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大高宽比矩形钢管混凝土柱压弯性能研究

建筑钢结构进展 2024年第4期26卷 46-56页

作者：陈安英王晨曦王瀚钦完海鹰王兆峰合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009 合肥工业大学土木工程结构与材料安徽省重点实验室合肥230009

为了研究大高宽比矩形钢管混凝土柱的压弯性能,对大高宽比钢管混凝土短柱进行偏压试验并结合有限元模拟补充了4组试件进行对比,包括不同偏心率、高宽比、钢管壁厚度、截面尺寸情况下柱性能的对比分析。最后参考常用的4本国内外规范进行... 详细信息

为了研究大高宽比矩形钢管混凝土柱的压弯性能,对大高宽比钢管混凝土短柱进行偏压试验并结合有限元模拟补充了4组试件进行对比,包括不同偏心率、高宽比、钢管壁厚度、截面尺寸情况下柱性能的对比分析。最后参考常用的4本国内外规范进行柱承载力计算,对比并判断现有规范是否适用。结果表明:试件破坏模式均为长边鼓曲,当荷载小于极限承载力的80%时,横截面高度上的应变分布服从平截面假定;随着偏心率增大,柱延性提升,在偏心率超过0.205后,柱延性开始下降;随着壁厚增加,柱延性提升,在壁厚达到8 mm后,柱延性开始下降;随着高宽比提升,柱延性降低;随着截面尺寸增大,在壁厚不变的情况下,柱延性降低,在壁厚等比例增大时,柱延性变化不大;随着高宽比、截面尺寸、钢管壁厚度的增大,柱承载力提升;随着偏心率升高,柱承载力降低;参考规范JGJ 138—2016对大高宽比钢管混凝土柱偏压承载力的计算更为准确。

关键词：大高宽比钢管混凝土柱受压性能有限元分析承载力计算

四周受火异形截面部分包覆钢-混凝土轴压组合柱耐火性能试验研究

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建筑结构学报 2024年第2期45卷 52-62页

作者：杨欢刘用王静峰徐秋雨合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学先进钢结构技术与产业化协同创新中心安徽合肥230009 合肥工业大学土木工程结构与材料安徽省重点实验室安徽合肥230009

异形截面部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱是解决高层钢结构住宅凸柱问题的有效方法之一,因其型钢翼缘外露,故而抗火问题备受关注。为研究异形截面PEC柱的抗火性能,以截面形式和轴压比为参数设计并制作了4根异形截面PEC柱,开展了恒载升温试... 详细信息

异形截面部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱是解决高层钢结构住宅凸柱问题的有效方法之一,因其型钢翼缘外露,故而抗火问题备受关注。为研究异形截面PEC柱的抗火性能,以截面形式和轴压比为参数设计并制作了4根异形截面PEC柱,开展了恒载升温试验,得到火灾下异形截面PEC柱的破坏模式、竖向与侧向变形-时间关系曲线和耐火极限,并分析其温度场分布与变形规律。研究结果表明:随着火灾下截面损伤增加,L形及T形截面PEC柱逐渐由轴压受力状态分别转为双向及单向偏压受力状态,十字形截面PEC柱仍保持轴压受力状态;在上端球铰和下端单向铰边界条件下,L形截面PEC柱发生双向弯曲失稳,T形截面PEC柱发生平面外弯曲失稳,十字形截面PEC柱发生平面内弯曲失稳;在轴压比为0.4、没有防火保护条件下,L形截面PEC柱耐火极限为41 min,T形截面和十字形截面PEC柱耐火极限分别为32.5 min和29 min;当轴压比由0.4增加至0.55时,十字形截面PEC柱耐火极限降低了28.7%。借鉴EN 1994-1-2中建议的四周受火规则截面PEC柱高温承载力简化计算方法,对异形截面PEC柱高温承载力进行计算,计算结果偏保守。

关键词：部分包覆钢-混凝土组合柱异形截面火灾试验耐火性能高温承载力

超高性能混凝土加固钢筋混凝土梁受弯性能研究

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振动与冲击 2024年第11期43卷 288-296页

作者：常跃黄俊旗种迅赵猛蒋庆冯玉龙合肥工业大学土木与水利学院合肥230009 合肥工业大学土木工程结构与材料安徽省重点实验室合肥230009

超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)由于较高的强度和耐久性可作为理想的加固材料。首先基于已有试验结果,研究了可合理考虑加固层和混凝土梁接触面间黏聚力接触的UHPC加固钢筋混凝土梁精细有限元模型建模方法。在... 详细信息

