钢管混凝土组合异形柱住宅研究与实践进展2016年0108

钢管混凝土组合异形柱住宅研究与实践进展2016年0108第一页，共45页。报告内容一、钢管混凝土组合异形柱结构形式二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验三、钢管混凝土组合异形柱结构住宅技术成果

及工程应用第二页，共45页。组合结构构件组合梁组合柱梁柱节点钢管混凝土柱型钢混凝土柱矩形截面圆形截面多边形截面异形柱铰接半刚接刚接内隔板节点外环板节点隔板贯通节点外肋环板节点钢管束混凝土组合结构（组合剪力墙）组合板一、钢管混凝土组合异形柱结构形式第三页，共45页。T形柱作为建筑边柱L形柱作为建筑角柱2023年4月22日提出小截面的钢管混凝土组合异形柱，可包裹于墙体内部一、钢管混凝土组合异形柱结构形式现实中墙角第四页，共45页。增大了房间的使用面积、方便房间的布置抗震性能良好焊接缀条连接式焊接钢板连接式直接装配式间接装配式提出不同构造形式的方钢管混凝土组合异形柱无孔钢板连接式一、钢管混凝土组合异形柱结构形式第五页，共45页。报告内容一、钢管混凝土组合异形柱结构形式二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验三、组合方钢管混凝土异形柱结构成果及应用第六页，共45页。2.1方钢管混凝土组合异形柱节点构造及计算方法研究提出外肋环板节点并应用于异形柱提出了基于塑性铰线法的外肋环板节点承载力计算公式二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第七页，共45页。2.2轴压力学性能研究进行缀条连接式短柱和长柱的轴压试验并推导计算公式L形T形十字形短柱轴压试验长柱轴压试验二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第八页，共45页。2.2轴压力学性能研究进行缀条连接式短柱和长柱的轴压有限元研究及参数化分析短柱轴压有限元长柱轴压有限元柱子破坏形式与试验结果一致，有限元模型正确，经参数化分析，在轴压荷载下，材料强度对SCFT柱的影响主要体现在极限承载力上，每提高两个混凝土等级，柱的极限承载力提高5.5%-9.9%；各混凝土强度等级下钢材从Q235提高到Q345，柱的极限承载力提高25.7%-31.9%之间。二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第九页，共45页。研究连接板式长柱的轴压性能，比较得到了内填混凝土的作用试件1（填充混凝土）破坏形态试件2（空钢管）破坏形态试件1：单肢顶部四面鼓曲，破坏时发生巨响后，承载力下降明显；试件2：单肢顶部与1/4柱高处发生屈曲，两面鼓曲，两面凹陷，过程中没有明显声音。二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第十页，共45页。研究连接板式长柱的轴压性能，比较得到了内填混凝土的作用试件1（填充混凝土）破坏形态试件2（空钢管）破坏形态两个试件的破坏形态基本相同，两边肢在中部发生很大的平面外弯曲，连接板发生平面外鼓曲，主要是局部屈曲，未发生整体失稳；混凝土的填充提高了试件的极限承载能力和刚度。二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第十一页，共45页。研究长细比的变化对异形柱破坏形态以及承载力的影响试件1：构件在破坏时边肢柱柱中出现明显的局部鼓曲，同时伴随有明显的侧向挠度。试件2：局部鼓曲现象明显减弱，仅在两个边肢柱下四分之一对称位置处出现局部鼓曲而且并不明显，整个异形柱呈现出整体失稳的破坏模态。试件1（1m）试件2（1.5m）二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第十二页，共45页。研究长细比的变化对异形柱破坏形态以及承载力的影响随着长细比的增大，单肢柱不再出现局部鼓曲，异形柱的破坏形态均为整体失稳破坏;此外通过对边肢柱平面外挠度的量测可以发现，边肢柱的平面外挠度接近，基本呈现对称分布。试件3（2m）试件4（2.5m）二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第十三页，共45页。