Abstract ：

钢管混凝土柱型钢组合梁节点区钢筋密集,如果梁所有腰筋在节点区采用弯锚方式,则会增加"堆扎打架"现象.基于实际工程中的钢管混凝土柱-双外环板式型钢组合梁节点,选取腰筋锚固形式作为研究变量,设计并制作了 2个1:4缩尺节点试件.通过开展拟静力试验和数值模拟研究,对比分析了不同腰筋锚固形式下节点的破坏模态、抗震性能和应变分布规律.研究结果表明:2个节点试件均在变宽梁根部形成塑性铰破坏,且滞回曲线无明显捏缩现象,存在类似的强度与刚度退化规律;腰筋贯通节点的位移延性系数均值高于腰筋弯锚节点,表明改进腰筋锚固形式有助于提高节点延性;在层间位移角为4％时,2个节点的等效黏滞阻尼系数均在0.3以上,展现出良好的耗能性能,且改进后的腰筋锚固形式能提高节点加载后期的耗能能力;数值模拟结果表明,在保证梁"强剪弱弯"的前提下,在型钢腹板处预留腰筋孔对节点抗震性能基本无影响.

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双外环板式型钢组合梁 腰筋弯锚 抗震性能 钢管混凝土柱组合梁节点 腰筋贯通

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为掌握新型高强钢丝布增强超高性能混凝土(UHPC)的约束效应,研究高强钢丝布面密度和层数变化对约束混凝土柱轴压性能的影响规律.首先,利用混凝土泊松比、延性指数和韧性指数对高强钢丝布增强UHPC的约束效应进行评估;其次,考虑高强钢丝布与UHPC提供的约束力,建立复合约束层的侧向约束力模型;最后,基于Ottosen破坏准则和有效约束指标,建立约束混凝土轴压本构模型.研究结果表明:约束柱受压时呈明显的延性破坏,高强钢丝布增强UHPC约束体系可有效抑制裂缝发展,减缓加载后期试件刚度退化;与未约束柱相比,约束柱极限承载力、峰值压应变和峰值应力的最大增幅分别为147.0％、104.0％和58.0％;当高强钢丝布层数从1层增加至2层,面密度增加至3.3倍时,约束柱极限承载力、峰值压应变和峰值应力分别提高了 8.4％、29.3％和15.8％,延性指数和韧性指数分别提高了 50.3％和44.2％.对比经典约束混凝土轴压本构模型,本文建立的模型结果与试验结果吻合度较高.

Keyword ：

超高性能混凝土 约束混凝土 轴压性能 高强钢丝布 本构模型

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为提高震损钢筋混凝土柱的抗震性能,采用纤维增强混凝土及碳纤维编织网对其进行修复.考虑修复方法和轴压比的影响,设计5根钢筋混凝土柱,并经预损伤加载及修复处理后开展低周往复加载试验.结果表明:采用纤维增强混凝土及碳纤维编织网对震损钢筋混凝土柱进行修复,可以改善柱的破坏模式,显著提高其受力性能、抗裂性能和耗能能力;纤维编织网可以有效分担原本应由纵筋、箍筋承担的应力,采用纤维增强混凝土及碳纤维编织网进行修复有效.在Park-Ang模型、改进Park-Ang模型、Kratzig模型和弹塑性耗能差模型中,采用Kratzig模型或弹塑性耗能差模型开展损伤评估更加合理.通过理论分析建立相关的受弯承载力及受剪承载力计算方法,结合试验数据证明理论计算方法的准确性,其最大相对误差不超过11.9％.

