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建筑结构 2021年第7期51卷 7-13页

作者：王海李杰陈以一上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200092 同济大学土木工程学院上海200092 上海杉达学院上海201209

总结欧洲规范EN 1994-1-1、加拿大规范CSA-S16-09和国内规范《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》(T/CECS 719—2020)中部分包覆钢-混凝土组合柱(PEC柱)以及《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)和《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CEC... 详细信息

总结欧洲规范EN 1994-1-1、加拿大规范CSA-S16-09和国内规范《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》(T/CECS 719—2020)中部分包覆钢-混凝土组合柱(PEC柱)以及《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)和《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159∶2004)中组合柱的单向压弯承载力计算方法,将五种方法得到的轴力-弯矩(N-M)相关曲线计算结果与已有试验数据进行比较。结果表明:规范EN 1994-1-1曲线是各种试验点的下包线,规范EN 1994-1-1和《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)曲线均具有外凸特性;《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》(T/CECS 719—2020)曲线与规范CSA-S16-09曲线较为接近,且均偏保守;《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159∶2004)曲线为外凸折线,与试验值吻合较好。

关键词：部分包覆钢-混凝土组合柱单向压弯承载力轴力-弯矩相关曲线计算方法比较

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L形截面部分包覆钢-混凝土组合柱轴压性能试验与承载力计算

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建筑结构学报 2024年第10期45卷 87-96页

作者：毛佳月刘用王静峰陶书庆合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 中国地震局地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080 中国地震局地震灾害防治应急管理部重点实验室黑龙江哈尔滨150080 合肥工业大学安徽省先进钢结构技术与产业化协同创新中心安徽合肥230009 合肥工业大学土木工程结构与材料安徽省重点实验室安徽合肥230009

为研究L形截面部分包覆钢-混凝土组合(LPEC)柱的轴压性能,进行了6根LPEC短柱的轴压试验,研究了含钢率、系杆间距、截面高宽比等参数对LPEC短柱轴压荷载-位移曲线、承载力、刚度、延性、承载力提高系数等的影响规律,揭示了LPEC短柱的典... 详细信息

为研究L形截面部分包覆钢-混凝土组合(LPEC)柱的轴压性能,进行了6根LPEC短柱的轴压试验,研究了含钢率、系杆间距、截面高宽比等参数对LPEC短柱轴压荷载-位移曲线、承载力、刚度、延性、承载力提高系数等的影响规律,揭示了LPEC短柱的典型破坏模式和受力机理。结果表明:LPEC柱受力性能良好,其破坏模式主要表现为柱中部混凝土压溃和型钢翼缘的局部鼓曲,部分出现柱端部混凝土压溃同时系杆被拉断;增大截面含钢率、减小系杆间距可以明显提高对混凝土的约束效应,进而提高柱截面承载力和延性,但截面高宽比对承载能力的影响不显著。此外,由于规范ACI318-14、Eurocode 4和T/CECS 719-2020《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》中给出的钢-混凝土组合柱承载力计算式中未考虑混凝土约束效应,计算得到的LPEC柱轴压承载力偏于保守;考虑混凝土约束效应分区,基于叠加原理提出了LPEC柱轴压承载力简化计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。

关键词：部分包覆钢-混凝土组合柱 L形截面轴压试验约束效应承载力计算

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L形截面部分包覆钢-混凝土组合柱弱轴压弯整体稳定

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建筑结构学报 2024年第1期45卷 180-191页

作者：詹欣欣覃祚威陈以一李杰焦伟丰同济大学土木工程学院上海200092 浙江大东吴建筑科技有限公司浙江湖州313000 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 上海杉达学院工程学院上海201209 中建一局集团建设发展有限公司北京100102

为了研究L形截面部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱的压弯稳定性能,对L形截面PEC柱进行了弱轴压弯试验和有限元分析。试验研究中设计并制作了3个L形PEC柱试件,变化参数为长细比和偏心距。试验结果表明:截面形状和主钢件分布的几何非对称性,... 详细信息