研究长细比的变化对异形柱破坏形态以及承载力的影响上图是试验得出的荷载-竖向位移曲线，从图中可以发现，与预期的规律一致，随着长细比的增加，异形柱的刚度以及极限承载力下降，但并不明显，在较大的长细比下仍然可以承担较大的荷载作用。二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第十四页，共45页。试件1（单向压弯）破坏形态边肢-1（受压单肢）的局部鼓曲变形边肢-2的弯曲变形整体弯曲变形2.3压弯力学性能研究单向压弯作用下L形异形柱整体弯曲明显、单肢发生局部鼓曲二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第十五页，共45页。2.3压弯力学性能研究单向压弯作用下L形异形柱整体弯曲明显、单肢发生局部鼓曲单向压弯试件的破坏是绕着单轴发生的弯曲破坏；单向压弯试件钢管与连接板几乎同时发生失稳破坏。二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第十六页，共45页。试件2（双向压弯）破坏形态2023年4月22日双向压弯作用下L形异形柱单肢破坏比较明显双向压弯装置示意二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第十七页，共45页。双向压弯作用下L形异形柱单肢破坏比较明显双向压弯试件的破坏是绕着弱轴的弯曲破坏；双向压弯试件钢管发生强度破坏，而连接板为失稳破坏，钢管先屈服，而后连接板失稳。二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第十八页，共45页。2023年4月22日研究了双向压弯荷载作用下偏心距的变化对异形柱破坏形态以及极限承载力的影响构件的破坏现象如上图所示，可以发现整个异形柱绕着X’-X’轴弯曲，而且随着偏心距的增大，异形柱破坏时侧向挠度越发明显；由于明显的侧向变形，边肢柱柱中受压侧出现局部鼓曲；与轴心受压的构件相比，偏心受压的构件极限承载力明显下降。试件1（偏心40mm）破坏形态试件2（偏心80mm）破坏形态二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第十九页，共45页。2023年4月22日提出了压弯荷载作用下的简化计算公式二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第二十页，共45页。2023年4月22日提出了压弯荷载作用下的简化计算公式二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第二十一页，共45页。2023年4月22日2023年4月22日压弯简化计算公式与试验、有限元比较将理论计算公式得出的结果与实验值进行了对比，发现误差均在5%左右，理论值与实验值吻合较好。二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第二十二页，共45页。2.4柱的拟静力试验研究2023年4月22日试件的破坏形式主要是柱底鼓曲，柱体倾斜，连接板沿着45°方向鼓曲，圆孔变为椭圆形，部分连接板在圆孔下端撕裂，说明连接板可有效传递剪力，保证了单肢的共同工作。完成了3个试件拟静力试验，发现连接板能够可靠传递剪力二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第二十三页，共45页。试件1试件2试件3滞回曲线比较饱满，呈现一定的非对称性试件1试件2试件3骨架曲线平缓，数值模拟结果吻合良好二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第二十四页，共45页。异形柱拟静力有限元分析结果与试验基本一致，组成部分的破坏顺序是：混凝土首先开裂，之后是连接板屈服，最后钢管底部屈服并发生鼓曲；在滞回荷载下，经参数化分析可知，提高钢材强度能有效改善SCFT柱的承载能力，但延性显著降低，耗能能力也略有下降。混凝土强度的提高对SCFT柱在屈服前的性能和延性影响不明显。轴压比越大，SCFT柱的延性越差，承载力也有所降低，因此对SCFT柱的轴压比应予以限制。二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第二十五页，共45页。2.5框架的拟静力试验研究完成了3榀双层单跨框架拟静力试验，试件破坏时整体倾斜，梁发生波浪形变形，塑性铰首先在梁端形成

