鋼管混凝土組合異形柱住宅研究與實(shí)踐進(jìn)展2016年0108

鋼管混凝土組合異形柱住宅研究與實(shí)踐進(jìn)展2016年0108第一頁(yè)，共45頁(yè)。報(bào)告內(nèi)容一、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)形式二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)三、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)成果

及工程應(yīng)用第二頁(yè)，共45頁(yè)。組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件組合梁組合柱梁柱節(jié)點(diǎn)鋼管混凝土柱型鋼混凝土柱矩形截面圓形截面多邊形截面異形柱鉸接半剛接剛接內(nèi)隔板節(jié)點(diǎn)外環(huán)板節(jié)點(diǎn)隔板貫通節(jié)點(diǎn)外肋環(huán)板節(jié)點(diǎn)鋼管束混凝土組合結(jié)構(gòu)（組合剪力墻）組合板一、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)形式第三頁(yè)，共45頁(yè)。T形柱作為建筑邊柱L形柱作為建筑角柱2023年4月22日提出小截面的鋼管混凝土組合異形柱，可包裹于墻體內(nèi)部一、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)形式現(xiàn)實(shí)中墻角第四頁(yè)，共45頁(yè)。增大了房間的使用面積、方便房間的布置抗震性能良好焊接綴條連接式焊接鋼板連接式直接裝配式間接裝配式提出不同構(gòu)造形式的方鋼管混凝土組合異形柱無孔鋼板連接式一、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)形式第五頁(yè)，共45頁(yè)。報(bào)告內(nèi)容一、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)形式二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)三、組合方鋼管混凝土異形柱結(jié)構(gòu)成果及應(yīng)用第六頁(yè)，共45頁(yè)。2.1方鋼管混凝土組合異形柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及計(jì)算方法研究提出外肋環(huán)板節(jié)點(diǎn)并應(yīng)用于異形柱提出了基于塑性鉸線法的外肋環(huán)板節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算公式二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第七頁(yè)，共45頁(yè)。2.2軸壓力學(xué)性能研究進(jìn)行綴條連接式短柱和長(zhǎng)柱的軸壓試驗(yàn)并推導(dǎo)計(jì)算公式L形T形十字形短柱軸壓試驗(yàn)長(zhǎng)柱軸壓試驗(yàn)二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第八頁(yè)，共45頁(yè)。2.2軸壓力學(xué)性能研究進(jìn)行綴條連接式短柱和長(zhǎng)柱的軸壓有限元研究及參數(shù)化分析短柱軸壓有限元長(zhǎng)柱軸壓有限元柱子破壞形式與試驗(yàn)結(jié)果一致，有限元模型正確，經(jīng)參數(shù)化分析，在軸壓荷載下，材料強(qiáng)度對(duì)SCFT柱的影響主要體現(xiàn)在極限承載力上，每提高兩個(gè)混凝土等級(jí)，柱的極限承載力提高5.5%-9.9%；各混凝土強(qiáng)度等級(jí)下鋼材從Q235提高到Q345，柱的極限承載力提高25.7%-31.9%之間。二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第九頁(yè)，共45頁(yè)。研究連接板式長(zhǎng)柱的軸壓性能，比較得到了內(nèi)填混凝土的作用試件1（填充混凝土）破壞形態(tài)試件2（空鋼管）破壞形態(tài)試件1：?jiǎn)沃敳克拿婀那?，破壞時(shí)發(fā)生巨響后，承載力下降明顯；試件2：?jiǎn)沃敳颗c1/4柱高處發(fā)生屈曲，兩面鼓曲，兩面凹陷，過程中沒有明顯聲音。二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第十頁(yè)，共45頁(yè)。研究連接板式長(zhǎng)柱的軸壓性能，比較得到了內(nèi)填混凝土的作用試件1（填充混凝土）破壞形態(tài)試件2（空鋼管）破壞形態(tài)兩個(gè)試件的破壞形態(tài)基本相同，兩邊肢在中部發(fā)生很大的平面外彎曲，連接板發(fā)生平面外鼓曲，主要是局部屈曲，未發(fā)生整體失穩(wěn)；混凝土的填充提高了試件的極限承載能力和剛度。二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第十一頁(yè)，共45頁(yè)。研究長(zhǎng)細(xì)比的變化對(duì)異形柱破壞形態(tài)以及承載力的影響試件1：構(gòu)件在破壞時(shí)邊肢柱柱中出現(xiàn)明顯的局部鼓曲，同時(shí)伴隨有明顯的側(cè)向撓度。試件2：局部鼓曲現(xiàn)象明顯減弱，僅在兩個(gè)邊肢柱下四分之一對(duì)稱位置處出現(xiàn)局部鼓曲而且并不明顯，整個(gè)異形柱呈現(xiàn)出整體失穩(wěn)的破壞模態(tài)。試件1（1m）試件2（1.5m）二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第十二頁(yè)，共45頁(yè)。