超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)由于较高的强度和耐久性可作为理想的加固材料。首先基于已有试验结果,研究了可合理考虑加固层和混凝土梁接触面间黏聚力接触的UHPC加固钢筋混凝土梁精细有限元模型建模方法。在此基础上,建立了162个加固梁的有限元模型进行了数值模拟分析,研究了不同加固筋截面积、加固层厚度以及加固层有无拼缝等关键参数对构件破坏模式和承载力的影响规律。研究结果表明:考虑黏聚力接触的数值模型可以较好地模拟UHPC加固钢筋混凝土梁的受弯性能;加固层厚度与加固筋截面积均会影响试件破坏模式与承载力提升幅度,但对于含拼缝试件,加固层厚度对上述性能影响较小。

关键词：超高性能混凝土(UHPC) 钢筋混凝土梁抗弯性能数值模拟

预制混凝土柱-钢梁对拉钢筋连接节点抗震性能试验研究

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建筑结构学报 2024年第5期45卷 184-195页

作者：王成刚幸飞宇薛彦涛陈丽华合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学土木工程结构与材料安徽重点实验室安徽合肥230009 中国建筑科学研究院有限公司北京100013

为充分发挥装配式结构的施工优越性以及改善钢筋混凝土柱-钢梁节点(RCS)的抗震性能,提出一种预制混凝土柱-钢梁对拉钢筋连接节点。通过对6个节点试件的低周往复加载试验,研究了对拉钢筋直径、对拉钢筋与钢梁翼缘相对位置以及钢梁翼缘形... 详细信息

为充分发挥装配式结构的施工优越性以及改善钢筋混凝土柱-钢梁节点(RCS)的抗震性能,提出一种预制混凝土柱-钢梁对拉钢筋连接节点。通过对6个节点试件的低周往复加载试验,研究了对拉钢筋直径、对拉钢筋与钢梁翼缘相对位置以及钢梁翼缘形式对节点抗震性能的影响。结果表明:节点试件破坏模式为梁端弯曲破坏和节点区连接破坏,主要表现为柱钢梁翼缘屈曲、钢梁翼缘撕裂、对拉钢筋断裂、钢套筒撕裂、对拉钢筋脱孔和钢套筒与混凝土柱脱空;梁端荷载-位移的滞回曲线形状较为饱满,刚度退化曲线较为平缓,位移延性系数在3.30~5.52之间,等效黏滞阻尼系数在0.15~0.30之间,节点具有较好的塑性变形能力和抗震性能;随着对拉钢筋和塞焊孔的直径增大,节点试件的承载力和耗能能力有所提高;对拉钢筋布置在钢梁翼缘内侧,节点试件的承载力、延性和耗能均有所降低,非加强翼缘节点试件的承载力显著降低,但延性有所提高。在试验基础上,建立了该种节点的有限元分析模型,对轴压比、钢套筒厚度等相关影响因素进行了研究。结果表明:随着轴压比的增大(由0.2增大到0.7),节点承载力有小幅增加8.8%;节点承载力随着核心区钢套筒厚度的增大(由10 mm增大到20 mm)有明显提高,增大了65.1%;核心区钢套筒延伸高度对节点的承载力影响不大;对拉钢筋与钢梁翼缘抗拉力比值小于1.0时,节点承载力随比值提高大幅提升,比值大于1.0时,节点承载力增加有所放缓,而比值大于1.5后,节点承载力几乎不再增长。

关键词：预制混凝土柱-钢梁梁柱节点对拉钢筋低周往复加载试验有限元分析抗震性能

节点区外包钢管穿筋式预制装配式混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

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建筑结构学报 2024年第5期45卷 196-206页

作者：陈丽华冯建东薛彦涛梁春旺合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学土木工程结构与材料安徽重点实验室安徽合肥230009 中国建筑科学研究院有限公司北京100013

梁柱节点的连接方式是影响装配式混凝土框架结构抗震性能的关键。为实现装配式结构现场高效施工并保证其抗震性能良好,提出一种节点区设置外包钢管和对拉钢筋的装配式梁柱节点。通过改变外包钢管厚度和补强板构造方式,设计制作4个足尺... 详细信息