试验装置残余变形整体倾斜二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第二十六页，共45页。

耗能能力随轴压比的增大而减小，随梁柱线刚度比的增大而增大。

滞回曲线比较饱满，显示出良好的耗能能力试件1试件2试件3二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第二十七页，共45页。框架有限元参数化分析应力云图可以发现，有限元模型的屈服机制与试验吻合，服从梁端首先形成塑性铰，随后柱脚屈服的破坏模式；计算所得的滞回曲线、骨架曲线、承载力和延性都与试验结果非常吻合。通过有限元参数化分析，SCFST框架实际工程中不宜将框架轴压比设计的过大，不宜超过0.4。在工程设计中，不宜将梁柱线刚度比设计的过小，其值以0.2左右为宜。加劲肋间距与连接板宽度之比为1.75时连接板受力情况最好。二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第二十八页，共45页。钢结构防火采用蒸压轻质加气混凝土防火板（NALC），试验耐火极限超过3h，满足《建筑设计防火规范》GB50016-2006一级耐火等级柱构件的耐火极限要求。试验结束（3h）时，防火板保持良好整体性，异形柱构件最高温度仅为243℃。2.6异形柱耐火性能试验（NALC防火板保护）

试验后试验前整体异形柱包防火板二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验第二十九页，共45页。

TingZhou,ZhihuaChen*andHongboLiu，SeismicBehaviorofSpecialShapedColumnComposedofConcreteFilledSteelTubes,Journalofconstructionalsteelresearch，75，pp131-141，2012（SCI检索950ZS）TingZhou,YumengJia,MinyangXu,XiaodunWang,ZhihuaChen,ExperimentalstudyontheseismicperformanceofL-shapedcolumncomposedofconcrete-filledsteeltubesframestructures,JournalofConstructuralSteelResearch

（SCI检索DOI10.1016/j.jcsr.2015.07.009）TingZhou,MinyangXu,XiaodunWang,ZhihuaChen,YingQin,ExperimentalstudyandparameteranalysisofL-shapedcompositecolumnunderaxialloading,InternationalJournalofSteelStructures.（SCI检索DOI10.1007/s13296-014）

ZhihuaChen*,TingZhou,HongboLiu,YonghaoChen,XiaodunWang，ExperimentalandTheoreticaStudyonStructuralBehaviorofFabricReinforcedConcreteSandwichPanels，AdvancedScienceLetters，4(3)，pp663-668，2011（SCI检索800LX）2.7相关论文成果二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验相关成果目前发表SCI文章5篇，EI文章5篇，一般论文及会议论文若干。

第三十页，共45页。报告内容一、钢管混凝土组合异形柱结构形式二、钢管混凝土组合异形柱结构理论与试验三、钢管混凝土组合异形柱结构住宅技术成果

及工程应用第三十一页，共45页。汶川渔子溪村重建项目241户住宅3.1低、多层住宅方钢管混凝土组合异形柱框架结构方钢管混凝土组合异形柱已应用于汶川渔子溪村重建项目的241户住宅中，应用效果良好。三、组合异形柱结构住宅技术成果及工程应用第三十二页，共45页。北京市顺义区别墅钢结构住宅项目河北保定易水岚庭2号楼项目方钢管混凝土组合异形柱已应用于多层住宅三、组合异形柱结构住宅技术成果及工程应用第三十三页，共45页。沧州市福康家园公共租赁住房住宅项目。结构体系：方钢管混凝土组合异形柱框架-支撑体系（5栋18层）

方钢管混凝土组合异形柱框架-剪力墙体系（2栋25层、1栋26层）地上建筑总面积：11.8万平米。18层18层18层18层18层25层25层26层3.2高层住宅三、组合异形柱结构住宅技术成果及工程应用第三十四页，共45页。工厂预制方钢管混凝土组合异形柱地下部分的组合异形柱柱侧焊接栓钉三、组合异形柱结构住宅技术成果及工程应用第三十五页，共45页。方钢管混凝土组合异形柱现场安装三、组合异形柱结构住宅技术成果及工程应用第三十六页，共45页。地下部分钢管混凝土柱焊接栓钉后外包钢筋混凝土三、组合异形柱结构住宅技术成果及工程应用第三十七页，共45页。异形柱与梁的连接采用外肋环板节点单柱与钢梁的连接采用隔板贯通节点三、组合异形柱结构住宅技术成果及工程应用第三十八页，共45页。

结构中主要采用人字形与十字交叉形中心支撑支撑在工厂进行预制加工，现场安装。三、组合异形柱结构住宅技术成果及工程应用第三十九页，共45页。楼板采用钢筋桁架楼承板或混凝土现浇板

钢筋桁架楼承板具有焊接质量稳定、钢筋分布均匀及产品尺寸精确等优势。实现了机械化生产，有利于钢筋排列间距均匀、混凝土保护层厚度一致，提高了楼板的施工质量。采用钢筋桁架楼承板可减少现场钢筋绑扎工作量70%左右，浇注混凝土形成楼板后，具有现浇板整体刚度大、抗震性能好的优点，综合经济效益较好。三、组合异形柱结构住宅技术成果及工程应用第四十页，共45页。围护结构采用蒸压加气混凝土板