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螺旋加劲薄壁方钢管混凝土叠合构件轴压性能及参数影响研究

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建筑科学 2022年第1期38卷 25-32页

作者：王振山雷震李浩炜李哲韦俊西安理工大学土木建筑工程学院陕西西安710055 苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215009

薄壁钢管混凝土经济性能优势明显,但受到局部屈曲的影响,变形能力发生严重退化。本文基于螺旋加劲肋新型约束形式,提出了螺旋加劲薄壁方钢管混凝土叠合构件,通过试验研究发现:设置螺旋加劲肋可以较好约束薄壁钢管,增强构件局部抗屈曲能... 详细信息

薄壁钢管混凝土经济性能优势明显,但受到局部屈曲的影响,变形能力发生严重退化。本文基于螺旋加劲肋新型约束形式,提出了螺旋加劲薄壁方钢管混凝土叠合构件,通过试验研究发现:设置螺旋加劲肋可以较好约束薄壁钢管,增强构件局部抗屈曲能力,承载力和变形能力得到提高。在试验的基础上,对该叠合柱进行数值分析,研究了钢管宽厚比、加劲肋宽厚比和钢筋直径的影响规律,得到减小钢管宽厚比或增大钢筋直径可提高叠合柱承载力,但钢筋与外混凝土需要满足厚度匹配原则,加劲肋宽厚比的改变对构件性能影响不显著。最后,在数值分析的基础上,给出了设计建议。

关键词：薄壁钢管混凝土轴压性能螺旋加劲肋叠合构件数值分析

带肋薄壁钢管混凝土框架梁柱端板连接节点试验研究

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建筑结构学报 2011年第8期32卷 69-78页

作者：王静峰郭水平陈莉萍合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510640 中国五洲工程设计有限公司北京100053

进行了4个带肋薄壁钢管混凝土梁柱端板连接节点的静力试验。试件的钢管由厚度为1.5 mm或3.0 mm的冷弯薄壁型钢组合而成,高强螺栓端部焊接50 mm长的螺纹钢筋。分析了端板类型、钢管壁厚度对节点破坏模式和连接的弯矩-转角关系特征等的影... 详细信息

进行了4个带肋薄壁钢管混凝土梁柱端板连接节点的静力试验。试件的钢管由厚度为1.5 mm或3.0 mm的冷弯薄壁型钢组合而成,高强螺栓端部焊接50 mm长的螺纹钢筋。分析了端板类型、钢管壁厚度对节点破坏模式和连接的弯矩-转角关系特征等的影响,研究节点的承载力、刚度、延性和各组件关键部位的应变分布规律,提出了节点区柱壁加厚和螺栓锚固加强等合理构造措施。试验研究表明:端板类型和钢管壁厚度对薄壁钢管混凝土框架梁柱端板连接节点的受弯承载力和初始刚度影响较大;节点破坏模式主要有端板弯曲变形、受拉螺栓被拔出、柱壁受拉螺栓孔处鼓曲撕裂、单边螺栓端部钢筋被拉断等;节点具有部分强度、半刚接、良好延性等特性,其连接转动能力超过美国规范FEMA350规定的连接极限转角0.030 rad。

关键词：薄壁钢管混凝土端板连接静力试验弯矩-转角关系破坏模式

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方形薄壁钢管混凝土轴压短柱约束模型的建立

工程力学 2012年第9期29卷 157-165,176页

作者：陈勇董志峰张耀春中国建筑东北设计研究院有限公司沈阳110006 沈阳建筑大学土木工程学院沈阳110168 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

为了对薄壁钢管混凝土轴压短柱在外部钢管屈曲后仍能达到较高极限承载力的试验现象与有限元分析结果进行理论解释,通过薄板的大小挠度理论,推导出计算四边夹支和两边夹支两边简支钢板屈曲后受力性能的公式;得到管壁屈曲后对内部混凝土... 详细信息

为了对薄壁钢管混凝土轴压短柱在外部钢管屈曲后仍能达到较高极限承载力的试验现象与有限元分析结果进行理论解释,通过薄板的大小挠度理论,推导出计算四边夹支和两边夹支两边简支钢板屈曲后受力性能的公式;得到管壁屈曲后对内部混凝土产生的主动约束力,进而利用约束混凝土模型求得钢管中受约束混凝土极限压应力值;从理论上解析了薄壁钢管混凝土柱在外部钢管屈曲后仍能达到较高极限承载力的机理,给进一步的薄壁钢管混凝土柱理论分析研究提供了依据。

