钢结构（中英文）
2024年第1期特刊简介：复合材料结构抗震性能及回弹能力提升研究
特刊编辑
丁发兴
教授
博士生导师
中南大学建筑工程系副主任。获得教育部新世纪优秀人才支持计划、湖南省杰出青年基金资助。兼任中国建筑金属结构协会检测鉴定加固改建分会常委、中国建筑学会建筑结构分会理事、湖南省装配式建筑工程技术研究中心副主任。主持国家级、省级项目4项，参与各级项目10余项，发表科研论文200余篇，其中SCI论文及高水平中文论文100余篇。发表论文60余篇，出版专著2部，授权国家发明专利12项，取得软件著作权3项，参与编制行业标准2项、地方标准3项，主持行业协会科学技术一等奖2项，参与省科技进步一等奖2项（2/8）。原创《损伤比强度理论》被中央媒体科学网/中国日报网/人民网/光明网/人民论坛网及省级媒体新湖南客户端等报道，阅读量超百万次。应邀在“2022工程结构亚太学术论坛系列”——混凝土与岩石损伤比强度理论及应用做学术报告。
编者注
目前，我国第五代GB 18306-2015《中国地震动参数分区图》明确了基本、常遇、罕遇、极罕遇四个作用等级的地震动参数确定方法，完善了工程结构抗震设防标准，满足了国家新型城镇化建设的重大需求，在人口密集的城市地区和高烈度抗震设防区具有广泛的应用价值。由于钢管混凝土柱的间接约束和界面滑移特性，可以进一步挖掘其抗震性能，以增强强度高、抗震下重要工程结构的安全，或在保持性能不变的情况下节省材料。学者们通过模型试验、理论研究和关键技术研发，已将一系列成果成功应用于工程结构中。为此，《钢结构（中英文）》杂志社特邀请丁发兴教授担任主编，系统整理了两期（2023年第12期、2024年第1期）“组合结构抗震性能与韧度提高”专栏，为读者介绍国内关于钢管混凝土柱、钢管混凝土柱-组合梁节点、组合框架、框架-筒体组合结构的最新研究成果，并探讨各种有效措施对抗震性能的影响，以促进结构抗震性能的改善与提升。
概述
斜肋增强钢管混凝土结构研究进展
周旭红1 甘丹1 周政2 刘永健1 李泽湘1 李宏鹏1
1.重庆大学土木工程学院
2.湖南大学土木工程学院
摘要：钢管混凝土柱承载力高、抗震性能优良、造价适中，是超高层结构和大型重载结构中常用的竖向承重柱，与圆形混凝土钢管柱相比，矩形混凝土钢管柱具有相对抗弯刚度大、抗弯承载力高、节点构造简单、加工施工方便、建筑空间布置方便、装修方便等优点，因此在实际工程中得到广泛的应用。但研究表明，矩形钢管与混凝土的结合作用较弱，需要在钢管内采取加固措施，增强钢管与混凝土之间的结合作用；同时通常还需要在矩形钢管内焊接剪力连接件，以提高钢管与混凝土界面的纵向剪力传递能力。其加固形式可归纳为点约束、封闭式横向约束和开口纵向线约束。在矩形钢管相邻两边设置斜拉加劲肋（简称斜肋）是近年来发展起来的一种新型、高效的加固形式，斜拉肋可实现纵向和横向的连续闭合约束，同时兼具抗剪连接件的功能。本文系统总结了斜拉肋钢筋钢管混凝土构件、节点及体系的受力性能与设计方法，在构件层面研究了柱的轴压、偏心受压及抗震性能，提出了斜拉肋合理的结构形式，提出了钢管宽厚比的限值、斜肋与钢管的厚度匹配关系、轴压比的限值。提出了一种计算斜肋加筋钢管混凝土柱截面压弯承载力的改进塑性应力分布方法，揭示了斜肋加筋钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点的受剪机理及抗剪模型及剪剪变形关系。