研究長(zhǎng)細(xì)比的變化對(duì)異形柱破壞形態(tài)以及承載力的影響隨著長(zhǎng)細(xì)比的增大，單肢柱不再出現(xiàn)局部鼓曲，異形柱的破壞形態(tài)均為整體失穩(wěn)破壞;此外通過對(duì)邊肢柱平面外撓度的量測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，邊肢柱的平面外撓度接近，基本呈現(xiàn)對(duì)稱分布。試件3（2m）試件4（2.5m）二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第十三頁(yè)，共45頁(yè)。研究長(zhǎng)細(xì)比的變化對(duì)異形柱破壞形態(tài)以及承載力的影響上圖是試驗(yàn)得出的荷載-豎向位移曲線，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，與預(yù)期的規(guī)律一致，隨著長(zhǎng)細(xì)比的增加，異形柱的剛度以及極限承載力下降，但并不明顯，在較大的長(zhǎng)細(xì)比下仍然可以承擔(dān)較大的荷載作用。二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第十四頁(yè)，共45頁(yè)。試件1（單向壓彎）破壞形態(tài)邊肢-1（受壓?jiǎn)沃┑木植抗那冃芜呏?2的彎曲變形整體彎曲變形2.3壓彎力學(xué)性能研究單向壓彎作用下L形異形柱整體彎曲明顯、單肢發(fā)生局部鼓曲二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第十五頁(yè)，共45頁(yè)。2.3壓彎力學(xué)性能研究單向壓彎作用下L形異形柱整體彎曲明顯、單肢發(fā)生局部鼓曲單向壓彎試件的破壞是繞著單軸發(fā)生的彎曲破壞；單向壓彎試件鋼管與連接板幾乎同時(shí)發(fā)生失穩(wěn)破壞。二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第十六頁(yè)，共45頁(yè)。試件2（雙向壓彎）破壞形態(tài)2023年4月22日雙向壓彎作用下L形異形柱單肢破壞比較明顯雙向壓彎裝置示意二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第十七頁(yè)，共45頁(yè)。雙向壓彎作用下L形異形柱單肢破壞比較明顯雙向壓彎試件的破壞是繞著弱軸的彎曲破壞；雙向壓彎試件鋼管發(fā)生強(qiáng)度破壞，而連接板為失穩(wěn)破壞，鋼管先屈服，而后連接板失穩(wěn)。二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第十八頁(yè)，共45頁(yè)。2023年4月22日研究了雙向壓彎荷載作用下偏心距的變化對(duì)異形柱破壞形態(tài)以及極限承載力的影響構(gòu)件的破壞現(xiàn)象如上圖所示，可以發(fā)現(xiàn)整個(gè)異形柱繞著X’-X’軸彎曲，而且隨著偏心距的增大，異形柱破壞時(shí)側(cè)向撓度越發(fā)明顯；由于明顯的側(cè)向變形，邊肢柱柱中受壓側(cè)出現(xiàn)局部鼓曲；與軸心受壓的構(gòu)件相比，偏心受壓的構(gòu)件極限承載力明顯下降。試件1（偏心40mm）破壞形態(tài)試件2（偏心80mm）破壞形態(tài)二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第十九頁(yè)，共45頁(yè)。2023年4月22日提出了壓彎荷載作用下的簡(jiǎn)化計(jì)算公式二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第二十頁(yè)，共45頁(yè)。2023年4月22日提出了壓彎荷載作用下的簡(jiǎn)化計(jì)算公式二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第二十一頁(yè)，共45頁(yè)。2023年4月22日2023年4月22日壓彎簡(jiǎn)化計(jì)算公式與試驗(yàn)、有限元比較將理論計(jì)算公式得出的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)誤差均在5%左右，理論值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第二十二頁(yè)，共45頁(yè)。2.4柱的擬靜力試驗(yàn)研究2023年4月22日試件的破壞形式主要是柱底鼓曲，柱體傾斜，連接板沿著45°方向鼓曲，圓孔變?yōu)闄E圓形，部分連接板在圓孔下端撕裂，說明連接板可有效傳遞剪力，保證了單肢的共同工作。完成了3個(gè)試件擬靜力試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)連接板能夠可靠傳遞剪力二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第二十三頁(yè)，共45頁(yè)。試件1試件2試件3滯回曲線比較飽滿，呈現(xiàn)一定的非對(duì)稱性試件1試件2試件3骨架曲線平緩，數(shù)值模擬結(jié)果吻合良好二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第二十四頁(yè)，共45頁(yè)。異形柱擬靜力有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)基本一致，組成部分的破壞順序是：混凝土首先開裂，之后是連接板屈服，最后鋼管底部屈服并發(fā)生鼓曲；在滯回荷載下，經(jīng)參數(shù)化分析可知，提高鋼材強(qiáng)度能有效改善SCFT柱的承載能力，但延性顯著降低，耗能能力也略有下降?；炷翉?qiáng)度的提高對(duì)SCFT柱在屈服前的性能和延性影響不明顯。軸壓比越大，SCFT柱的延性越差，承載力也有所降低，因此對(duì)SCFT柱的軸壓比應(yīng)予以限制。二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第二十五頁(yè)，共45頁(yè)。2.5框架的擬靜力試驗(yàn)研究完成了3榀雙層單跨框架擬靜力試驗(yàn)，試件破壞時(shí)整體傾斜，梁發(fā)生波浪形變形，塑性鉸首先在梁端形成