为了研究L形截面部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱的压弯稳定性能,对L形截面PEC柱进行了弱轴压弯试验和有限元分析。试验研究中设计并制作了3个L形PEC柱试件,变化参数为长细比和偏心距。试验结果表明:截面形状和主钢件分布的几何非对称性,以及混凝土材料拉压强度的非对等性,造成L形PEC柱在受力后截面中和轴的偏转,导致构件发生弯扭变形。有限元分析表明,L形截面的肢背或肢端受压对构件承载力有一定影响;长细比较小(即长细比为10~30)时,肢背受压的构件轴力-弯矩相关曲线具有大小偏心分界的特征,但长细比较大(即长细比大于60)时,整体失稳成为控制破坏模式,相关曲线向原点内凹。建议了L形PEC柱绕弱轴压弯时的整体稳定承载力计算公式,与试验和有限元参数分析结果对比表明:当长细比小于60时,建议公式可以适用,当长细比大于80时,建议公式偏不安全,需进一步改进后才能用于工程设计。

关键词：部分包覆钢-混凝土组合柱 L形截面绕弱轴压弯静力试验有限元分析整体稳定承载力弯扭变形

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十字形部分包覆钢-混凝土组合柱轴压性能数值分析与承载力计算方法

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建筑钢结构进展 2023年第3期25卷 65-74页

作者：王静峰陶书庆刘用沈万玉徐秋雨合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009 合肥工业大学、先进钢结构技术与产业化安徽省协同创新中心合肥230009 合肥工业大学、土木工程结构与材料安徽省重点实验室合肥230009 安徽富煌钢构股份有限公司合肥238076

为研究十字形部分包覆钢-混凝土组合柱(PEC柱)轴向荷载作用下的受力性能,通过有限元软件ABAQUS建立了足尺十字形PEC柱模型,并利用已有的试验数据验证了其可靠性;在此基础上,进行了典型十字形PEC柱轴压全过程受力分析,揭示了其在轴压作... 详细信息

为研究十字形部分包覆钢-混凝土组合柱(PEC柱)轴向荷载作用下的受力性能,通过有限元软件ABAQUS建立了足尺十字形PEC柱模型,并利用已有的试验数据验证了其可靠性;在此基础上,进行了典型十字形PEC柱轴压全过程受力分析,揭示了其在轴压作用下的受力机理和破坏模式,并对该构件进行了受力性能参数分析,系统分析了含钢率、截面高宽比、钢材强度、混凝土强度、系杆间距和截面面积等参数对其轴压性能的影响规律。研究结果表明:十字形PEC柱受力性能良好,其破坏模式主要表现为柱中部混凝土被压碎,钢筋骨架向外发生鼓曲,横向系杆间的型钢翼缘发生波纹状的局部屈曲;极限轴压承载力随截面含钢率、钢材强度、混凝土强度和截面面积的提高而增大,但截面高宽比和系杆间距等对其承载能力影响不大。最后,考虑混凝土约束效应分区,提出了十字形PEC柱轴压承载力简化计算方法,计算结果与有限元模拟结果吻合较好。研究结果将为十字形PEC柱的设计和应用提供参考。

关键词：部分包覆钢-混凝土组合柱十字形轴压性能有限元分析轴压承载力

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L形部分包覆钢-混凝土组合柱的箱型支撑节点构造优化及性能分析

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钢结构（中英文） 2024年第6期39卷 7-13页

作者：覃祚威李慧韩栋蒋海强浙江大东吴建筑科技有限公司浙江湖州313000 浙江大东吴集团建设有限公司浙江湖州313000

部分包覆钢-混凝土组合柱(简称PEC柱)在装配式建筑领域具有广阔的应用前景,近几年来在住宅领域中矩形PEC柱推广应用相对较多,但是L型PEC柱,尤其在框架-支撑结构中应用较少。L形PEC柱是一种新型的组合结构构件,因其肢厚与墙体同宽,避免... 详细信息

