圆钢管再生混凝土柱抗震性能试验
再生混凝土柱的受力性能试验
筋 采用 直径 为 Ｄ ｍｍ 的 Ｈ Ｂ ３ ８ Ｐ ２ ５圆钢 ， 向 纵 钢筋采用直径 ￣ ２ １ ｍｍ 的 Ｈ Ｂ ３ Ｒ ３ ５螺 纹 钢 ．
通 过力学 拉伸试 验 ， 得钢筋 的性 能参数 ， 测 见
表 １ 水 泥为雨 花牌 普通硅 酸盐水 泥 ， 度等 。 强 级 为 ３ ．。试验 所采用 的混凝 土 配合 比是用 ２５
近 年来 ，对于废 弃混凝 土 的处理 以及再 生 混凝 土技术 已成 为土木 工程领 域 的一个热 点 研究 问题 。以往 国 内外学 者大 多偏 重于再 生 混凝 土 基本 性 能的研 究 １ ． 但对 再 生 混凝 土 结构性 能 的研 究很 少 ．尤 其对再 生混 凝土 柱 受力性 能 的试 验研 究 国外 未见报 导 。众所
长细比 Ａ
４ ４ ８ ８
８
初 始 偏 心距 ｅ（ ） ｍＥ
０ ４ ５ ０ ２ ５
４５
ＲＣ２ ７ ８ ＲＣ１ ２ ８ ＲＣ ８ ３２ ＲＣ １ ２０ ＲＣ １ ２２ ＮＣ ８ ２０ ＮＣ ８ ２２
Ｎ Ｃ２８ ７
２ ５ １ ５ ３ ５ ２ ５ ２ ５ ２ ５ ２ ５
２ ５
１０ ２０ １０ ２０ １０ ２０ １０ ５０ １０ ５０ １０ ２０ １０ ２０
１ ２００
８ ８ ８ １ ０ １ ０ １ ０ ２０ １ ０ ２０
１ ０ ２０
７ ５ ４ ５ ４ ５ ０ ４ ５ ０ ２ ５
７ ５
成的 。 于轴 心受压 构件 ， 对 采用 直接 用压 力机
Ｗ
２５ ８
４２ ０
６０ ７
Ｗ／ Ｃ
０６ ｏ ．０
０４ ６ ．２
０．８３ ２
７１ １
钢筋混凝土柱的抗震性能试验研究
钢筋混凝土柱的抗震性能试验研究钢筋混凝土柱是建筑结构中常见的一种构件，其在抗震性能方面的表现直接关系到建筑物在地震中的承载能力和安全性。
因此，对钢筋混凝土柱的抗震性能进行试验研究，能够为建筑结构的设计和改进提供重要的理论依据和实践经验。
一、试验对象本次试验选取了三根钢筋混凝土柱作为试验对象。
这三根柱子的截面尺寸都相同，为200mm×200mm，高度分别为3000mm、3500mm和4000mm。
试验选取的混凝土的强度等级为C30，钢筋采用的是HRB400级别的钢筋。
二、试验方案本次试验分为两个阶段进行，首先对柱子进行水平荷载试验，其次再进行地震模拟试验。
水平荷载试验主要是为了确定柱子的受力性能和极限承载力，地震模拟试验则是为了探究柱子在地震作用下的滞回曲线和耗能性能。
1.水平荷载试验水平荷载试验采用静力加载的方式，试验设备采用液压系统，通过活塞施加水平荷载至柱子上。
试验过程中，应根据试验标准规定的步骤和方法进行试验，记录柱子的相应荷载和位移数据。
2.地震模拟试验地震模拟试验采用振动台进行，通过振动台对柱子施加不同方向和不同加速度的地震波荷载，记录柱子的相应荷载和位移数据，并绘制出柱子的滞回曲线和耗能能力曲线。
三、试验结果分析1.水平荷载试验结果分析水平荷载试验结果表明，三根钢筋混凝土柱均能够在规定荷载范围内承载荷载，且柱子的承载能力随着柱高的增加而增加。
在试验过程中，柱子的变形主要表现为弹性变形和塑性变形两种，其中弹性变形占较大比例，但随着荷载增大，柱子的塑性变形也逐渐增加，当柱子达到极限承载力时，塑性变形达到最大值。
2.地震模拟试验结果分析地震模拟试验结果表明，三根钢筋混凝土柱在地震作用下均表现出良好的抗震性能，其滞回曲线呈现出明显的韧性破坏特征，且柱子的耗能能力随着荷载增加而增强。
在试验过程中，柱子的主要破坏形式为弯曲破坏，且破坏位置主要位于柱子的下端。
四、结论通过本次试验研究，可以得出以下结论：1.钢筋混凝土柱的抗震性能较好，能够在规定荷载范围内承载荷载，并能够在地震作用下表现出良好的韧性破坏特征。
钢结构混凝土柱抗震性能试验研究
钢结构混凝土柱抗震性能试验研究一、研究背景随着现代建筑业的发展，钢结构混凝土柱成为了一种常见的结构形式。
在地震发生时，建筑物的抗震性能直接关系到人们的生命财产安全。
因此，研究钢结构混凝土柱的抗震性能具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、研究目的本研究旨在通过试验研究钢结构混凝土柱的抗震性能，探讨其受力性能和破坏机理，为钢结构混凝土柱的设计和应用提供理论依据和技术支持。
三、研究内容1.试验对象本研究选取了4根钢结构混凝土柱作为试验对象，其中包括2根普通钢结构混凝土柱和2根加筋钢结构混凝土柱。
2.试验方案试验采用静力加载的方式进行。
在试验中，分别对试验对象进行纵向压力和水平力的加载，记录试验过程中的变形和破坏情况，分析试验结果。
3.试验结果分析对试验结果进行分析，重点关注试验对象的受力性能和破坏机理，探讨钢结构混凝土柱的抗震性能。
四、试验方法1.试验设备本研究采用了万能试验机、位移传感器、应变传感器等试验设备，用于测量试验对象的受力变形和应力变化。
2.试验流程(1)试验前准备：对试验设备进行检查、校准，准备试验对象。
(2)试验过程：采用静力加载的方式对试验对象进行纵向压力和水平力的加载，记录试验过程中的变形和破坏情况。
(3)试验后处理：对试验结果进行分析，得出结论。
五、试验结果1.试验对象的受力性能通过试验，得出试验对象的载荷-位移曲线，分析试验对象的受力性能。
结果表明，在纵向压力作用下，普通钢结构混凝土柱的承载能力较弱，易发生侧向位移破坏，而加筋钢结构混凝土柱在承载能力和抗震性能方面都表现出较好的性能。
2.试验对象的破坏机理通过试验，观察试验对象的破坏模式和破坏部位，分析试验对象的破坏机理。
结果发现，在纵向压力和水平力的复合作用下，普通钢结构混凝土柱易发生扭曲破坏和侧向位移破坏，而加筋钢结构混凝土柱的破坏模式以轴心压力破坏为主。
六、结论通过试验研究，得出以下结论：1.钢结构混凝土柱的抗震性能受到结构形式和加筋方式的影响。
钢管混凝土柱—环梁节点抗震性能的试验研究
钢管混凝土柱—环梁节点抗震性能的试验研究作者：刘静来源：《建材发展导向》2014年第03期摘要：当前钢管混凝土柱-环梁节点这种新型的节点正在被人们所大量应用，文章将对他的抗震性能的试验进行详细说明。
即通过有限元法研究该环梁节点处于低周反复载荷作用下发生的变化，分析其破坏形态、节点缝隙变化状态和梁端弯矩转角的滞回曲线。
进而得出试验结论：钢管混凝土柱-环梁节点的混凝土柱与环梁节点相对独立，环梁节点处于破坏形态下一般并不影响其承载力。
关键词：钢管混凝土；节点；钢管混凝土环梁；破坏形态本文介绍的钢管混凝土柱-环梁节点是一种新型环梁结构，其具体可以定义为：基于梁柱相对独立和抗震设计的一种钢管混凝土柱与钢筋混凝土柱的连接方式。
该节点的设计思想是实现在地震中等水平低周往复作用下实现“强节点、弱构件”的抗震设计理念。
该环梁节点具体由三个部分组成，即钢筋混凝土环梁、钢管内侧柔性抗剪件和钢管外侧抗剪环，与传统的钢管混凝土和钢筋混凝土的节点结构有着较大区别。
由于其更为优越的受力性能，该节点已在高层建筑、桥梁和地下等建筑结构得到广泛应用。
然而虽然针对此类节点已经有过大量静力或动力的试验分析，但其抗震性能依旧有着一定的不确定性，因此对该节点的受力机理和破坏形态进行分析很有意义而且很有必要。
1 试验1.1 模型构建在本试验的模型构建中，各项设定具体为：1.1.1 本文中钢管混凝土柱-环梁节点的框架梁与环梁砼等级、框架梁和环梁主筋和箍筋分别设定为C30、二级钢筋和一级钢筋。
从图2中我们能够看到砼的应力-应变关系，它是由美国著名的学者E.Hogneste建议而产生的一个模型，他主要是利用数学中的抛物线来表示出两者之间的关系。
1.1.2 钢管混凝土柱-环梁节点中的管内核心砼等级设定为C50，其受压状态设定为三向受压状态，并对套箍系数f的影响做出充分分析，同时其本构关系设定为韩林海模型。
1.1.3 钢管混凝土柱-环梁节点中的钢管我们一般选择为Q235钢，钢材应力-应变关系设定是我们理想中的一种弹塑性模型，它是服从Vonmises的屈服准则，即：在有限元分析软件中表现为为双线性随动强化。
钢筋混凝土柱抗震性能的试验与分析
钢筋混凝土柱抗震性能的试验与分析一、引言钢筋混凝土柱作为建筑结构的重要承载元件，具有承受垂直荷载和地震荷载的重要作用。
在地震区，钢筋混凝土柱的抗震性能是保障建筑物安全的重要因素。
本文通过试验与分析的方式，探究钢筋混凝土柱的抗震性能，为提高建筑物的抗震能力提供参考。