試驗(yàn)裝置殘余變形整體傾斜二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第二十六頁(yè)，共45頁(yè)。

耗能能力隨軸壓比的增大而減小，隨梁柱線剛度比的增大而增大。

滯回曲線比較飽滿，顯示出良好的耗能能力試件1試件2試件3二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第二十七頁(yè)，共45頁(yè)。框架有限元參數(shù)化分析應(yīng)力云圖可以發(fā)現(xiàn)，有限元模型的屈服機(jī)制與試驗(yàn)吻合，服從梁端首先形成塑性鉸，隨后柱腳屈服的破壞模式；計(jì)算所得的滯回曲線、骨架曲線、承載力和延性都與試驗(yàn)結(jié)果非常吻合。通過有限元參數(shù)化分析，SCFST框架實(shí)際工程中不宜將框架軸壓比設(shè)計(jì)的過大，不宜超過0.4。在工程設(shè)計(jì)中，不宜將梁柱線剛度比設(shè)計(jì)的過小，其值以0.2左右為宜。加勁肋間距與連接板寬度之比為1.75時(shí)連接板受力情況最好。二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第二十八頁(yè)，共45頁(yè)。鋼結(jié)構(gòu)防火采用蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土防火板（NALC），試驗(yàn)?zāi)突饦O限超過3h，滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2006一級(jí)耐火等級(jí)柱構(gòu)件的耐火極限要求。試驗(yàn)結(jié)束（3h）時(shí)，防火板保持良好整體性，異形柱構(gòu)件最高溫度僅為243℃。2.6異形柱耐火性能試驗(yàn)（NALC防火板保護(hù)）