部分包覆钢-混凝土组合柱(简称PEC柱)在装配式建筑领域具有广阔的应用前景,近几年来在住宅领域中矩形PEC柱推广应用相对较多,但是L型PEC柱,尤其在框架-支撑结构中应用较少。L形PEC柱是一种新型的组合结构构件,因其肢厚与墙体同宽,避免了室内凸柱,因此在装配式钢结构住宅建筑中具有更好的应用前景,但是其箱型钢支撑节点构造较复杂,通常在项目设计中,节点域构造形式参照16G519《多高层民用建筑钢结构节点构造详图》中的钢结构节点构造确定,故对L型PEC柱与支撑的节点域构造及性能的研究尚待完善。以东升和府10号楼住宅项目为背景,依据“强节点、弱构件”抗震设计要求,按设防地震弹性分析要求提取YJK模型中构件内力:在1.3(D+0.5L)+0.3W+1.4Eh和1.0(D+0.5L)+0.3W+1.4Eh工况组合下分别取得支撑最大轴压力和轴拉力。根据该组合下的相关杆件内力开展箱型钢支撑节点传统方案及优化方案的有限元分析,基于有限元分析结果,分析节点域在受拉及受压下混凝土及主钢件应力分布及应力值,得出箱型支撑腹部传来的压力可以由L形PEC柱中填充的混凝土抵抗,传来的拉力可通过水平加劲板有效传递。在设防地震弹性工况组合下优化方案与传统方案应力分布及应力峰值基本一致,且节点域具有较高的安全裕量,满足“中震弹性”组合工况性能要求,优化后的L形PEC柱的箱型支撑节点结构性能未有明显下降,但给加工带来便利性,并提高质量可控性。

关键词：装配式部分包覆钢-混凝土组合柱 L形柱有限元分析钢结构

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四周受火异形截面部分包覆钢-混凝土轴压组合柱耐火性能试验研究

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建筑结构学报 2024年第2期45卷 52-62页

作者：杨欢刘用王静峰徐秋雨合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学先进钢结构技术与产业化协同创新中心安徽合肥230009 合肥工业大学土木工程结构与材料安徽省重点实验室安徽合肥230009

异形截面部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱是解决高层钢结构住宅凸柱问题的有效方法之一,因其型钢翼缘外露,故而抗火问题备受关注。为研究异形截面PEC柱的抗火性能,以截面形式和轴压比为参数设计并制作了4根异形截面PEC柱,开展了恒载升温试... 详细信息

异形截面部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱是解决高层钢结构住宅凸柱问题的有效方法之一,因其型钢翼缘外露,故而抗火问题备受关注。为研究异形截面PEC柱的抗火性能,以截面形式和轴压比为参数设计并制作了4根异形截面PEC柱,开展了恒载升温试验,得到火灾下异形截面PEC柱的破坏模式、竖向与侧向变形-时间关系曲线和耐火极限,并分析其温度场分布与变形规律。研究结果表明:随着火灾下截面损伤增加,L形及T形截面PEC柱逐渐由轴压受力状态分别转为双向及单向偏压受力状态,十字形截面PEC柱仍保持轴压受力状态;在上端球铰和下端单向铰边界条件下,L形截面PEC柱发生双向弯曲失稳,T形截面PEC柱发生平面外弯曲失稳,十字形截面PEC柱发生平面内弯曲失稳;在轴压比为0.4、没有防火保护条件下,L形截面PEC柱耐火极限为41 min,T形截面和十字形截面PEC柱耐火极限分别为32.5 min和29 min;当轴压比由0.4增加至0.55时,十字形截面PEC柱耐火极限降低了28.7%。借鉴EN 1994-1-2中建议的四周受火规则截面PEC柱高温承载力简化计算方法,对异形截面PEC柱高温承载力进行计算,计算结果偏保守。

关键词：部分包覆钢-混凝土组合柱异形截面火灾试验耐火性能高温承载力

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部分包覆钢-轻骨料混凝土组合柱轴压性能及设计方法研究

部分包覆钢-轻骨料混凝土组合柱轴压性能及设计方法研究

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作者：钱正昊合肥工业大学

学位级别：硕士

随着建筑工业化生产模式的持续推进,装配式组合构件以其灵活的应用形式、优异的结构性能等方面的杰出表现成为了工程应用的广泛选择。作为一种重要的组合构件形式,部分包覆钢-混凝土组合柱具有传统组合结构的优势,兼具节点设计便捷、耐... 详细信息