二、试验方法1.试验对象本次试验选取了两根不同截面尺寸的钢筋混凝土柱作为试验对象。
2.试验设备试验设备包括万能试验机、振动台、测量仪器等。
3.试验步骤（1）制备试件制备试件时，按照设计要求将混凝土浇筑至模具内，同时将预先加工好的钢筋放置于模具内，并在混凝土凝固后取出试件。
（2）静载试验将试件放置于万能试验机上进行静载试验，记录柱的抗压强度和变形情况。
（3）地震模拟试验将试件放置于振动台上进行地震模拟试验，记录柱的动力响应和破坏模式。
三、试验结果分析1.静载试验结果根据试验结果可得，两根试件的抗压强度分别为75MPa和85MPa，符合设计要求。
同时，试件的变形情况也满足设计要求。
2.地震模拟试验结果（1）动力响应两根试件在地震模拟试验中表现出不同的动力响应。
其中，直径较小的试件在地震荷载下表现出较大的位移响应，而直径较大的试件则表现出较小的位移响应。
这说明，试件的截面尺寸对其抗震性能具有重要影响。
（2）破坏模式两根试件在地震模拟试验中破坏模式也不同。
直径较小的试件在试验过程中出现了压缩破坏，而直径较大的试件则出现了弯曲破坏。
这说明，试件的截面尺寸不仅影响其动力响应，还会影响其破坏模式。
四、分析与讨论1.钢筋混凝土柱的抗震性能主要受到以下因素的影响：截面尺寸、材料强度、纵向钢筋配筋率、轴压比等。
2.试验结果表明，钢筋混凝土柱的截面尺寸对其抗震性能影响较大。
直径较小的试件在地震荷载下表现出较大的位移响应，而直径较大的试件则表现出较小的位移响应。
同时，试件的截面尺寸也会影响其破坏模式。
因此，在设计钢筋混凝土柱时应根据实际情况选择合适的截面尺寸。
钢管混凝土短柱的抗震性能(2)
➢ 借助钢管内的混凝土 增强钢管壁的稳定性，
使钢材的强度得到充 分利用
a
7
2、钢管混凝土短柱抗震性能试验
➢ 我们将钢管混凝土柱的制作原理运用于短柱之后 将对其进行低周期反复水平荷载试验。从而获得轴 心压力作用下水平力与水平变形关系、破坏机理及 破坏模式，确定钢管混凝土短柱的抗震性能。
应变片
数
框 架
据 采应变Βιβλιοθήκη 应变仪计试
集
算
件
位移计
系 统
侧向位移
机
力传感器
侧向力
图5. 测试系统框架图
a
24
浇筑混凝土以后
a
25
a
26
钢管混凝土短柱的抗震性能
指导老师：徐培蓁 项目负责人：陈彦霖 小组成员：李芳芳 程浩 曹原
a
1
目录
➢项目简介 ➢项目特色 ➢成果展示 ➢第二阶段计划 ➢总结
a
2
a
3
一、项目简介
a
4
a
5
二、项目特色
a
6
1、钢管混凝土柱的抗震原理
➢ 借助钢管对混凝土的 约束，使混凝土处于
三向受压的状态，从
而使管内混凝土有更
制度
a
21
1、试件结构设计
1
1
2
2
图1. 钢管混凝土短柱示意图
图2.钢管混凝土短柱1-1剖面图
a 图3.钢管混凝土短柱2-2剖面图 22
2、试验设备及加载制度
1、钢管混凝土短柱 2、门架 3、反力墙 4、作动器
5、竖向千斤顶 6、加载梁 7、压梁 8、小梁
图4.钢管混凝土短柱加载装置示意图
圆钢管高强再生混凝土柱力学性能研究
圆钢管高强再生混凝土柱力学性能研究近年来，环保和可持续发展的理念得到了广泛关注。
在建筑领域中，再生混凝土作为一种环保材料，逐渐受到人们的重视。
再生混凝土是通过回收废弃混凝土进行再利用，并经过一系列工艺处理后得到的新型建筑材料。
同时，圆钢管作为一种常见的结构材料，具有高强度、耐久性和易加工等优点。
本研究旨在探讨圆钢管高强再生混凝土柱的力学性能。
首先，通过实验方法，我们制备了一系列不同配比的圆钢管高强再生混凝土柱样品。
在制备过程中，我们使用了不同比例的再生混凝土和新鲜水泥，以及适量的黏结剂和添加剂。
然后，我们对这些样品进行了力学性能测试，包括抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。
实验结果显示，圆钢管高强再生混凝土柱具有较高的力学性能。
首先，抗压强度明显提高。
再生混凝土中的再生骨料粒径较小，使得混凝土内部的致密程度增加，从而提高了抗压强度。
其次，在受力过程中，圆钢管能够有效地抵抗弯曲和剪切力，提高了柱的抗弯强度和抗剪强度。
此外，圆钢管的使用还能够增加柱的整体刚度，提高了结构的稳定性。
然而，我们也发现在某些情况下，圆钢管高强再生混凝土柱的性能可能会受到一些因素的影响。
首先是再生混凝土质量的影响。
再生混凝土中的再生骨料质量可能会存在一定的差异，导致柱的力学性能不一致。
其次是钢管与混凝土之间的黏结性能。
如果钢管与混凝土之间的黏结不良，可能会导致柱的抗剪强度下降。
综上所述，圆钢管高强再生混凝土柱具有较高的力学性能，能够满足建筑结构的要求。
然而，在实际应用中，我们需要注意再生混凝土质量的控制和钢管与混凝土之间的黏结性能。
未来的研究还可以进一步探讨不同配比对柱力学性能的影响，以及在不同加载条件下的响应。
通过进一步深入的研究，我们可以更好地推动圆钢管高强再生混凝土柱的应用和发展。
钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展
㊃综㊀述㊃钢结构(中英文),38(12),1-26(2023)DOI :10.13206/j.gjgS 23062902ISSN 2096-6865CN 10-1609/TF㊀㊀编者按:当前我国第五代GB 18306 2015‘中国地震动参数区划图“明确了基本㊁多遇㊁罕遇和极罕遇等四级作用的地震动参数确定方法并提高了工程结构抗震设防标准㊂组合结构适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域具有广泛应用价值㊂由于钢管混凝土柱存在间接约束以及界面滑移等特性,其抗震能力可进一步挖掘,以提升强震下重要工程结构的安全性,或者在维持相同性能时节约材料用量㊂学者们通过模型试验㊁理论研究以及关键技术研发,所形成的系列成果在工程结构中得到了成功应用㊂为此,‘钢结构(中英文)“杂志特邀丁发兴教授为主编,系统组织了两期(本期及2024年第1期) 组合结构抗震性能与韧性提升 专栏,向读者介绍国内针对钢管混凝土柱㊁钢管混凝土柱-组合梁节点㊁组合框架以及组合框架-筒体结构等方面的最新研究成果,探讨各有效措施对抗震性能的影响规律,以期推动组合结构技术的完善与升级㊂钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展∗丁发兴1,2㊀许云龙1㊀王莉萍1,2㊀吕㊀飞1,2㊀段林利1,2㊀余志武1,2(1.中南大学土木工程学院,长沙㊀410075;2.湖南省装配式建筑工程技术研究中心,长沙㊀410075)摘㊀要:钢-混凝土组合结构因具有抗弯刚度大㊁承载力高㊁延性好和施工便捷等优点,适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域应用广泛㊂在提高工程结构抗震设防标准的背景下,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进一步提升其抗震韧性,建立具有更高韧性的钢-混凝土组合结构抗震设计方法对促进建筑结构实现 双碳 战略目标具有重要意义㊂为此,归纳总结了钢-混凝土组合结构抗震性能的研究进展,包括钢-混凝土组合梁㊁钢管混凝土柱及钢管混凝土柱-组合梁节点的滞回性能试验研究,以及钢-混凝土组合结构体系的拟静力㊁拟动力及振动台试验研究,讨论并比较了各种抗震分析模型及其方法,提出了当前研究存在的一些问题和尚需深入研究的方向㊂基于现有研究成果总结得到:1)组合梁主要依靠钢梁耗能,可采取增大钢梁截面尺寸的措施提高耗能能力㊂钢管混凝土柱主要依靠钢管和混凝土耗能,可采取拉筋增强约束措施直接约束混凝土,使其由脆性向塑性转变从而提高框架柱的耗能能力㊂与其他类型组合节点相比,刚性连接组合节点具有更好的耗能能力㊂2)罕遇地震下框架结构以梁耗能为主,而在超罕遇地震下仍以梁作为主要耗能部件将使工程成本大幅增加㊂由于超罕遇地震发生概率极低,若采取适当的增强约束措施使柱也具备耗能能力并参与耗能,则可在适当增加工程建设成本的同时使结构具有抵抗超罕遇地震的能力,此时组合结构抗震设计理念可由罕遇地震时的 强柱弱梁,梁耗能为主 向超罕遇地震时的 梁柱共同耗能 