梁柱节点的连接方式是影响装配式混凝土框架结构抗震性能的关键。为实现装配式结构现场高效施工并保证其抗震性能良好,提出一种节点区设置外包钢管和对拉钢筋的装配式梁柱节点。通过改变外包钢管厚度和补强板构造方式,设计制作4个足尺中节点梁柱组合体进行低周往复加载试验,深入探讨该类型节点的滞回性能、延性、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标。结果表明:随着外包钢管厚度增大,梁端塑性铰向远离节点核心区方向发展;梁柱组合体的破坏现象主要表现为柱边缘混凝土压碎脱落、外包钢管鼓起变形及短钢梁段翼缘屈曲变形;梁端荷载-位移滞回曲线较为饱满,在往复荷载作用下有较好的延性和耗能能力;增大外包钢管厚度能明显提高承载力和耗能能力但延性会降低,补强板的设置有益于提高延性和耗能能力但对承载力影响不大。建立了该形式节点梁端受弯承载力计算方法,计算结果与试验结果比较吻合,可为该形式节点的工程应用提供参考。

关键词：装配式混凝土结构梁柱节点外包钢管对拉钢筋拟静力试验抗震性能

HRB635级高强箍筋约束高强钢筋混凝土短柱轴压性能试验研究

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建筑结构学报 2024年

作者：王静峰高建发刘用沈奇罕崔玉博魏滔锴安徽吾兴新材料有限公司合肥工业大学土木工程结构与材料安徽省重点实验室合肥工业大学土木与水利工程学院

为研究高强箍筋约束高强钢筋混凝土轴压短柱的力学性能及三种材料间的匹配性，进行了11根HRB635级高强箍筋约束高强钢筋混凝土短柱的轴压试验，研究了混凝土强度、纵筋强度、体积配箍率等参数对HRB635级高强箍筋约束高强钢筋混凝土短柱... 详细信息

为研究高强箍筋约束高强钢筋混凝土轴压短柱的力学性能及三种材料间的匹配性，进行了11根HRB635级高强箍筋约束高强钢筋混凝土短柱的轴压试验，研究了混凝土强度、纵筋强度、体积配箍率等参数对HRB635级高强箍筋约束高强钢筋混凝土短柱轴压性能的影响规律。结果表明：HRB635级高强箍筋约束高强钢筋混凝土短柱的轴压承载力和刚度主要随高强箍筋体积配箍率以及混凝土强度的增大而提升；高强箍筋在峰值荷载时均未屈服，因此箍筋强度对轴压承载力影响较小，轴压承载力计算时可不考虑箍筋强度，但其对试件延性有明显提升；635MPa高强纵筋与C60以下混凝土共同工作时，纵筋在峰值荷载时未进入屈服，材料难以充分利用，因此HRB635级高强纵筋应适配C60以上强度等级的混凝土。此外，用GB50010—2010与ACI318-14中钢筋混凝土柱轴压承载力计算式对高强箍筋约束高强钢筋混凝土柱轴压承载力的预测过于保守。收集已有相关试验数据，结合本文试验数据，考虑箍筋和高强纵筋不屈服，修正了钢筋混凝土柱轴压承载力的计算式，以期为HRB635级高强钢筋的工程应用奠定基础。

关键词：轴压短柱高强钢筋高强混凝土轴压性能约束效应承载力计算方法

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基于深度学习的细骨料图像实时分割提取

合肥工业大学学报（自然科学版） 2024年第5期47卷 712-720页

作者：宇周亮洪丽詹炳根余其俊合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 土木工程结构与材料安徽省重点实验室安徽合肥230009

文章基于深度学习算法对细骨料投影图像进行分割,通过对比传统阈值分割与PSPNet、DeepLab V3+、U-Net深度学习网络模型算法的分割结果对4种模型进行评价分析,同时实验对比细骨料2种等效粒径计算方法(单面投影法、双面投影法)的粒径和级... 详细信息