随着建筑工业化生产模式的持续推进,装配式组合构件以其灵活的应用形式、优异的结构性能等方面的杰出表现成为了工程应用的广泛选择。作为一种重要的组合构件形式,部分包覆钢-混凝土组合柱具有传统组合结构的优势,兼具节点设计便捷、耐火性能优异等特点,有着的良好应用前景。在此基础上,将轻骨料混凝土与型钢结合形成部分包覆钢-轻骨料组合结构,符合装配式构件运输轻量化、装配便捷化的发展理念。但考虑到轻骨料混凝土变形能力较强,其与型钢的组合工作机理并不清晰。因此,本文针对部分包覆钢-轻骨料混凝土组合柱的轴压性能开展了相关研究,主要研究内容如下:(1)开展了8根部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱的轴压性能试验,分别探究了混凝土类型、轻骨料混凝土强度、系杆间距、纵筋及截面长宽比等参数对试件破坏模式、轴压承载能力及延性等力学性能的影响;结合试验结果,建立了部分包覆钢-轻骨料混凝土轴压短柱的数值分析模型,系统地研究了轻骨料混凝土强度、钢材屈服强度、系杆直径、系杆间距、翼缘宽厚比及截面长宽比等参数对部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱轴压性能的影响,进而揭示了构件在轴压荷载作用下的全过程受力机理;最后,对混凝土及型钢间的接触应力及混凝土截面应力分布情况展开探究。结果表明,轴压荷载作用下部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱与部分包覆钢-普通混凝土组合短柱的破坏模式相似,但脆性更强;随着系杆间距的减小及系杆直径的增大,构件的力学性能将得到改善;峰值荷载前的翼缘局部屈曲程度较轻,但在峰值荷载后的翼缘出现明显屈曲;截面轻骨料混凝土可按应力分布可分为无约束混凝土和约束混凝土两部分,约束混凝土的峰值应力得到了增强。(2)开展了3根部分包覆钢-轻骨料混凝土组合长柱的轴压性能试验,主要研究了长细比对构件破坏模式、轴压承载力及稳定系数的影响;结合试验结果,建立了部分包覆钢-轻骨料混凝土轴压长柱的数值分析模型,系统地研究了轻骨料混凝土强度、钢材屈服强度、系杆间距、长细比及加载方式等参数对部分包覆钢-轻骨料混凝土组合长柱轴压性能的影响,进而揭示了构件在轴压荷载作用下的全过程受力机理;通过对比国内外规范,对构件的稳定系数进行了预测。结果表明,随着长细比的增长,构件会由材料强度破坏转由弹塑性失稳破坏,再到弹性失稳破坏,承载能力与稳定系数大幅度降低,纵向变形及跨中挠度显著增长,二阶效应更加明显;采用AISC 360的设计公式能够较为保守及准确地预测构件稳定系数。(3)鉴于目前对部分包覆钢-混凝土组合结构的承载力计算方法存在局限性,本文基于试验研究和有限元分析结果,考虑内部约束混凝土的强度提高、型钢翼缘局部屈曲及稳定系数的影响,提出预测部分包覆钢-轻骨料混凝土组合短柱及长柱轴向承载力的计算方法。对比结果表明,本文提出的轴压承载力计算公式具有较好的适用性及准确性。

关键词：部分包覆钢-混凝土组合柱轻骨料混凝土轴压性能计算方法

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部分包覆钢-混凝土组合暗柱RC短肢剪力墙抗震及其修复试验研究

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建筑结构学报 2023年第5期44卷 157-169页

作者：李补拴周伟赵根田陈明曹亚楠内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区土木工程安全与耐久重点实验室内蒙古包头014010

一字形RC短肢剪力墙因延性及平面外稳定性差而在高层建筑应用中受到限制,为此,设计并制作了2片剪跨比为2的部分包覆钢-混凝土组合暗柱RC短肢剪力墙,进行了拟静力试验,研究了轴压比对剪力墙抗震性能的影响。结果表明:剪力墙表现为剪切黏... 详细信息