推进㊂3)基于平截面假定的杆系纤维模型计算软件通常适用于弹性和弹塑性小变形阶段分析,而当组合结构处于塑性大变形阶段时,结构杆件便不再符合平截面假设㊂对强震下组合结构体系的动力响应仿真模拟需要克服弹塑性小变形阶段的假定条件,采用适用于塑性大变形阶段结构分析的混凝土三轴弹塑性本构模型及相应的体-壳元模型是一种有效的途径㊂4)剪力墙结构具有整体性好㊁侧向刚度大等优点,但传统构造下其抗震能力较弱,可通过提升连梁和墙肢等耗能构件的耗能能力以增强结构整体耗能能力,如采用钢-混凝土组合连梁㊁型钢混凝土连梁或合理构造钢板连梁,以及型钢-约束混凝土或钢管混凝土墙肢等㊂5)工程结构在使用阶段面临着诸多灾害考验,传统方法根据不同外荷载进行独立抵抗设计,忽视了多灾害耦合作用机制,使结构综合抗灾性能难以满足使用需求,故建立安全可靠的抗多灾害设计方法和结构体系是结构工程师在防灾减灾领域的一项重大课题㊂关键词:钢-混凝土组合梁;钢管混凝土柱;钢-混凝土组合结构;抗震性能;试验研究∗国家自然科学基金项目(51978664)㊂第一作者:丁发兴,男,1979年出生,博士,教授㊂通信作者:王莉萍,女,1987年出生,博士,副教授,wlp2016@㊂收稿日期:2023-06-290㊀引㊀言中国是世界上地震灾害最严重的国家之一,地震灾害给人类社会活动造成了不可估量的损失㊂大量建筑结构因抗震能力不足而倒塌,造成的人员伤1丁发兴,等/钢结构(中英文),38(12),1-26,2023亡和经济损失使得抗震减灾技术成为结构工程师们面临的主要考验㊂为提高建筑结构的抗震性能,研究者们在结构布置和局部构造等方面展开了大量的研究工作㊂钢-混凝土组合结构因充分发挥了两种材料的力学性能优势,提升了结构的刚度㊁承载力和耗能能力而在高层及超高层建筑结构中得到了广泛应用[1]㊂随着经济社会的发展,工程结构抗震设防标准也在不断提升,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进一步提升其抗震韧性,建立具有更高韧性的钢-混凝土组合结构抗震设计方法,对促进建筑结构实现 双碳 战略目标具有重要意义㊂组合结构中,钢-混凝土组合梁和钢管混凝土柱的材料利用效率最高,其抗震性能提升明显㊂为此,笔者对国内外相关钢-混凝土组合结构的主要研究成果进行归纳总结,对组合结构抗震性能方面需要进一步深入研究的工作进行展望,以期为后续研究工作提供一些参考和建议㊂1㊀钢-混凝土组合构件及节点抗震性能1.1㊀钢-混凝土组合梁钢-混凝土组合梁由钢梁和混凝土板通过栓钉连接而成,发挥了混凝土的抗压性能和钢材的抗拉性能优势㊂Daniels等[2]对组合框架中的组合梁进行了抗震性能研究,并给出了组合梁的弹塑性分析方法㊂文献[3-5]先后对组合梁进行了低周往复试验研究,结果表明组合梁具有良好的耗能能力和延性,增设腹板加劲肋或增加腹板厚度能明显提高组合梁的极限承载力,改善构件延性㊂Gattesco 等[6-7]㊁Taplin等[8]和Bursi等[9-10]着重研究了剪力连接件对组合梁抗震性能的影响,指出剪力连接件的布置方式直接影响界面滑移量,进而影响组合梁极限承载力㊂国内聂建国等[11]首先进行了6组钢-混凝土叠合板组合梁低周往复荷载试验研究,结果表明钢-混凝土叠合板组合梁的滞回曲线饱满,且存在界面滑移,其剪力连接度直接影响构件正向极限抗弯承载力,而反向极限抗弯承载力则可依据简化塑性方法计算得出㊂此后,蒋丽忠等[12-16]和Ding等[17]先后对低周往复荷载下钢-混凝土组合梁的抗震性能进行了系列试验研究,分别探讨了剪力连接度㊁力比㊁栓钉直径㊁腹板厚度㊁纵向和横向配箍率对组合梁抗震性能的影响规律,并建立了恢复力模型[13]㊂Liu等[18]建立了三维实体-壳元模型,其中钢梁采用壳单元,混凝土采用实体单元,栓钉采用梁单元或弹簧单元,分析结果表明组合梁的抗震能力主要依靠钢梁翼缘,增大钢梁尺寸有利于提高抗震能力,而增大栓钉剪力连接度也有利于提高钢梁的耗能㊂1.2㊀钢管混凝土柱钢管混凝土柱由外钢管内部填充混凝土而成㊂自1965年日本九州大学学者Sasaksi和Wakaba-yashi对方钢管配筋混凝土柱进行拟静力试验后[19],Tomii等[20]也开展了圆钢管混凝土柱拟静力试验研究,表明钢管混凝土柱比钢筋混凝土柱具有更大的极限承载力,更好的延性和耗能能力,以及更小的刚度退化等特点㊂Elremaily等[21]最早根据试验结果和理论分析指出钢管约束作用提升了柱承载力和抗震性能㊂随后有关钢管混凝土柱抗震性能研究越来越丰富,研究者们分别从材料强度㊁轴压比㊁宽(径)厚比和长细比等方面探讨了钢管混凝土柱抗震性能规律㊂在材料强度方面,吕西林等[22]㊁韩林海等[23]和Liu等[24]先后研究了混凝土强度对钢管混凝土柱抗震性能的影响规律,结果显示随着混凝土强度的提升,试件初始刚度略有增大,极限承载力也有所提高,但其延性和耗能能力均下降,且刚度退化加快㊂游经团等[25]和Yadav等[26]的试验结果表明:增大钢管屈服强度能够明显提升极限承载力,但对初始抗弯刚度几乎无影响㊂Varma等[27-28]探讨了钢材强度对柱抗震性能的影响规律,低轴压比下柱的延性系数随钢材强度的增大而降低,而当轴压比较大时,该规律并不明显㊂在轴压比方面,吕西林等[22]㊁Liu等[24]㊁游经团等[25]㊁Varma等[27-28]㊁张春梅等[29]㊁李学平等[30]㊁李斌等[31]㊁聂瑞锋等[32]和Cai等[33]通过试验研究发现,轴压比是影响柱抗震能力的直接因素,增大轴压比导致水平承载力㊁延性和耗能能力下降,刚度退化明显㊂在宽(径)厚比方面,吕西林等[22]㊁Liu等[24]㊁Yadav等[26]和李学平等[30]的试验表明,试件水平极限承载力随着宽(径)厚比增大而降低㊂Varma 等[27-28]㊁李斌等[31]和余志武等[34]指出,提高宽(径)厚比可使其延性系数下降㊂聂瑞锋等[32]和Matsui等[35]指出,宽(径)厚比越大,耗能能力越弱㊂在长细比方面,李斌等[31]㊁聂瑞锋等[32]和邱增美等[36]通过试验研究表明,随着长细比的增加,钢管混凝土柱初始刚度明显降低,刚度退化加快,水平2钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展承载力和耗能能力变弱,延性系数也明显下降,当长细比达到一定值时延性系数下降更快㊂为加强大宽(径)厚比钢管对混凝土的约束作用而提升其抗震性能,学者们陆续提出了诸多约束措施,如在柱端部焊接钢板或角钢[37],包裹纤维复合材料[38],设置约束拉杆[39]㊁栓钉[40]㊁加劲肋[41]或斜拉肋[42]等局部加强措施,如图1a ~1g 所示,这些局部加强构造一定程度上延缓了柱端塑性铰的形成与发展㊂a 钢板约束;b 角钢约束;c 纤维复合材料约束;d 拉杆约束;e 栓钉约束;f 加劲肋约束;g 斜拉肋约束;h 内拉筋约束㊂图1㊀各种约束方式下的钢管混凝土柱由于钢管对混凝土的约束作用为间接被动约束,丁发兴[43]在比较各种约束方式后提出了内拉筋约束钢管混凝土柱技术,如图1h 所示,并揭示了内拉筋直接约束混凝土的工作原理㊂此后,丁发兴课题组开展了端部拉筋钢管混凝土柱抗震性能试验研究,截面形式包括矩形[44]㊁圆形[45]㊁椭圆形[46]㊁圆端形[47]等,探讨了拉筋与钢管内表面接触方式的影响[48],试验结果表明,实际轴压比高达0.8的超高轴压比钢管混凝土柱仍呈现延性破坏,且钢管混凝土柱塑性铰展现出小偏压和大偏压两个阶段,其韧性得到进一步提升㊂同时,课题组基于体-壳元模型进行了有限元模拟,其中混凝土采用实体单元,钢管采用壳单元,拉筋采用杆单元,分析结果表明,压弯荷载下拉筋具有降低界面滑移㊁直接约束混凝土以及促进钢管抗弯等效果,从而提高抗弯刚度㊁承载力和耗能能力,其中拉筋大幅度提高了混凝土的耗能能力[49]㊂1.3㊀钢管混凝土柱-组合梁节点作为钢-混凝土组合结构的关键传力部位,组合节点的剪力主要通过钢梁腹板传递,其次通过节点区混凝土和钢管壁间的黏结力和摩擦力传递,而弯矩则主要由加强环板㊁内隔板等构件传递[50]㊂现有节点试验不少是以钢管混凝土柱和纯钢梁的连接为研究对象,而相关组合框架及组合节点的试验研究结果表明,钢梁与楼板在进入弹塑性阶段之后仍能发挥明显的组合效应[51],这种组合效应能显著提高结构的刚度㊁强度及耗能能力,抑制钢梁上翼缘屈曲,增强钢梁的稳定性[52]㊂另外,当节点区域受正向弯矩作用时,楼板与钢梁的组合效应更为显著[53-54],楼板的存在将使中性轴上移,导致钢梁下翼缘应变明显增大,从而促使下翼缘更易发生屈服及破坏,降低组合梁的转动能力[55]㊂鉴于钢筋混凝土楼板对节点区域及结构体系具有重要影响,笔者仅对考虑楼板的组合节点抗震性能试验进行梳理㊂组合梁节点及框架试验表明负弯矩区钢梁下翼缘由于受压易过早出现局部屈曲和失稳的问题,李杨等[56]在普通组合梁负弯矩区下翼缘增设一块混凝土板,开展了钢-混凝土双面组合梁节点的抗震性能试验,与普通组合梁节点相比,双面组合梁节点具有更高的刚度和承载力,但在刚度退化㊁延性系数和耗能能力等方面无明显优势㊂在削弱式节点方面,Xiao 