試驗(yàn)后試驗(yàn)前整體異形柱包防火板二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)第二十九頁(yè)，共45頁(yè)。

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

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

ZhihuaChen*,TingZhou,HongboLiu,YonghaoChen,XiaodunWang，ExperimentalandTheoreticaStudyonStructuralBehaviorofFabricReinforcedConcreteSandwichPanels，AdvancedScienceLetters，4(3)，pp663-668，2011（SCI檢索800LX）2.7相關(guān)論文成果二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)相關(guān)成果目前發(fā)表SCI文章5篇，EI文章5篇，一般論文及會(huì)議論文若干。

第三十頁(yè)，共45頁(yè)。報(bào)告內(nèi)容一、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)形式二、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)理論與試驗(yàn)三、鋼管混凝土組合異形柱結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)成果

及工程應(yīng)用第三十一頁(yè)，共45頁(yè)。汶川漁子溪村重建項(xiàng)目241戶住宅3.1低、多層住宅方鋼管混凝土組合異形柱框架結(jié)構(gòu)方鋼管混凝土組合異形柱已應(yīng)用于汶川漁子溪村重建項(xiàng)目的241戶住宅中，應(yīng)用效果良好。三、組合異形柱結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)成果及工程應(yīng)用第三十二頁(yè)，共45頁(yè)。北京市順義區(qū)別墅鋼結(jié)構(gòu)住宅項(xiàng)目河北保定易水嵐庭2號(hào)樓項(xiàng)目方鋼管混凝土組合異形柱已應(yīng)用于多層住宅三、組合異形柱結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)成果及工程應(yīng)用第三十三頁(yè)，共45頁(yè)。滄州市?？导覉@公共租賃住房住宅項(xiàng)目。結(jié)構(gòu)體系：方鋼管混凝土組合異形柱框架-支撐體系（5棟18層）

方鋼管混凝土組合異形柱框架-剪力墻體系（2棟25層、1棟26層）地上建筑總面積：11.8萬平米。18層18層18層18層18層25層25層26層3.2高層住宅三、組合異形柱結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)成果及工程應(yīng)用第三十四頁(yè)，共45頁(yè)。工廠預(yù)制方鋼管混凝土組合異形柱地下部分的組合異形柱柱側(cè)焊接栓釘三、組合異形柱結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)成果及工程應(yīng)用第三十五頁(yè)，共45頁(yè)。方鋼管混凝土組合異形柱現(xiàn)場(chǎng)安裝三、組合異形柱結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)成果及工程應(yīng)用第三十六頁(yè)，共45頁(yè)。地下部分鋼管混凝土柱焊接栓釘后外包鋼筋混凝土三、組合異形柱結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)成果及工程應(yīng)用第三十七頁(yè)，共45頁(yè)。異形柱與梁的連接采用外肋環(huán)板節(jié)點(diǎn)單柱與鋼梁的連接采用隔板貫通節(jié)點(diǎn)三、組合異形柱結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)成果及工程應(yīng)用第三十八頁(yè)，共45頁(yè)。

結(jié)構(gòu)中主要采用人字形與十字交叉形中心支撐支撐在工廠進(jìn)行預(yù)制加工，現(xiàn)場(chǎng)安裝。三、組合異形柱結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)成果及工程應(yīng)用第三十九頁(yè)，共45頁(yè)。樓板采用鋼筋桁架樓承板或混凝土現(xiàn)澆板

鋼筋桁架樓承板具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、鋼筋分布均勻及產(chǎn)品尺寸精確等優(yōu)勢(shì)。實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn)，有利于鋼筋排列間距均勻、混凝土保護(hù)層厚度一致，提高了樓板的施工質(zhì)量。采用鋼筋桁架樓承板可減少現(xiàn)場(chǎng)鋼筋綁扎工作量70%左右，澆注混凝土形成樓板后，具有現(xiàn)澆板整體剛度大、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)，綜合經(jīng)濟(jì)效益較好。三、組合異形柱結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)成果及工程應(yīng)用第四十頁(yè)，共45頁(yè)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用蒸壓加氣混凝土板