薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點力學性能和工作機理研究

為解決薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點在工程應(yīng)用中所面臨的缺少相應(yīng)的試驗和理論研究基礎(chǔ)的問題，本項目展開了對薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點的力學性能和工作機理研究。通過加載試驗，探明T,Y ,K與KT 型節(jié)點受軸力和T型節(jié)點受彎矩作用下的力學性能和破壞模式；基于試驗結(jié)果，建立節(jié)點的有限元數(shù)值模型；結(jié)合試驗結(jié)果和數(shù)值模型細部分析結(jié)果，探討不同類型節(jié)點的內(nèi)部工作機理，建立相應(yīng)的理論力學模型，進而提出薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點在正常使用狀態(tài)和極限破壞狀態(tài)下的系統(tǒng)設(shè)計方法。核心研究成果發(fā)表于Journal of Structural Engineering-ASCE與 建筑結(jié)構(gòu)學報，填補了國內(nèi)外在這方面的研究空白。研究成果使得對于鋼管混凝土相貫節(jié)點的設(shè)計可以考慮內(nèi)部混凝土的作用，從而大幅減少對于加勁肋的需要，節(jié)省了鋼材和焊接工作量。研究成果應(yīng)用于舟山、樂清和六橫6座大跨越鋼管混凝土輸電塔工程節(jié)點設(shè)計中，節(jié)省工程造價每座約300萬元。 2100433B

為解決薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點在工程應(yīng)用中所面臨的缺少相應(yīng)的試驗和理論研究基礎(chǔ)的問題，本項目擬對薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點進行力學性能和工作機理的研究。通過加載試驗，探明T,Y和K型節(jié)點分別受軸力和彎矩作用下的力學性能和破壞模式；基于試驗結(jié)果，建立節(jié)點的有限元數(shù)值模型，分析幾何尺寸參數(shù)與材料性能參數(shù)對節(jié)點性能的影響，探索其內(nèi)在規(guī)律；結(jié)合試驗結(jié)果和數(shù)值模型細部分析結(jié)果，探討不同類型節(jié)點的內(nèi)部工作機理，建立相應(yīng)的理論力學模型，進而提出薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點在正常使用狀態(tài)和極限破壞狀態(tài)下的系統(tǒng)設(shè)計方法。研究成果不僅能為薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點的工程應(yīng)用提供科學依據(jù)，還能有效的促進薄壁鋼管混凝土格構(gòu)式這種新型結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用，同時也是對鋼混組合結(jié)構(gòu)設(shè)計理論體系的完善和發(fā)展。

隨著現(xiàn)代工程大跨、重載的發(fā)展趨勢，大型鋼管混凝土桁架式和格構(gòu)式結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，這類結(jié)構(gòu)的節(jié)點多為圓鋼管混凝土相貫節(jié)點，且因為主管的徑厚比很大而為薄壁節(jié)點。為解決薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點所面臨的缺少動力性能試驗和理論研究基礎(chǔ)的問題，本課題擬通過試驗研究和精細化有限元模擬，研究薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點在低周反復荷載作用下的受力機理、破壞模式、滯回性能和恢復力模型；揭示荷載類型、幾何參數(shù)、材料參數(shù)和主管軸力的影響規(guī)律，對比平面節(jié)點探明空間節(jié)點的空間效應(yīng)；基于力學模型建立不同破壞模式下平面節(jié)點的承載力公式，進而建立考慮空間效應(yīng)的空間節(jié)點承載力公式；通過探明不同破壞模式下節(jié)點的耗能機制，最終提出基于耗能機制的節(jié)點抗震設(shè)計方法。研究成果不僅可為薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點的工程設(shè)計提供科學依據(jù)，還能有效的促進薄壁鋼管混凝土桁架式和格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用，同時也是對鋼-混組合結(jié)構(gòu)設(shè)計理論體系的完善和發(fā)展。

隨著現(xiàn)代工程大跨、重載的發(fā)展趨勢，大型鋼管混凝土桁架式和格構(gòu)式結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，這類結(jié)構(gòu)的節(jié)點多為圓鋼管混凝土相貫節(jié)點，且因為主管的徑厚比很大而為薄壁節(jié)點。為解決薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點所面臨的缺少研究基礎(chǔ)的問題，本項目結(jié)合試驗和有限元參數(shù)分析對其動力性能進行了系統(tǒng)的研究。揭示了薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點的破壞模式，探明了荷載類型、主管徑厚比、主支管壁厚比對節(jié)點的破壞模式和極限承載能力的影響規(guī)律。揭示了薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點的承載效率和其影響因素。探明了薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點的耗能機制，在此基礎(chǔ)上，提出了基于耗能機制的抗震設(shè)計方法。探明了荷載類型、幾何參數(shù)和主管軸壓比對圓鋼管混凝土平面相貫節(jié)點應(yīng)力集中系數(shù)的影響，基于強度等效的原則，提出了改進的應(yīng)力集中系數(shù)計算公式，公式計算結(jié)果和試驗結(jié)果吻合較好。對比平面節(jié)點，探明了空間效應(yīng)對薄壁圓鋼管混凝土空間相貫節(jié)點應(yīng)力集中系數(shù)、承載力和破壞模式的影響，提出了薄壁圓鋼管混凝土空間相貫節(jié)點承載力計算公式。研究成果不僅可為薄壁圓鋼管混凝土相貫節(jié)點的工程設(shè)計提供科學依據(jù)，還能有效的促進薄壁鋼管混凝土桁架式和格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用，同時也是對鋼-混組合結(jié)構(gòu)設(shè)計理論體系的完善和發(fā)展。 2100433B

本項目以圓鋼管自應(yīng)力鋼渣混凝土柱為研究對象，采用試驗研究、理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合方法，研究圓鋼管自應(yīng)力鋼渣混凝土的膨脹性能，分析鋼管約束下鋼渣混凝土的自應(yīng)力發(fā)展特點，揭示圓鋼管鋼渣混凝土的膨脹機理，提出圓鋼管鋼渣混凝土自應(yīng)力的計算方法。研究靜力荷載作用下圓鋼管自應(yīng)力鋼渣混凝土柱承載性能與破壞機理，提出軸壓和偏壓荷載作用下圓鋼管鋼渣混凝土柱承載力、剛度、變形、荷載-位移關(guān)系的計算方法，建立圓鋼管鋼渣混凝土柱的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型。研究低周反復荷載作用下圓鋼管自應(yīng)力鋼渣混凝土柱破壞形態(tài)、受力機理和耗能機制，分析各因素對構(gòu)件動力特性與抗震性能的影響規(guī)律，提出圓鋼管自應(yīng)力鋼渣混凝土柱承載力、剛度退化、軸壓比限值和延性系數(shù)的計算方法，建立圓鋼管自應(yīng)力鋼渣混凝土柱的恢復力模型。本項目研究為鋼管鋼渣混凝土柱的設(shè)計以及在土木工程中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，同時促進固體廢棄物的再利用，具有重要的理論意義與現(xiàn)實意義。