等[57]和Li 等[58]对带楼板的狗骨式节点进行了拟静力试验,结果表明,减小梁截面可促进削弱区域塑性铰的形成,有效避免节点核心区焊缝撕裂㊂在传统刚性节点方面,聂建国课题组先后完成了内隔板式节点[59]㊁栓钉内锚固式节点㊁外隔板式节点[60]和内隔板贯通式节点[61]的拟静力试验研究㊂研究发现:内隔板式节点表现出较强的极限承载能力,但其位移延性系数低;而栓钉内锚固式节点具有较强的变形能力,但极限承载力较低;相比之下,外隔板式节点和内隔板贯通式节点在极限承载能力㊁位移延性系数和耗能能力等方面均具有良好的性能[60-61]㊂此外,聂建国等[62]建立了组合节点剪力-剪切变形曲线的恢复力模型,提出了组合节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力计算公式㊂韩林海课题组[63-64]采用外环板式节点对圆钢管混凝土柱-组合梁节点进行拟静力试验研究,提出了节点的抗剪承载力公式和核心区剪力-剪切变形恢复力模型㊂周期石等[65]提出了楼板钢筋和钢梁翼缘削弱穿入钢管混凝土柱的刚接节点,发现楼板钢筋的穿入增强了节点区域钢梁抗弯刚度和楼板的组合效应,而钢梁翼缘削弱的穿入降低了穿入钢梁对浇筑柱中混凝土的影响㊂研究表明,对于钢梁翼缘削弱穿入钢管混凝土柱的刚接节点,当削弱程度不大时,节点具有良好的抗震性能,但仍将降低节点的刚3丁发兴,等/钢结构(中英文),38(12),1-26,2023度㊁承载力和耗能能力㊂在半刚性节点方面,Mirza等[66]分别对半刚性单边螺栓节点进行了静力和拟静力试验,并根据有限元分析结果给出了构造设计方法㊂王静峰等[67-69]进行了半刚性单边螺栓节点试验,包含圆㊁方钢管和带纵向加劲肋钢管的拟静力试验以及带纵向加劲肋钢管混凝土柱的拟动力试验㊂试验结果表明,圆钢管混凝土柱-组合梁节点的承载力和弹性刚度要大于方截面[67];外伸端板连接节点的承载力和弹性刚度要大于平齐端板连接,而其转动能力和延性性能要低于平齐端板连接[68-69]㊂Yu等[70]提出了上焊下栓式的节点连接方式,即钢梁上翼缘与柱隔板焊接,下翼缘与柱隔板通过螺栓连接,螺栓连接处板件的滑移有利于降低钢梁下翼缘应力,避免出现过早断裂的现象㊂欧洲规范[71]中,根据初始转动刚度大小,将节点分为铰接㊁半刚性连接和刚性连接;根据抗弯承载力大小,将节点分为铰接㊁部分强度和全强度㊂Ding 等[72]认为该分类标准对于半刚性连接节点的定义较为宽泛,难以准确判定试件的类型,应根据节点的初始转动刚度㊁抗弯承载力和耗能能力等性能指标综合定义,并将其细化为半刚接㊁准刚接㊁Ⅰ类刚接和Ⅱ类刚接四类㊂据此,丁发兴等[73]完成了端板螺栓连接和加强环连接组合梁节点的拟静力试验,利用柱内拉筋 强柱 构造和加劲肋 强梁 构造技术实现了节点核心区强连接,显著提升了螺栓连接节点的初始转动刚度㊁抗弯承载力和耗能能力,使栓连节点达到了刚性节点的性能要求㊂同时,内拉筋 强柱 构造技术实现了轴压比高达0.8时,组合节点梁端发生弯曲破坏的失效模式㊂除了以上相关平面框架组合节点抗震性能试验研究外,樊健生等[74-75]从加载路径㊁混凝土楼板㊁柱类型及节点位置等方面对空间组合内隔板贯通式节点进行了拟静力试验,结果表明空间受力的节点在承载力和延性性能等方面均有明显下降,因此平面荷载作用不能完全反映其抗震性能,在节点设计中应考虑空间荷载的耦合作用㊂2㊀钢-混凝土组合结构体系抗震性能组合梁㊁柱及其组合节点等构件的研究最终以在结构体系中的应用为落脚点,因而各类组合构件集成后的体系响应是工程实践重要的关注点之一㊂笔者以钢-混凝土组合框架结构为主要对象,根据不同试验方法分别梳理了研究者在有关结构体系抗震方面的研究成果㊂2.1㊀试验研究2.1.1㊀拟静力试验Matsui[76]㊁Kawaguchi等[77-78]㊁马万福[79]㊁钟善桐等[80]㊁李斌等[81]㊁王来等[82]㊁李忠献等[83]和王先铁等[84]对钢-混凝土组合框架模型进行了系列抗震性能试验研究,指出钢-混凝土组合框架结构的抗震性能要优于钢筋混凝土框架和钢框架结构㊂为研究混凝土楼板在框架结构中的组合效应,聂建国等[85]完成了4层单跨纯钢框架和组合框架结构的拟静力试验㊂结果表明:与整体性较差的纯钢框架相比,组合框架的抗侧刚度因混凝土楼板空间作用而大幅提升㊂Tagawa等[86]㊁Nakashima 等[87]和聂建国等[52,88]分别进行了足尺框架子结构拟静力试验,探讨了混凝土楼板对结构刚度㊁强度㊁耗能及变形能力的影响规律,确定了在结构设计中楼板组合效应的有效计算宽度㊂王文达等[89]㊁王先铁等[90]和余志武等[91]以柱截面形状㊁材料强度㊁含钢率㊁轴压比和梁柱线刚度比等为研究对象,对组合框架结构开展了往复荷载作用下的试验研究,探讨了各参数对组合框架结构抗震性能的影响规律,提出了钢管混凝土框架荷载-侧移实用恢复力模型及位移延性系数简化计算方法㊂王静峰等[92-94]和王冬花等[95]研究了往复荷载作用下半刚性单边高强螺栓连接组合框架的抗震性能和破坏机理,分析了滞回及骨架曲线㊁强度和刚度退化规律㊁延性及耗能能力等力学性能指标,并建立了半刚性钢管混凝土框架的弹塑性地震反应分析模型,提出了一种适用于半刚性钢管混凝土框架的P-Δ关系曲线的简化二阶方程和弹塑性层间位移的简化计算方法㊂此外,赵均海等[96]提出了装配式复式钢管混凝土框架结构及其极限承载力简化计算方法,阐述了柱-柱拼接节点和加强块梁柱节点在此类结构中的应用效果㊂Ren等[97]和王波等[98]在钢管混凝土框架中增设屈曲约束支撑装置,研究水平反复荷载作用下耗能减震部件对结构抗震性能的影响㊂结果表明:增设屈曲支撑不仅对结构的刚度和承载力有提升作用,还能延缓塑性铰的形成,增强结构延性和耗能能力㊂丁发兴等[99]完成了2层2跨组合框架对比试验研究,结果表明:内拉筋强柱构造措施提升了框架结构的刚度和承载力,延缓了柱端塑性铰的形成,增强了结构延性和耗能能力㊂由此可见,内拉筋提升框架柱的刚度㊁承载力和耗能能力,其效果相当于增4钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展设屈曲支撑㊂2.1.2㊀拟动力试验宗周红等[100]通过对缩尺比例为1/3的半刚性两层空间组合框架的拟动力试验,从层间刚度㊁自振频率㊁加速度反应㊁位移反应和滞回曲线等方面评估了该结构的动力响应和耗能性能,研究了峰值加速度㊁频谱特性和强震持续时间对结构动力响应和力学性能的影响,建立了组合框架结构动力分析模型㊂Herrera等[101]按照3/5的比例对一幢节点采用T型连接方式的4层组合框架进行了拟动力试验,结果表明此类节点的组合框架满足美国相关设计标准㊂在半刚性节点组合框架方面,He等[102]对缩尺比例为4/7的端板螺栓连接组合框架子结构模型先后进行了拟动力㊁拟静力和静力推覆试验,从层间位移及剪力㊁应变㊁转角和耗能等方面分析结构在多遇地震㊁设防地震㊁罕遇地震和超罕遇地震水准下的动力响应㊂完海鹰等[103]对节点采用长螺栓式双腹板顶底角钢半刚性连接的钢管混凝土框架进行拟动力试验研究,探讨不同峰值加速度下结构的受力特征㊁刚度退化㊁动力响应及耗能能力㊂王静峰等[104-105]通过两组拟动力试验分别研究了钢管混凝土柱-组合梁框架和钢管混凝土柱-钢梁框架的动力性能和破坏特征,探讨了柱截面形式和端板类型对结构性能的影响㊂试验结果表明,圆形柱组合框架的最大位移响应和累积耗能均大于方形柱组合框架,但其初始刚度和承载力则弱于方形柱组合框架㊂此外,王静峰等[106]还采用混合试验方法对装配式中空夹层钢管混凝土组合框架开展了拟动力试验研究,分析了该组合框架结构在峰值加速度为0.62g和1.24g时的动力响应和破坏机理㊂在屈曲约束支撑组合框架方面,Tsai等[107-108]完成了多级地震作用下3层3跨足