在节点层面，研究了斜肋加筋钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点的轴压与抗震性能，探讨了节点轴压、剪机理，建议合理设置节点区域以达到“强节点、弱杆件”的要求，并提出了考虑轴压比和柱受压区高度影响的改进粘结滑移计算公式。在体系层面，对斜拉肋加筋钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框架进行了静力弹塑性分析、IDA及地震易损性分析，明确了体系的屈服机理和抗倒塌机理。加劲肋结合钢管混凝土钢筋现有的特点，能有效传递界面剪力，约束混凝土，避免或延缓钢管局部屈曲，显著提高钢管混凝土的承载能力、变形能力及抗震性能，具有良好的应用前景。最后，本文列举了斜拉肋加劲钢管混凝土结构的主要工程应用场景，并展望了该结构的发展方向及需进一步研究的问题。
关键词：加劲肋；多腔钢管混凝土；剪力连接件；力学性能；局部屈曲；研究综述
来源：周旭红,甘丹,周政,刘永建,李泽祥,李宏鹏. 斜拉肋钢管混凝土结构研究进展[J]. 钢结构(中英文),2024,39(1):1-28。
DOI: 10.13206/j.gjgS23071102
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研究
高轴压比钢管混凝土柱-组合梁加强节点抗震性能有限元分析
丁发兴1,2 佘鲁雨1 段林丽1 雷剑雄1
1.中南大学土木工程学院
2.湖南省装配式建筑工程技术研究中心
摘要：钢管混凝土柱-组合梁加固节点因其优异的性能而被广泛应用于超高层建筑。本文对高轴压比钢管混凝土柱-组合梁加固节点的抗震性能进行有限元研究。在塑性损伤与钢材混合加固模型的基础上，进一步引入钢材的韧性损伤模型，建立了基于试验构件的实体细化有限元模型。通过与试验结果对比，证明了有限元模型能够准确模拟节点的抗震性能及损伤情况，模型能够准确模拟加载后期承载力下降阶段，极限承载力误差在8%以内。进行有限元参数分析，考虑增加钢梁高度“强梁”结构和采用柱端配筋“强柱”结构，分析不同参数对节点滞回曲线、骨架曲线、破坏模式及塑性能量分布与破坏机理的影响。分析结果表明：在高轴压比下，增加钢梁高度及采用柱端配筋，大大提高了节点的抗弯承载力和耗能能力，使高轴压比下组合节点仍然保持梁端破坏模式；当梁柱抗弯承载力比在1.39～2.17之间时，梁的耗能将向柱的耗能转移；《建筑抗震设计规范》规定，当梁柱抗弯承载力比小于1时，“强柱弱梁”是对连接点加强相对保守的规定。建议加强链接点处梁柱抗弯承载力比可放大至1.3以下，实行“强柱弱梁”。
关键词：钢管混凝土柱；高轴压比；加强环组合节点；抗震性能；有限元分析
来源：丁发兴,佘鲁豫,段林利,雷建雄. 高轴压比钢管混凝土柱-组合梁加强节点抗震性能有限元分析[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39(1): 29 -40。
DOI: 10.13206/j.gjgS23072801
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高轴压比圆钢管混凝土柱界面滑移行为及抗震性能研究
廖长斌1 丁发兴1,2 刘宜岑1 王恩1 王丽萍1 张亮亮1 邓一男1
1.中南大学土木工程学院
2.湖南省装配式建筑工程技术研究中心