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震损修复 抗震性能 纤维增强混凝土 拟静力试验 震损钢筋混凝土柱 碳纤维编织网

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本发明公开了一种可恢复功能ECC半预制外壳再生砖混骨料混凝土柱，该可恢复功能ECC半预制外壳再生砖混骨料混凝土组合柱包括钢筋笼、模板与PVC管，所述钢筋笼包括环状壳体、超高强纵向钢筋与横向钢筋，其特征在于：所述环状壳体的顶部开设有呈环形阵列并与超高强纵向钢筋适配的通孔且贯穿至其柱体底部，所述环状壳体的内腔底壁设有呈环形阵列分布且与超高强纵向钢筋和通孔均适配的紧固组件，该装置可增强组合柱体的可恢复功能，有效改善再生骨料混凝土的受力性能，在技术路径上实现建筑垃圾的合理利用，改善天然骨料紧缺和钢筋笼预制周期较长的问题。

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纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)已被广泛应用于既有混凝土结构的加固改造和新建结构中.FRP约束混凝土柱在地震作用下通常会受到轴压的往复循环作用,研究FRP约束混凝土在循环轴压作用下的应力-应变特性对于FRP在实际工程中的应用具有重要意义.该文提出了一种用于建模循环轴压下FRP约束混凝土柱应力-应变特性的神经网络预测模型,该模型采用长短期记忆(Long short-term memory,LSTM)单元对循环应力-应变曲线中的滞回特性进行建模,构件的物理参数被有效地集成在网络的输入中.该模型能以端到端的方式进行高效的训练且不依赖任何专家经验.制作了一个包含 166个FRP约束普通混凝土柱的循环轴压数据库,在该数据库上对模型的准确性和鲁棒性进行了充分的评估,结果表明测试集平均预测误差仅为0.32 MPa.此外,对网络结构和超参数的影响进行了详细的讨论,结果表明该模型具有出色的预测性能.

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机器学习 LSTM 应力-应变曲线 循环轴压 FRP约束混凝土

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针对某超高层巨型框架结构中异形截面多腔钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFT)分叉柱,为研究截面加强构造对分叉短柱抗震性能的影响,进行了 4个试件在竖向轴压力及水平往复两次的低周反复荷载下的抗震性能试验研究,试件上部为五边形四腔体钢管混凝土双柱肢,下部为八边形十三腔体钢管混凝土单柱肢,以此形成分叉柱;研究的截面构造包括四种:基本构造,钢管钢板整体加厚构造,距中和轴较远的钢管角部钢板内表面贴焊等肢角钢的局部钢板加厚构造,距中和轴较远的钢管腔体内置圆钢管构造.基于试验结果及截面构造特点,进行了数值计算.试验及数值计算结果表明:异形截面多腔钢管混凝土分叉短柱的破坏主要发生在上柱根部分叉截面处,表现为距离中性轴较远处的钢板撕裂以及局部焊缝开裂引起的整块钢板撕裂;内置圆钢管的加强构造承载力提高7.6％、变形能力提高14.4％,综合耗能能力最强,局部钢板加强构造承载力提高9.2％、变形能力下降18.7％,钢管钢板整体加厚构造承载力略有提高、但变形能力下降较多;提出的异形多腔钢管混凝土柱简化建模方法计算效率较高,精度满足工程设计要求.

Keyword ：

异形截面 抗震性能 钢管混凝土(CFT) 多腔 分叉短柱

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Under the action of earthquake, concrete-filled steel tube (CFST) columns are prone to compression-torsion failure due to torsion and the torque action will aggravate the destruction of CFST column. In this paper, a mechanical analysis model and numerical simulation method for CFST columns are established, which can take into account both the concrete heterogeneous characteristics and the concrete/steel tube contact behavior, and then the failure behavior and size effect of CFST columns under the combined action of compression and torsion are simulated and studied. The effect of structural size, axial compression ratio, steel ratio and section shape on failure mode, nominal torsional strength and size effect behavior of CFST columns are analyzed. The results show that: With the increase of axial compression ratio, the torsional capacity of the CFST column first increases and then decreases, and the torsional capacity of the member reaches the maximum value when the axial compression ratio is about 0.4. The size effect of CFST columns under compression and torsion is found to a certain extent; according to the simulated working conditions in this paper, the nominal torsional strength decreases by 24%; in addition, with the increase of axial compression ratio, the size effect of nominal torsional strength of members decreases first and then increases. Based on the numerical test data of this paper and the author’s previous work, a formula for size effect of nominal torsional strength of CFST columns considering the influence of axial compression ratio and steel content is proposed. © 2024 Chinese Academy of Sciences. All rights reserved.