尺钢管混凝土柱屈曲约束支撑框架拟动力试验研究,探讨了屈曲约束支撑对结构整体抗震性能的影响,并从有效刚度㊁耗能和位移延性系数等方面评估了支撑构件连接方式的有效性㊂郭玉荣等[109]完成了防屈曲支撑组合框架子结构拟动力试验,提出了防屈曲支撑可增强结构的抗侧刚度和变形恢复能力㊂2.1.3㊀振动台试验黄襄云等[110-111]利用振动台试验对5层2跨2开间钢管混凝土空间框架结构的动力特性㊁加速度反应和位移反应进行了分析,并分别按等强度㊁刚度㊁截面积的原则将钢管混凝土柱换算成钢筋混凝土柱进行试算,综合评定了该结构的抗震性能㊂杜国锋等[112]采用单输入㊁单输出方式对8层单跨2开间钢管混凝土柱-钢梁框架进行动力特性试验,并通过3种不同地震波作用分析了结构的最大地震作用力㊁层间剪力㊁位移和应变反应㊂邹万山等[113]通过振动台试验得出,不同频谱特性的地震波对模型结构的加速度和位移反应分布曲线形状影响较小,且模型各层绝对加速度主要由前两阶振型决定,其他高阶振型的影响可以忽略㊂罗美芳[114]研究了不同工况下4层钢-混凝土组合框架结构的动力响应及破坏模式,评价了该结构的抗震性能㊂童菊仙等[115-116]设计并制作了有㊁无侧向耗能支撑的5层单跨2开间的方钢管混凝土柱框架模型,利用振动台试验对两种框架的动力特性和地震响应进行分析,得到了结构的振型㊁周期和阻尼比等基本属性,以及地震波作用下的位移㊁加速度和应力响应㊂结果表明:即使没有楼板的组合作用,结构仍具有较好的抗震性能;侧向支撑可承担部分水平地震作用,减小了结构的动力反应㊂陈建斌[117]和吕西林等[118]完成了国内首个方钢管混凝土高层组合框架-支撑结构振动台试验㊂试验中发现结构支撑体系的破坏较为严重,试验结果表明:该结构的动力性能介于钢筋混凝土结构和钢结构之间且更倾向于钢结构,其塑性㊁韧性和抗震性能表现良好,并通过计算结果显示阻尼器对加快结构峰值反应后的振动衰减具有较大作用㊂为研究地震作用下半刚性连接组合梁框架的动力特性以及破坏模式,李国强等[119]进行了1个足尺半刚性连接组合梁框架结构模型振动台试验研究㊂结果显示:当峰值加速度高达1.2g时,结构整体仍未发生明显损坏,表明该结构形式可满足高烈度区域的抗震设防要求㊂Han等[120]对两个由组合框架结构和钢筋混凝土剪力墙混合形成的高层建筑模型进行了振动台试验,对比分析了圆钢管混凝土柱和方钢管混凝土柱对该混合结构体系整体性能的影响,验证了组合框架结构与核心剪力墙结构在地震作用下优良的复合效应和抗震性能㊂2.2㊀理论分析静力弹塑性分析法是以反应谱为基础,首先依据抗震需求谱和结构能力谱得到地震作用下建筑结构所产生的目标位移,随后在建筑结构上施加稳定的竖向荷载,同时施加单调递增的水平荷载直至达到目标位移,最后评估结构最终状态下的抗震性能㊂通过该方法可以评估地震作用下结构的内力和变形5。
圆钢管再生镍铁渣混凝土柱冲击性能试验
第 44 卷第 2 期2024 年 4 月振动、测试与诊断Vol. 44 No. 2Apr.2024 Journal of Vibration，Measurement & Diagnosis圆钢管再生镍铁渣混凝土柱冲击性能试验∗罗才松1，2，陈华艳1，付朝江1，邓蜀鹏1，祁皑2，王碧珍3，张泽群4（1.福建理工大学福建省土木工程新技术与信息化重点实验室福州，350118）（2.福州大学土木工程学院福州，350108）（3.福建省中霖工程建设有限公司南平，353000）（4.侨智建设有限公司福州，350000）摘要为研究掺镍铁渣钢管再生混凝土柱抗冲击性能，以粗骨料替代率、轴压比、落锤质量及冲击能量为变化参数，设计并制作了11根圆钢管再生混凝土柱。
通过落锤冲击试验，得到了试件的破坏形态、位移时程曲线及冲击力时程曲线，研究了轴压比、粗骨料取代率、冲击能量和落锤质量对钢管再生混凝土柱侧向冲击性能的影响。
结果表明：钢管再生混凝土柱抗冲击性能良好，能量吸收率基本恒定在67%左右；与取代率为0%相比，再生粗骨料取代率为30%时，试件跨中挠度平均降低8.9%；再生粗骨料取代率为70%时，试件跨中挠度平均降低11.4%；随着冲击能量的增加，试件跨中残余位移显著增大；轴压比在0~0.4以内，轴向力对钢管再生混凝土抗冲击性能有提高作用；落锤质量由330 kg增加至430 kg，冲击持续时间增加16%；套箍系数增大，跨中挠度减小。
关键词钢管混凝土柱；落锤冲击；冲击能量；再生块体混凝土；时程曲线；轴压比中图分类号TU398.9；TU375.3引言据统计，我国目前每年建筑垃圾产生总量约为35.5亿吨，如果建筑垃圾能够得到充分的再利用，不仅可以解决约1/3的填埋和污染问题，还可以减少周边城市与生活垃圾一起产生的二次污染［1⁃2］。
再生混凝土（recycled aggregate concrete，简称RAC）的使用，可以减少废弃混凝土随意堆放造成的环境污染和土地占用，具有可持续发展的意义［3⁃4］。
钢管再生混凝土柱力学性能研究进展
第18卷第5期2021年5月铁道科学与工程学报Journal of Railway Science and Engineering Volume 18Number 5May 2021钢管再生混凝土柱力学性能研究进展王兴国1,2，姜茂林1，张向冈1,2，王永贵1，牛海成1,2(1.河南理工大学土木工程学院，河南焦作454003；2.生态建筑与环境构建河南省工程实验室，河南焦作454003)摘要：钢管再生混凝土作为一种新型组合结构形式，能够有效改善再生混凝土的固有缺陷。
通过外部钢管对内部核心混凝土的约束效应，增强再生混凝土构件的力学性能和防灾效益。
现有研究主要从理论分析、试验研究和验证模型入手，对钢管再生混凝土柱的力学性能和变形能力进行探究。
基于近年来钢管再生混凝土柱的研究现状进行综述，阐述了钢管再生混凝土柱的力学性能、耐高温性能、耐火性能、抗酸侵蚀性能和抗震性能，并对今后研究方向提出了建议。
关键词：钢管再生混凝土；力学性能；耐高温性能；耐火性能；抗酸侵蚀性能；抗震性能中图分类号：TU398.1；TU398.9文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7029（2021）05-1256-11Research progress on mechanical property for recycled aggregate concrete-filledsteel tubular columnsWANG Xingguo 1,2,JIANG Maolin 1,ZHANG Xianggang 1,2,WANG Yonggui 1,NIU Haicheng 1,2(1.School of Civil Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China;2.Henan Province Engineering Laboratory for Eco-architecture and the Built Environment,Jiaozuo 454003,China)Abstract:Recycled aggregate concrete filled steel tube,as a new combination structure form,can effectively improve the inherent defects of recycled aggregate concrete.The outer casing steel tube exerts a corresponding restraining effect on the internal core concrete.Thereby,enhancing the mechanical properties and disaster prevention effect of the recycled concrete member.Existing research mainly starts through theoretical analysis,experimental research and verification models,and explores the mechanical properties and deformability of steel tube recycled