关键词：薄壁钢管混凝土轴压短柱极限承载力屈曲后约束混凝土

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薄壁钢管混凝土-高强钢筋搭接式桥墩柱脚的抗震性能

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薄壁钢管混凝土-高强钢筋搭接式桥墩柱脚的抗震性能

作者：夏泽鹏重庆大学

学位级别：硕士

钢管混凝土承载力高、延性好、抗震性能优越,作为桥墩在中小跨径桥梁具有广阔的应用前景。然而,钢管混凝土桥墩与混凝土基础的连接复杂,是困扰工程界的难题。本文采用高强锚固钢筋替代传统钢管埋入式基础,提出两种新型薄壁钢管混凝土桥... 详细信息

钢管混凝土承载力高、延性好、抗震性能优越,作为桥墩在中小跨径桥梁具有广阔的应用前景。然而,钢管混凝土桥墩与混凝土基础的连接复杂,是困扰工程界的难题。本文采用高强锚固钢筋替代传统钢管埋入式基础,提出两种新型薄壁钢管混凝土桥墩柱脚形式:高强钢筋搭接式柱脚和钢筋混凝土外包式柱脚,并针对提出桥墩柱脚开展抗震性能试验研究与数值分析。结果表明高强钢筋搭接式柱脚的滞回性能较好;钢筋混凝土外包式柱脚的承载力较高,但塑性变形能力、延性和滞回性能较差。工作主要内容如下:(1)完成了8个高强钢筋搭接式薄壁钢管混凝土柱脚的拟静力试验研究,主要参数包括轴压比和径厚比。基于已有试验结果,通过数据分析了轴压比和径厚比对高强钢筋搭接式薄壁钢管混凝土柱脚的抗震性能的影响规律。(2)基于已有试验数据建立了高强钢筋搭接式柱脚有限元模型,模型计算结果与试验结果吻合较好,在此基础上进行了应力分析和参数化分析。参数包括混凝土强度、纵筋强度、纵筋配筋率、径厚比、长径比和纵筋锚固长度,研究参数对于高强钢筋搭接式柱脚抗震性能的影响规律。(3)完成了4个钢筋混凝土外包式钢管混凝土柱脚的拟静力试验研究,主要参数包括核心混凝土有无配置纵筋和外包钢筋混凝土厚度。基于已有试验结果,通过数据分析了有无配置纵筋和外包钢筋混凝土厚度对钢筋混凝土外包式柱脚的抗震性能的影响规律。(4)通过有限元分析软件ABAQUS建立有限元模型,有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,在此基础上进行了应力分析和参数化分析。参数包括柱子长径比、纵筋屈服强度、纵筋配筋率、钢管径厚比、钢筋混凝土外包层高度、钢筋混凝土外包层厚度,研究参数对于钢筋混凝土外包式柱脚抗震性能的影响规律。(5)基于已有试验数据和现有规范,对现有规范承载力计算方法进行修正,提出了高强钢筋搭接式柱脚和钢筋混凝土外包式柱脚的截面承载力计算方法,并与试验结果进行对比。

关键词：薄壁钢管混凝土高强钢筋桥墩柱脚抗震性能截面承载力

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薄壁钢管混凝土短柱基本力学性能研究

薄壁钢管混凝土短柱基本力学性能研究

作者：金周华侨大学

学位级别：硕士

在传统的钢管混凝土工程中,经常采用的是管壁较厚的钢管混凝土。已有的工程经验表明,在钢管混凝土工程中采用薄壁钢管,可以减少钢材用量,减轻焊接工作量,达到降低造价的目的。但是薄壁钢管在轴向荷载下容易发生局部屈曲,尤其是截面形状... 详细信息