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CFST columns axial compression ratio size effect meso-scale simulation compression-torsion failure

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部分外包钢混凝土柱(PEC柱)可有效改善型钢柱防锈蚀问题,改善稳定,提高型钢柱承载力与刚度。本文采用再生砖混粗骨料混凝土部分包裹H型钢柱,制作了16根PEC短柱试件,进行轴压承载力试验。试验设计变量为砖骨料取代率、是否设置箍筋及纵筋构造和CFRP包裹层数。分析了试件最终破坏形态、荷载-位移曲线、承载力、延性及应变特征,阐明了不同设计变量对其轴压性能的影响规律与作用机理,建议了轴心受压承载力公式。结果表明:砖骨料取代率对试件承载力和延性无明显影响;设置构造及包裹CFRP对试件承载力的影响较小,对试件延性影响较大;设置构造和包裹CFRP的复合对延性改善的更明显;建议的基于简单叠加原理的轴心受压承载力公式可较好的预测试件的峰值轴压承载力。

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箍筋及纵筋构造 再生砖混粗骨料混凝土 CFRP 轴压性能 PEC

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地震作用下,钢管混凝土柱容易受到扭转作用而发生压-扭破坏,扭矩作用将导致钢管混凝土柱的破坏加剧.本文首先建立了能够同时考虑混凝土非均质特性和混凝土/钢管接触行为的钢管混凝土柱力学分析模型及其数值模拟方法,进而模拟研究了钢管混凝土柱在压-扭联合作用下的失效破坏行为和尺寸效应规律.主要分析了截面尺寸、轴压比、含钢率和截面形状对钢管混凝土柱破坏模式、名义抗扭强度及其尺寸效应行为的影响.结果表明:随轴压比的增大,钢管混凝土柱抗扭承载力呈现先增大后减小的趋势,且当轴压比在0.4左右时,抗扭承载力达到最大值;钢管混凝土柱在压-扭联合作用下存在一定程度的尺寸效应,且根据本文模拟工况,名义抗扭强度下降幅度可达24%;此外,随轴压比的增大,名义抗扭强度的尺寸效应行为呈现先削弱后增强的趋势.基于本文数值试验数据及作者前期研究工作,提出了考虑轴压比和含钢率影响的钢管混凝土柱名义抗扭强度尺寸效应公式.

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细观模拟 尺寸效应 压-扭破坏 轴压比 钢管混凝土柱

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To study the effect of circumferential gaps on the seismic Performance of concrete-filled steel tube structures, low-cycle loading tests were conducted on concrete-filled steel tube columns to explore the effects of circumferential gaps, steel tube thickness, built-in studs, and section types on the failure modes, hysteretic Performance, ultimate horizontal bearing capacity, rotation ductility factor, stiffness and strength degradation, and energy dissipation capacity. Based on the finite element analysis, the mechanism and influences of the stud arrangement, gap rate and axial compression ratio on concrete-filled steel tube columns with circumferential gaps were obtained. The results show that the circumferential gap significantly reduces the constraint effect of the steel tube on the core concrete, weakens their cooperative work ability, causes concentrated damage to the core concrete and makes its failure premature. The ultimate horizontal bearing capacity of the specimen decreases by 6. 50%, and the rotation ductility factor decreases by 22. 83%. The built-in studs can improve the constraint effect of the steel tube and significantly improve the ductility Performance of the specimen. The rotation ductility factor of the specimen is increased by up to 49. 45%. Thicker steel tube can alleviate the adverse effects of gaps on the seismic Performance of specimens and improve the bearing capacity and energy dissipation capacity of the specimens with circumferential gaps. Compared with circular cross-section specimens, circumferential gaps will cause rectangular cross-section specimens to fail earlier and reduce their ductility Performance. Finally, a calculation method for the ultimate horizontal bearing capacity of concrete-filled steel tube columns with circumferential gaps was proposed and verified. The research results provide a reference for the safety assessment of concrete-filled steel tube structures. © 2024 Chinese Vibration Engineering Society. All rights reserved.

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ealeulation method oircumferential gap finite element analysis hysteretio Performance cooperative working ability concrete filled steel tube

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