concrete columns.Based on the review of the research status of steel tube recycled concrete columns in recent years,the mechanical properties,high temperature resistance,fire resistance,acid corrosion resistance and seismic performance of steel tube recycled concrete columns were summed up in this paper.Moreover,future research projects were suggested.Key words:recycled aggregate concrete-filled steel tube;mechanical property;high temperature resistance;fire resistance;acid resistance;seismicbehavior收稿日期：2020-07-10基金项目：河南省自然科学基金资助项目(182300410134)；河南省科技攻关项目(182102310877，172102210285)；河南省高校基本科研业务费专项资金资助项目(NSFRF200328，NSFRF200320)通信作者：张向冈(1986−)，男，河南商丘人，副教授，博士，从事再生混凝土研究；E −mail ：***************.cnDOI:10.19713/ki.43-1423/u.T20200646第5期王兴国，等：钢管再生混凝土柱力学性能研究进展当前，我国城镇化进程加快，既有建筑的更替和新建结构的增长，导致大量的建筑材料耗费。
钢管再生混凝土柱的抗震性能数值模拟研究
钢管再生混凝土柱的抗震性能数值模拟研究随着大型重要工程结构不断涌现，钢管再生混凝土柱在建筑工程中得以广泛应用，并且在工程结构抗震领域应用也日趋广泛，但是在强烈地震作用下，其容易发生脆性的剪切破坏。
基于此，本研究通过数值模拟对钢管再生混凝土柱开展系统研究，以便更好地指导工程实践。
图1为延性系数有限元模拟与简化计算公式比较图。
在实际工程中，由于复杂的环境因素影响，钢管再生混凝土柱容易产生局部腐蚀，进而降低构件的承载力与安全性，影响其抗震性能。
基于此，应当以局部腐蚀后的钢管再生混凝土柱为研究对象，进行不同参数下抗震性能影响分析，了解其荷载位移滞回关系特性，以便为其弹塑性抗震分析提供参考。
具体而言，将试件参数设计为腐蚀率、轴压比、钢管壁厚、构件长细比、钢材强度、混凝土强度，得出局部腐蚀钢管再生混凝土柱在低周往复荷载作用与往复荷载作用下的荷载位移滞回关系，研究表明，构件的总耗能与腐蚀率呈反比关系，构件水平承载力与轴压比的呈反比关系，构件滞回曲线峰值点与钢材屈服强度、混凝土强度、钢管壁厚呈正比关系，长细比与滞回曲线峰值呈反比关系；在低周往复荷载作用下，钢管混凝再生土柱的骨架曲线极限承载力及其弹性阶段刚度随着腐蚀率、轴压比和长细比的增加而不断降低，随着钢材强度、混凝土强度和钢管壁厚的增加而有着不同程度增加；由此得出钢管再生混凝土柱抗震性能变化规律，钢材强度的变化对其刚度退化几乎没有影响，影响较大的是构件轴压比，且公式下计算结果与数值模拟结果吻合较好。
水平位移/rnm图2为长细比对滞回曲线的影响图。
钢管再生混凝土柱是将再生混凝土浇筑在钢管内而形成的组合构件，具有高延性、高承载力。
现阶段下，针对钢管再生混凝土柱抗震性能的数值模拟研究较为稀缺，本研究采用试验与数值模拟相结合的方法，用有限元软件LS-DYNA建立纤维模型，修正了Park-Kent混凝土本构模型所需参数，开展了大规模参数分析，以研究钢管再生混凝土柱的抗震性能。
混凝土柱的抗震性能试验分析
混凝土柱的抗震性能试验分析一、前言混凝土柱在建筑结构中扮演着重要的角色，其抗震性能的好坏直接影响到建筑的安全性能。
因此，对混凝土柱的抗震性能进行研究具有重要的意义。
本文将从试验分析的角度出发，对混凝土柱的抗震性能进行研究分析。
二、试验设计1.试验对象本次试验所选取的混凝土柱为圆形截面，高400mm，直径为100mm。
2.试验材料混凝土：采用C30混凝土；钢筋：采用HRB400级钢筋；3.试验设备试验设备包括万能试验机、振动台、加速度计、位移传感器等。
4.试验方案本次试验采用静力加载和动力加载相结合的方式进行。
首先，在静力加载的条件下进行单轴压缩试验，得到混凝土柱在不同荷载下的应力-应变曲线；然后在振动台上进行地震模拟试验，记录混凝土柱在不同地震强度下的加速度和位移等数据，进行后续分析。
三、试验结果分析1.静力试验结果经过静力试验，得到了混凝土柱在不同荷载下的应力-应变曲线。
图1为混凝土柱的应力-应变曲线。
图1 混凝土柱的应力-应变曲线从图1中可以看出，混凝土柱在荷载较小时呈现出线性的应力-应变关系，当荷载增加到一定程度时，应力开始出现明显的非线性增长，表明混凝土柱的受力性能发生了明显的变化。
2.动力试验结果在振动台上进行地震模拟试验，记录混凝土柱在不同地震强度下的加速度和位移等数据，进行后续分析。
图2为混凝土柱在不同地震强度下的加速度时程曲线。
图2 混凝土柱在不同地震强度下的加速度时程曲线从图2中可以看出，在地震强度较小的情况下，混凝土柱的加速度变化较小，但随着地震强度的增加，混凝土柱的加速度变化也越来越大，这表明混凝土柱在地震荷载下受力性能的变化也越来越大。
图3为混凝土柱在不同地震强度下的位移时程曲线。
图3 混凝土柱在不同地震强度下的位移时程曲线从图3中可以看出，在地震强度较小的情况下，混凝土柱的位移变化较小，但随着地震强度的增加，混凝土柱的位移变化也越来越大，这表明混凝土柱在地震荷载下的变形能力也越来越弱。
不同配筋率的再生混凝土柱抗震性能试验研究
Ｃ Ｂ ５的再生粗 、细骨料取代率均为 １０ Ｚ一 ０ ％。Ｃ Ｂ １ Ｚ 一 Ｚ ．、Ｃ Ｂ ３和 Ｃ Ｂ ５的纵筋配筋率为 ２ １ Ｚ． ． ％ ３
（２ １ ） Ｚ ． １￣２ ，Ｃ Ｂ２的纵筋配筋率为 １ ２ （２ ８，Ｃ Ｂ４的配筋率为 ３５％ （，２ ８ １） ． ％ １￣ ） Ｚ 一 ０ ．１ ４ １＋￣ ６ 。各
［ 稿 日期］２ １ —２２ 收 ０ ００ ．４
［ 者简 介］尹 海鹏 ，男 ，生于 １８ 。搏士研 究生 。主要 从事 工程抗 震研 究 。Ｅｍａｌ ｈ １８＠ｅ ｉ． ｕ． ｕｃ 作 ９０年 － ｉ ｙ ｐ ９０ ｍａｓ ｊｔｄ ． ： ｌｂ ｅ ｎ
＿
１０ ０
震灾 防御 技 术
５卷
第５ 卷
第 １ 期
震灾 防御技术
Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｒ ｑ ａ ｅＤｉ ｓｅ ｒ ｖ ｎ ｉｎ ｅｈ ｏｏ ｙｆｒ Ｅａｔ ｕ ｋ ｓ ｔｒ ｅ ｅ ｔ ｈ ａ Ｐ ｏ
Ｖｂ ＿ Ｎ ｏ ｌ ５． ．１ Ｍ ａ． ２ ０ ｒ， ０１
２１ ０ ０年 ３月
尹海鹏 ，曹万 林 ，张亚齐 ，张 建伟 ，２ １． 同配筋 率 的再生混 凝土柱 抗 震性能试 验研 究．震 灾 防 御 技术 ，５ （ ） ９ ｌ ７ ００ 不 １ ：９一 Ｏ
ｌ ２
图 １ Ｃ Ｂ １ Ｚ 一、Ｃ Ｂ ５尺 寸及 配 筋 图 Ｚ 一 、Ｃ Ｂ ３ Ｚ 一
Ｆｇ １ ｉ．
Ｄｅａ ｌ ｏ ｅ ｍｅｒ ｎ ｔ ｅ ａ ｓ ｆ ＺＢ・ ， ｔｉ ｆ ｏ ｔ ａ ｄ ｓｅ ｌ ｒ ｓ ｇ ｙ ｂ ｏ Ｃ １ ＣＺＢ一 ｎ Ｂ一 ３ａ ｄ ＣＺ ５
试件 除纵筋配筋率不 同之外，其它配筋均相 同。Ｃ Ｂ １ Ｚ 一 和 Ｃ Ｂ ５的尺 寸及配筋见 图 ｌ Ｚ ．、Ｃ Ｂ ３ Ｚ． 。 模型制 作所采 用 的废 弃混凝 土取 自北 京市 昌平 区某废 弃 的水泥 厂 ，此废弃 混凝土经 加工 制成试 件混凝 土 的再 生粗骨料 和再生 细骨料 。钢筋 的主要力 学性 能见 表 １ 。混凝土 的主要力 学性 能见表 ２ 。
梁贯通式圆钢管混凝土柱-混凝土梁边节点的抗震性能
验， 研 究 了此类 型边 节点 的抗 震性 能． 试 验 结果表 明 ： 随 着环 梁与框 架 梁配筋 率 比值 、 环 梁 宽度 与 圆柱 直径 比值 的减 小 ， 试件破 坏 区域 由框 架 梁根 部 向环 梁转 移 ， 并 出现框 架梁根部