在传统的钢管混凝土工程中,经常采用的是管壁较厚的钢管混凝土。已有的工程经验表明,在钢管混凝土工程中采用薄壁钢管,可以减少钢材用量,减轻焊接工作量,达到降低造价的目的。但是薄壁钢管在轴向荷载下容易发生局部屈曲,尤其是截面形状为方形或矩形时。参照钢结构处理局部屈曲的方法,可沿薄壁钢管混凝土管壁纵向设置加劲肋,利用加劲肋的抗弯刚度为板件的面外提供约束变形的支撑点,从而提高板件发生局部屈曲的临界应力。本文主要通过试验和理论分析对设肋和不设肋薄壁矩形钢管混凝土结构的变形和受力性能进行了研究,主要包括以下几个方面: (1)分别以板件宽厚比、加劲肋的抗弯刚度和焊接方式以及加荷方式为研究对象,进行了10根薄壁方钢管混凝土短柱轴压力学性能的试验研究。以荷载偏心率、截面高宽比、肋的焊接形式为主要变化参数,进行了11根带肋和不带肋薄壁矩形钢管混凝土短柱偏压力学性能的试验研究。考察了薄壁钢管混凝土在轴压和偏压作用下的力学性能,并分析了各参数对试件力学性能的影响。 (2)采用有限单元法对轴压、偏压构件的荷载-变形全过程曲线进行了数值计算,计算结果与试验结果吻合较好,说明了本文有限元分析的可靠性。在此基础上,通过分析计算,回归了完全加劲时加劲肋所需要的刚度计算公式,并对带肋、不带肋薄壁钢管混凝土力学性能进行了系统研究。研究表明,加劲肋的设置能够有效改善薄壁钢管混凝土的局部屈曲性能,增强钢管对核心混凝土的约束作用,从而提高构件的轴压承载能力,但对延性的影响很小。 (3)采用有限单元法对偏压带肋和不带肋构件受力过程中核心混凝土的应力分布、钢管的破坏模态进行了研究,分析了荷载偏心率、截面套箍系数和加劲肋的设置对力学性能的影响。 (4)将本章和已有试验结果与国内外常见的规程计算结果进行了比较,并在参数分析和试验研究的基础上,建议了带肋和不带肋薄壁钢管混凝土短柱在轴压和偏压受力状态下的承载力实用计算方法,其计算结果得到试验结果的验证,可为有关工程实践提供参考。

关键词：薄壁钢管混凝土加劲肋轴压偏压试验研究有限元

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薄壁钢管混凝土短柱轴压的有限元分析与研究

薄壁钢管混凝土短柱轴压的有限元分析与研究

作者：张义群大连海洋大学

学位级别：硕士

钢管混凝土作为一种新型的组合结构,与现代施工技术工业化的要求相符合,作为承重柱越来越广泛地应用于高层及超高层建筑中。为防止因焊接造成层状撕裂,本文采用薄壁钢管替代厚壁钢管,更好地发挥了两种材料的优点。本文运用ANSYS有限元... 详细信息

钢管混凝土作为一种新型的组合结构,与现代施工技术工业化的要求相符合,作为承重柱越来越广泛地应用于高层及超高层建筑中。为防止因焊接造成层状撕裂,本文采用薄壁钢管替代厚壁钢管,更好地发挥了两种材料的优点。本文运用ANSYS有限元软件对薄壁圆形钢管混凝土短柱轴心受压性能进行了研究,在数值计算的基础上给出简单实用的薄壁钢管混凝土短柱轴心受压承载力的解析公式。本文主要包括以下几个方面工作:1.首先对结构单元类型的确定、材料本构关系的选取、网格划分密度、加强收敛的方法等问题进行了分析。分析表明ANSYS有限元模拟方法计算精度和准确性高,可以作为本文研究的基础方法。2.通过引用前人的试验数据,自行设计了部分构件,将ANSYS有限元模拟计算结果与引证材料进行对比。结果表明ANSYS有限元分析对于薄壁钢管混凝土短柱轴心受压承载力研究计算是可行性。3.通过ANSYS有限元模拟结果得出了核心混凝土承载力提高系数与构件约束效应系数之间的关系曲线,运用线性回归方法给出薄壁钢管混凝土短柱轴心受压承载力的计算公式。4.根据前人的试验数据对本文提出的薄壁钢管混凝土计算公式与国内外规程给出的公式进行了对比分析。结果表明本文提出的公式与我国规范公式的计算结果一致,并且略偏于安全;其他公式过于保守,精度较低。5.应用本文提出的公式对材料强度的匹配关系、径厚比值、尺寸效应等极限承载力因素进行了讨论,得出了一些有实际工程具有参考价值的结论。

关键词：薄壁钢管混凝土 ANSYS有限元短柱轴压极限承载力

薄壁钢管混凝土框架梁柱端板连接节点的静力性能

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薄壁钢管混凝土框架梁柱端板连接节点的静力性能

作者：郭水平合肥工业大学

学位级别：硕士

薄壁钢管混凝土具有承载力高、塑性和韧性好、制作和施工方便、耐火性能好、经济性好等特点。目前国内外对冷弯薄壁型钢构件的研究比较成熟,对薄壁钢管混凝土构件的研究较少见,尚未有系统的薄壁钢管混凝土的设计方法,这阻碍了此类新型... 详细信息