文章基于深度学习算法对细骨料投影图像进行分割,通过对比传统阈值分割与PSPNet、DeepLab V3+、U-Net深度学习网络模型算法的分割结果对4种模型进行评价分析,同时实验对比细骨料2种等效粒径计算方法(单面投影法、双面投影法)的粒径和级配分布结果。结果表明:深度学习模型算法中U-Net网络模型的准确率、召回率、F平衡分数和交并比分别达到99.8%、88.1%、84.9%、84.3%,均优于对比组模型;对于3种不同粒径的单粒段细骨料,采用双面投影法计算出的细骨料等效粒径D d与实际细骨料粒径的偏差分别为1.40%、2.10%、3.12%;对于混合粒段骨料,采用等效粒径D d计算出的级配分布曲线更接近筛分法的实验结果,具有普遍适用性。研究结果可为细骨料径粒径和粒型参数的计算提取提供新的思路。

关键词：细骨料阈值分割深度学习算法等效粒径细骨料粒型参数

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土工格栅加筋砂土的三轴试验研究

合肥工业大学学报（自然科学版） 2024年第1期47卷 83-90页

作者：吴黎明朱亚林许倩陈清汪亦显合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 土木工程结构与材料安徽省重点实验室安徽合肥230009

为研究土工格栅的加筋机理,文章设计了3种不同网格尺寸的土工格栅,采用应变控制式三轴仪进行加筋砂土的不固结不排水三轴剪切试验,探究土工格栅网格尺寸、加筋层数及围压对砂土强度特性的影响。试验结果表明:未加筋时,砂土主要表现为中... 详细信息

为研究土工格栅的加筋机理,文章设计了3种不同网格尺寸的土工格栅,采用应变控制式三轴仪进行加筋砂土的不固结不排水三轴剪切试验,探究土工格栅网格尺寸、加筋层数及围压对砂土强度特性的影响。试验结果表明:未加筋时,砂土主要表现为中上部鼓胀破坏,随着加筋层数的增加,砂土的破坏形态依次转变为中部鼓胀破坏和剪切破坏;素砂和加筋砂土的偏应力-轴向应变曲线表现为应变软化型。不同网格尺寸的土工格栅对砂土的强度特性影响不同,土工格栅网格尺寸为3 mm×3 mm时,加筋效果类似硬化的“土工布”;1层土工格栅加筋时,随着土工格栅网格尺寸的减小,对砂土的强度影响不大;2、3层土工格栅加筋时,网格尺寸越小,加筋效果越好;加土工格栅可有效提高砂土的黏聚力,当土工格栅网格尺寸较小时,土工格栅还可提高砂土的内摩擦角。

关键词：土工格栅加筋网格尺寸强度特性破坏形态三轴试验

L形截面部分包覆钢-混凝土组合柱轴压性能试验与承载力计算方法

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建筑结构学报 2024年

作者：毛佳月刘用王静峰陶书庆合肥工业大学安徽省先进钢结构技术与产业化协同创新中心合肥工业大学土木与水利工程学院合肥工业大学土木工程结构与材料安徽省重点实验室

为研究L形截面部分包覆钢-混凝土组合（LPEC）柱的轴压性能，进行了6根LPEC短柱的轴压试验，研究了含钢率、系杆间距、截面长宽比等参数对LPEC短柱轴压荷载-位移曲线、承载力、刚度、延性、承载力提高系数等的影响规律，揭示了LPEC短柱... 详细信息

为研究L形截面部分包覆钢-混凝土组合（LPEC）柱的轴压性能，进行了6根LPEC短柱的轴压试验，研究了含钢率、系杆间距、截面长宽比等参数对LPEC短柱轴压荷载-位移曲线、承载力、刚度、延性、承载力提高系数等的影响规律，揭示了LPEC短柱的典型破坏模式和受力机理。结果表明：LPEC柱受力性能良好，其破坏模式主要表现为柱中部混凝土压溃和型钢翼缘的局部鼓曲，部分出现柱端部混凝土压溃同时系杆被拉断；增大截面含钢率、减小系杆间距可以明显提高对混凝土的约束效应，进而提高柱截面承载力和延性，但截面高宽比对承载能力的影响不显著。此外，对LPEC柱，由于规范ACI318-14、Eurocode4和T/CECS 719—2020《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》中给出的钢-混凝土组合柱承载力计算式中未考虑混凝土约束效应，计算的轴压承载力偏于保守；考虑混凝土约束效应分区，基于叠加原理提出了LPEC柱轴压承载力简化计算方法，计算结果与试验结果吻合较好。研究结果可为LPEC柱的设计和应用提供参考。

关键词：部分包覆钢-混凝土组合柱 L形轴压试验约束效应承载力计算方法