塑性铰破 坏 、 框 架 梁与环 梁 交界 处破 坏 、 环 梁 区破 坏 ３种 不 同的破 坏 形 式 ； 梁贯 通 式 节 点
通式圆钢管混凝土柱 一 混凝土梁边节点受力安全 可靠 ， 可实现“ 强柱弱 梁， 节点更强” 的
抗 震设 计原 则．
关键词 ： 钢管混凝土； 边节点； 梁贯通式节点； 抗震性能
中图分类号 ： Ｔ Ｕ ３ ９ ８
ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ ． ５ ６ ５ Ｘ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ７ ． ０ ０ ６
（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
Ｊ ｕ ｌ ｙ ２ ０１ ５
文章编号 ： １ ｏ ０ ０ － ５ ６ ５ ｘ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ７ ０ － ０ ３ ３ － ０ ９
梁贯通式圆钢管混凝土柱 一 混凝土梁边节点的抗震 陛能 水
钢 管混凝 土结 构具 有优 越 的受力 性 能和 于高层 建筑 ． 钢 管混凝 土 柱 一 梁 连接 节 点作 为结 构 的关 键部 位一 直受 到研 究人 员 的 关注 … ． 早 期 的研究 主 要 集 中于 柱梁 中节 点 ， 近期 ， 研究 者 注意 到 了边 节点 的力 学性 能 与 中节 点存 在差 异， 对 钢 管混凝 土 柱 一梁边 节 点 形 式 开 展 了试 验 与 理论 研究 ． 在 钢 管 混 凝 土柱 与 钢 梁 连 接 节 点 方 面 ， Ｐ ａ ｒ ｋ等 ＿ ２ 进 行 了 ７个 方 钢 管 混 凝 土 柱 与宽 翼 缘 钢 梁连 接边 节 点 的低周 反 复 荷 载 试 验 ， 其 中方 钢 管混 凝土 柱外 缘 增 设 加 强 外 环 板 ； Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ等 对 加 强 外
再生混凝土框架抗震性能试验研究共3篇
再生混凝土框架抗震性能试验研究共3篇再生混凝土框架抗震性能试验研究1随着人们对建筑安全性关注的不断提升，再生混凝土框架在建筑结构中不断得到应用。
再生混凝土框架具有可持续性、环保、经济等优势，但其抗震性能问题一直备受关注。
本文旨在通过分析再生混凝土框架抗震性能试验的研究结果，探讨再生混凝土框架的抗震性能及其与传统混凝土框架的差异。
一、再生混凝土框架的抗震性能试验1.试验方法再生混凝土框架的抗震性能试验主要采用震动台试验方法和数值模拟分析方法两种。
为了确定再生混凝土框架的抗震性能参数和抗震性能等级，通常需要进行不同地震波作用下的振动台试验，对框架的应力、应变、位移等进行测试。
2.试验结果再生混凝土框架抗震性能试验结果表明，相比传统混凝土框架，再生混凝土框架具有一定的抗震性能优势。
其中，主要体现在以下方面：(1) 抗震性能等级高：与普通混凝土框架相比，再生混凝土框架的抗震性能等级可提高至同等规格的建筑结构的1.5倍以上。
(2) 动力特性良好：再生混凝土框架具有良好的动力特性，其自振周期和阻尼比等参数能够满足建筑结构中对于地震荷载的要求。
(3) 破坏形式合理：在地震作用下，再生混凝土框架往往以塑性铰为主破坏形式，具有较好的破坏特性。
二、再生混凝土框架抗震性能分析再生混凝土框架具有很好的抗震性能，其主要原因在于以下几个方面：1. 矿物掺合料的优异性能再生混凝土框架采用矿物掺合料代替部分水泥，可降低混凝土内部的孔隙度、提高强度和韧性，以及改善混凝土与钢材的粘结性能，有利于提高结构的整体稳定性和抗震性能。
2. 混凝土的循环使用采用再生混凝土可以实现混凝土的循环利用，减少浪费，降低建筑成本，同时也有利于减少对原材料的开采和消耗。
3. 增强型再生混凝土的应用增强型再生混凝土是针对再生混凝土强度不足、韧性不够等存在问题的一种解决方案。
采用增强型再生混凝土可以提高框架的承载能力和疲劳性能，进而提高其抗震性能。
三、结论通过以上分析可以看出，再生混凝土框架的抗震性能优于传统混凝土框架。
新型钢管混凝土柱_钢筋混凝土梁节点抗震性能试验研究_尧国皇
E － mail： yaogh@ szmedi. com. cn
收稿日期：2010 － 10 － 20
工业建筑
2011 年第 41 卷第 2 期
97
点具有施工方便 、 构造简单 、 传力明确的优点 。 厦门 海峡交流中心二期二号塔楼结构
［ 7］
（ 图 1 ） 已采用了
8］ 这种新型节点 。 文献［ 报道了这类新型节点的静 表 明， 在 轴 向 荷 载 作 用 下， 力性能的试验研 究 结 果， 钢管混凝土 柱 先 于 节 点 而 破 坏， 满 足 了“强 节 点 弱 柱” 要求 。 为 了 进 一 步 研 究 这 类 节 点 抗 震 性 能， 本 文以该塔楼结构节 点 为 原 型， 设计了 4 个节点试件 并进行往复荷载作用下的试验研究 。 图 2 给出了该 塔楼结构采用典型的框架 － 核心筒体系中的外框架 其在节点区域对外钢管开矩形 梁柱节点的示意图， 孔， 同时在剩下的钢管环带上焊栓钉， 对节点部位钢 管进行加强 。
5. 厦门经济特区房地产开发集团有限公司， 福建厦门
摘
要 ： 提出一种钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁 的 新 型 节 点 形 式 。 在 钢 筋 混 凝 土 梁 与 钢 管 混 凝 土 柱 连
接区， 钢管局部开矩形孔 、 节点区域钢管加强， 使钢筋混凝 土 梁 中 的 纵 向 钢 筋 直 接 伸 入 节 点 ， 节点混凝土与梁 中混凝土成为整体， 方便施工且保证了节点刚度 。 通过 4 个节点试件的试验， 研究节点的破坏过程 、 破坏形态 节点 破 坏 由 梁 的 破 坏 引 起 ， 直 至 节 点 达 到 极 限 状 态， 节点 和耗能性能 。 研究结果表明：节点的滞回曲线饱满， “强柱 、 尚未破坏， 证实了这种节点的可行性， 且满足 弱梁 、 节点更强 ” 的抗震设计原则 。 关键词 ： 钢管混凝土； 节点； 抗震性能； 试验研究； 承载力
再生混凝土短柱抗震性能试验研究
陆凯安 ，１９ ） ９９ 。虽然 国内外学者对于再 生混凝 土进行 了大量 的研 究，但这些研究主要集 中在再 生混凝土 的材料 性能和再 生混 凝土简单构件 的基本力学性 能方面 ，而对于再 生混凝土构件和结
构 的抗震性 能涉及 甚少 （ ｔ，２ ０ ；Ａｎ ｒｅ等 ，２ ０ ；Ｈａ ａ ，１９ ；孙跃 东等 ，２ ０ ； Ｋａ ｚ ０４ ｄｚ ０２ ｊ ｒ等 ｊ ９８ ０ ６ 肖建庄等 ，２ ０ ） ０ ５ 。本文通 过对 ４根再生混凝土短 柱进行 低周反复荷载试验研 究 ，分析 了再生混 凝土短柱 的抗震性 能。试验结果表 明，经过合理设计 的再生混凝土短柱可 以应用在 抗震结构 中。
关键 词 ：再 生 混凝 土
短柱
交叉钢筋
试验研 究
抗 震 性 能
引言
随着 人 口的增长和城市化进 程的加快 ，建设工程每年约消耗 ８ 亿 吨的天然骨料 ，与此 同时 ０ 所 产生的大量建筑 垃圾和废料带来 了严重 的环境污 染 （ ａ ｓｎ ９ ６ ａｒｇ ，１９ ） Ｈ ｎｅ ，１８ ；Ｂ ｒ ｉ等 ａ ９ ０ 。将 再 生混凝 土应用 于建 设工程 之 中，既能减 少天然骨料 开采 时的大量 能耗 ，又能解决建筑垃圾所 带 来的环 境 问题 ，这必 将是今后土木工程 的发展趋势之 一 （ 邢振 贤等 ，１９ ；杜婷等 ，２ ０ ； ９８ ０ ２
配筋 率 箍筋
配 箍率 暗 支撑
２３％ ．１ ４ ＠５ ６ ０
Ｏ９ ． ％
２ １ － ％ ３ ４ ＠５ 巾６ ０
０ ％ ． ９
２３％ ．１ ４由６ ０ ＠５
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第 ５ 卷
第 １ 期
震 灾防 御技术
Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒｈ ｕ ｋ ｓ ｓ ｒ ｒ ｖ ｎ ｉｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙｆｒ Ｅａｔ ｑ ａ ｅＤｉ ｔ ｅ ｅ ｔ ａ ｅＰ ｏ