薄壁钢管混凝土具有承载力高、塑性和韧性好、制作和施工方便、耐火性能好、经济性好等特点。目前国内外对冷弯薄壁型钢构件的研究比较成熟,对薄壁钢管混凝土构件的研究较少见,尚未有系统的薄壁钢管混凝土的设计方法,这阻碍了此类新型组合结构在实际工程的推广和应用。因此,对薄壁钢管混凝土框架端板连接节点试验和理论的研究具有重要的理论和实践意义。本文主要研究了薄壁钢管混凝土框架端板连接节点的静力性能和理论计算模型,主要进行了以下几个方面的研究: (1)采用大型有限元软件ABAQUS建立了带肋方钢管柱与钢梁端板连接节点在单调荷载作用下的有限元分析模型,并得到大量试验算例验证,对节点进行了非线性全过程分析和参数分析,并通过典型节点算例分析了节点域各组件的应力分布和变形特征,探讨了节点的工作机理。 (2)进行了4个带肋薄壁钢管混凝土框架端板连接节点的单调加载试验,研究其静力性能和破坏模式。主要研究了节点的弯矩-转角关系、破坏模式、连接刚度、抗弯承载力和延性。试验表明:带锚固措施的薄壁钢管混凝土框架端板连接节点具有较高的强度、刚度和延性,为半刚性连接、部分强度节点;其极限转角均超过了0.044rad,满足美国规范FEMA-350规定连接转动能力不小于0.03rad的延性设计要求,可以安全可靠地应用于多层抗弯组合框架结构。 (3)采用有限元软件ABAQUS建立了带肋薄壁钢管混凝土框架梁柱端板连接节点在单调荷载作用下的有限元分析模型。分析了节点域各组件的应力分布和变形特征,探讨了节点的工作机理;并对节点的弯矩-转角关系曲线的影响参数进行了大量分析。分析表明:选择合理的端板厚度、柱壁加厚区厚度及螺栓直径,对带肋薄壁方钢管混凝土框架端板连接节点设计影响较大;对于有侧移框架或无侧移框架,带肋薄壁方钢管混凝土梁柱平端板连接节点均为半刚性部分强度连接节点;对于带肋薄壁方钢管混凝土梁柱外伸端板连接节点,为半刚性全强度或半刚性部分强度连接节点。 (4)基于试验和现有的理论研究结果,提出了改善此类薄壁组合节点连接性能的合理构造措施,为工程设计与施工提供参考依据。

关键词：薄壁钢管混凝土端板半刚性连接单边螺栓静力性能

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局部屈曲FRP增强薄壁钢管混凝土抗震性能

计算力学学报 2018年第5期35卷 552-559页

作者：朱春阳赵颖华袁跃王科孙丽沈阳建筑大学土木工程学院沈阳110168 大连海事大学道路桥梁工程研究所大连116026 辽宁省交通厅公路管理局沈阳110005 中交第一公路勘察设计研究院有限公司西安710075

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... 详细信息

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。

关键词： FRP 薄壁钢管混凝土抗震性能局部屈曲耗能

螺旋肋薄壁钢管混凝土叠合柱滞回性能数值分析研究

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应用力学学报 2021年第6期38卷 2298-2305页

作者：王振山李亚坤韦俊李琦申铭培西安理工大学土木建筑工程学院西安710055 苏州科技大学土木工程学院苏州215000

为提高薄壁钢管混凝土柱的力学性能,提出了螺旋肋薄壁钢管混凝土新型组合构件。对普通与螺旋肋薄壁钢管混凝土叠合柱进行水平滞回试验发现,螺旋肋可对薄壁钢管形成较好的约束,延缓局部屈曲发生,构件水平抗震承载力与变形能力均得到有效... 详细信息

为提高薄壁钢管混凝土柱的力学性能,提出了螺旋肋薄壁钢管混凝土新型组合构件。对普通与螺旋肋薄壁钢管混凝土叠合柱进行水平滞回试验发现,螺旋肋可对薄壁钢管形成较好的约束,延缓局部屈曲发生,构件水平抗震承载力与变形能力均得到有效提高。基于试验结果,采用ABAQUS有限元软件对螺旋肋薄壁钢管混凝土叠合柱进行了验证模型分析,在破坏模式、承载力和变形能力等方面吻合较好。在此基础上,对螺旋肋数量、钢筋数量及螺距进行了参数分析,结果表明:随螺旋肋与钢筋数量增加,构件承载力随之提高,但数量过多,会对外部混凝土产生不利作用,螺距对构件性能影响不大。最后,根据试验与参数分析结果,给出了设计建议。

关键词：薄壁钢管混凝土螺旋加劲肋滞回性能数值模拟延性