一字形RC短肢剪力墙因延性及平面外稳定性差而在高层建筑应用中受到限制,为此,设计并制作了2片剪跨比为2的部分包覆钢-混凝土组合暗柱RC短肢剪力墙,进行了拟静力试验,研究了轴压比对剪力墙抗震性能的影响。结果表明:剪力墙表现为剪切黏结破坏,滞回曲线呈反S形,具备较好的延性及耗能性能。基于试验结果,对震后2片剪力墙采用增设栓钉的方式进行了修复处理并完成了拟静力试验。结果表明:修复剪力墙呈剪切斜压破坏,滞回曲线呈较为饱满的梭形,整体工作性能得到明显改善,承载力基本能恢复至震损前水平,但延性及耗能能力略有下降;随轴压比增大,对原剪力墙与修复剪力墙的承载力影响不大,延性下降,耗能能力略有提升。根据试验结果,提出一字形部分包覆钢-混凝土组合暗柱RC短肢剪力墙受剪承载力计算式,计算值与试验值之比为0.973,两者吻合较好。

关键词：部分包覆钢-混凝土组合柱短肢剪力墙拟静力试验震后修复抗震性能

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十字形部分包覆钢-混凝土组合异形柱轴压性能试验研究

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建筑结构 2023年第S2期53卷 1488-1492页

作者：许铭柯章雪峰龚大程赵必大浙江工业大学土木工程学院杭州310023 浙江工业大学工程设计集团有限公司杭州310014 温州诚达交通发展股份有限公司温州325014

为研究十字形部分包覆钢-混凝土组合异形柱(PEC柱)的轴压受力性能和破坏模式,设计制作了一根十字形PEC柱并进行轴心受压试验研究,并参考相关规范对试验数据进行理论分析对比。研究结果表明:在轴心受压的情况下,试件经历的工作阶段为弹... 详细信息

为研究十字形部分包覆钢-混凝土组合异形柱(PEC柱)的轴压受力性能和破坏模式,设计制作了一根十字形PEC柱并进行轴心受压试验研究,并参考相关规范对试验数据进行理论分析对比。研究结果表明:在轴心受压的情况下,试件经历的工作阶段为弹性工作阶段、弹塑性工作阶段与塑性工作阶段,试件的最终破坏现象为柱中部的混凝土被压溃、部分混凝土脱落、柱中部的钢翼缘局部屈曲、钢翼缘与混凝土脱离、柱整体产生弯曲变形;试件破坏模式为整体失稳破坏;试件的试验承载力比参考《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》计算的理论计算值低,比考虑稳定系数后的理论计算值高,验证了十字形PEC柱的破坏模式,说明十字形PEC柱的承载力良好,该结构具有良好的工程应用前景。

关键词：部分包覆钢-混凝土组合柱十字形轴压性能

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部分包覆钢-轻骨料混凝土组合长柱轴压性能研究

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建筑钢结构进展 2022年第7期24卷 57-65,74页

作者：何宇辰张慧洁王静峰刘伟刘用国网安徽省电力有限公司经济技术研究院合肥230009 合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009 合肥工业大学安徽省先进钢结构技术与产业化协同创新中心合肥230009

部分包覆钢-轻骨料混凝土组合长柱的自重较部分包覆钢-普通混凝土组合长柱的自重可减少15%以上,在装配式建筑中的应用前景广阔。为研究其轴压性能,建立了有限元分析模型,并在现有试验验证有限元模型可靠的基础上,对比分析了轻骨料混凝... 详细信息

部分包覆钢-轻骨料混凝土组合长柱的自重较部分包覆钢-普通混凝土组合长柱的自重可减少15%以上,在装配式建筑中的应用前景广阔。为研究其轴压性能,建立了有限元分析模型,并在现有试验验证有限元模型可靠的基础上,对比分析了轻骨料混凝土与普通混凝土的材料属性及构件力学性能的差异。结果表明,采用相同强度的普通混凝土组合长柱的承载力预测轻骨料混凝土组合长柱的承载力是偏于危险的。之后,研究了轴压作用下该构件的全过程受力机理和破坏模式,探讨了材料强度、长细比、含钢率等参数对构件轴压性能的影响规律,验证了现有规程对计算该类组合长柱轴压承载力的适用性。研究成果可为部分包覆钢-轻骨料混凝土组合构件的理论研究和设计提供参考。

关键词：部分包覆钢-混凝土组合柱轻骨料混凝土长柱轴压性能有限元分析

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