拟了这些参数对圆钢管混凝土柱滞回骨架曲线的影响,分析了各参数对圆钢管混凝土柱的抗震性能的影响。结果表明,随着含钢率的提高,柱的承载力、弹性阶段刚度会相应提高;随着轴压比提高,其延性降低,其抗震性能变差;随着钢材强度的提高,试件的承载力也会随之提高;对于非高强混凝土,其强度对试件最大承载力、弹性阶段刚度影响不明显。