基于视觉测量方法的钢管再生混凝土柱的抗震性能研究
基于视觉测量方法的钢管再生混凝土柱的抗震性能研究再生混凝土(Recycled Aggregate Concrete,RAC)能有效减少建筑垃圾对环境的污染,社会和经济效益深远,其推广和应用势在必行。
为了满足再生混凝土的结构性应用需求,本研究中将再生混凝土浇筑在钢管内形成了钢管再生混凝土柱(Recycled Aggregate Concrete filled Steel Tubular Column,RACSTC)这种组合构件。
钢管能改善再生混凝土的受力性能提高其承载力,而核心再生混凝土能防止钢管过早屈曲,当二者构成钢管再生混凝土柱时,弥补了再生混凝土和钢管力学性能的缺陷,实现了 1+1>2的双赢效果。
这种组合柱不仅具有高延性、高承载力,而且具有优秀的工作性能,同时也扩大了再生混凝土的应用范围,实现了资源的循环利用和可持续发展。
目前对钢管再生混凝土的研究主要集中在轴压方面,而对抗震性能和损伤机理的研究较少;另外,由于需要对地震作用下的钢管组合柱进行变形测量和评估,以及监测其应力应变曲线,而应变片和传感器难以预置于钢管变形区域的关键点,导致应变峰值的精确值只能依靠插值法估算,无法通过应变片直接采集有关数据。
基于这种背景,本文引入了机器视觉方法来测量震损结构的三维变形和破坏信息。
本文通过对17根试件的试验和对27根试件的有限元模拟,研究了轴压比、长细比、钢管壁厚、钢管强度和再生混凝土强度等重要参数对钢管再生混凝土的抗震性能的影响;同时,提出用无接触的视觉方法实现全场变形和应变的测量,并与应变片和传感器数据进行对比验证其有效性和精确度。
本文的主要研究内容和创新点如下:为了分析构件破坏形态特点,实时精确测量试件变形,本文提出了基于机器视觉的测量方法,阐述了视觉系统结构和三维变形测量原理,利用这种新型测量技术完整地采集了试件在低周反复荷载作用下的全场三维变形和应变数据,并且实现了三维变形的全自动测量。
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Dong Hongying，Xie Xiang，Cao Wanlin，Guo Yanli
(College of Architecture and Civil Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China)
Abstract：In order to investigate the seismic performance of recycled aggregate concrete filled circular steel tube columns，seven full-scale specimens with different replacement ratio of recycled coarse aggregate，shear span ratio， and axial compression ratio were designed，and their pseudo static test studies were carried out．The failure characteristics，hysteretic curves，bearing capacity，ductility，stiffness degradation and energy dissipation capacity of specimens were compared and analyzed．Test results showed that at the later loading stage all the specimens were found to have bulged outward on the bottom of steel tubes，and some of the ones with smaller shear span ratio had a fracture on the tensile side at the bottom．The hysteresis curves of the specimens basically presented the spindle shape and were relatively plump．The ductility of all the specimens was good as well．Different replacement ratios of coarse aggregate had little influence on the seismic performance of specimens．With the increase of shear span ratio，the bearing capacity of the specimens decreased while ductility increased．As the axial compression ratio increased，the ductility of specimens decreased．The seismic performance of specimens was good enough to meet the seismic requirements．Based on two relevant codes in China，the compression bending capacity of recycled aggregate concrete filled circular steel tube columns from this article and other documents was calculated and compared．It was found that the relevant formula in the codes of China were safe for full-scale recycled aggregate concrete filled circular steel tube columns. Keywords：recycled aggregate concrete filled circular steel tube columns；full-scale model；pseudo-static test； seismic performance；compression bending capacity
董宏英，谢 翔，曹万林，郭晏利
(北京工业大学建筑工程学院，北京 100124)
摘 要：为研究圆钢管再生混凝土柱的抗震性能，考虑不同再生粗骨料取代率、剪跨比、轴压比等参数，设计了 7
个足尺试件，进行拟静力试验研究，对比分析了各试件的破坏特征、滞回曲线、承载力、延性、刚度退化、耗能能
力等特性．试验结果表明：加载后期，所有试件均在钢管底部出现环状鼓曲，剪跨比小的部分试件受拉一侧发生断
第 51 卷 第 10 期 2018 年 10 月
DOI:10.11784/tdxbz201802015
天津大学学报(自然科学与工程技术版) Journal of Tianjin University(Science and Technology)
Vol. 51 No. 10 Oct. 2018
圆钢管再生混凝土柱抗震性能试验
裂；各试件的滞回曲线基本呈梭形，比较饱满，延性较好；不同粗骨料取代率对试件的抗震性能影响不大；随着剪
跨比的增大，试件的承载力降低，延性变好；轴压比大的试件延性较差；各试件抗震性能良好，满足抗震要求．通
过我国相关规范和规程对本文及其他文献中圆钢管再生混凝土柱压弯承载力的柱，我国规范的相关公式是偏于安全的．
关键词：圆钢管再生混凝土柱；足尺模型；拟静力试验；抗震性能；压弯承载力
中图分类号：TU375
文献标志码：A
文章编号：0493-2137(2018)10-1096-11
Experiment on Seismic Performance of Recycled Aggregate Concrete Filled Circular Steel Tube Columns