摘要：高轴压比下普通钢管混凝土柱抗震性能稍差，与钢管内约束混凝土的其他结构措施相比，横向配筋结构可有效提高高轴压比下钢管混凝土柱的约束效率和抗震性能。基于高轴压比圆形和方形钢筋钢管混凝土抗震性能试验结果，利用ABAQUS软件建立三维实体有限元精细化计算模型并进行试验验证，对柱受力性能参数进行分析，探究配筋对钢管与混凝土界面滑移、应力水平及抗震性能的影响。分析结果表明：1）在压缩和弯曲荷载作用下，钢管与混凝土之间存在界面滑移，使得加载过程中钢管与混凝土的中性轴高度不一致。当施加滞后荷载时，混凝土受拉面积大大减少，而混凝土中性轴与钢管的差异增大，相对滑移较大，最终导致混凝土压缩、钢管弯曲；2）当钢管含钢量不变钢结构设计规范2024下载，设置端部钢筋时，钢管与混凝土的中性轴差异减小，钢管与混凝土界面滑移减小，使弯曲刚度提高10%，钢筋直接约束混凝土，使钢管纵向拉应力增大，混凝土纵向压应力水平更加均匀，钢管受拉区面积增大而混凝土受压区面积减小，导致钢管截面受压区高度降低，极限承载力提高20%~50%；3）滞后荷载作用下拉钢筋有效提高了钢管混凝土柱的抗震性能。在钢管混凝土柱整体含钢量不变的情况下，高轴压比钢管混凝土柱可保持刚度不变，承载力可提高10%~20%钢结构设计规范2024下载，耗能能力提高2倍左右，而约束混凝土的钢管和钢筋耗能提高约1倍，降低了钢管受压区高度，导致构件转动承载力明显提高，而且钢管的塑性耗能可得到充分利用，因此钢管耗能提高约3倍。
关键词：钢管混凝土柱；拉杆；界面滑移；抗震性能；塑性耗能
来源：廖长斌, 丁发兴, 刘逸岑, 王恩, 王利平, 张良良, 邓轶男. 高轴压比钢筋圆钢管混凝土柱界面滑移行为及抗震性能研究[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39( 1 ): 41-53。
DOI:10.13206/j.gjgS23083101
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同等造价几种方形截面桥墩抗震性能对比研究
李飚1 吕飞1 孙浩1 丁发兴1 蔡永强1 张朝成2
1.中南大学土木工程学院
2、浙江新瑞建设集团有限公司
摘要：传统钢筋混凝土桥墩在强震下抗震性能不足，而钢管混凝土具有较好的抗震性能，钢管混凝土桥墩在公路、快速路、城市快速路及高速铁路等领域有着广阔的应用前景。为提高桥墩的抗震韧性，结合当前各类桥墩抗震研究现状，对方形截面钢筋混凝土桥墩、部分填充式钢管混凝土桥墩、钢管混凝土桥墩和端部加强式钢管混凝土桥墩的极限抗震能力进行研究。通过对比研究，分析钢筋混凝土、部分填充式钢管混凝土、端部加强式钢管混凝土桥墩足尺有限元模型的地震弹塑性及大塑性变形时程，探讨不同类型桥墩的抗震极限性能及其适用范围。利用有限元软件ABAQUS建立体壳精细化有限元模型，模型中混凝土应力-应变关系采用参数确定性混凝土三轴塑性损伤模型并引入裂缝插入技术；钢筋应力-应变关系采用混合加固分析；采用延性损伤模型开展单向拟静力、单向拟动力、双向拟动力及振动台加载下的钢筋混凝土、部分填充钢管混凝土、钢管混凝土和端张钢管混凝土墩台的抗震性能试验，试验结果对有限元模型进行了验证，最终采用位移响应、累积能量消耗和刚度损伤3个评价指标评估相同成本下不同地震动烈度下各类桥墩的抗震韧性。分析结果表明：1）墩柱体壳精细有限元模型的弹塑性及大塑性变形抗震计算方法合理反映了循环荷载作用下钢管混凝土桥墩滞回曲线的“捏合”效应、大塑性变形阶段的承载力，且1）当桥梁设防烈度要求为6~7度时，建议采用钢筋混凝土桥墩；当桥梁设防烈度要求为8度时，建议采用钢管混凝土桥墩；当桥梁设防烈度要求为9度及以上时，建议采用端部加强型钢管混凝土桥墩。
关键词：钢筋混凝土；钢管混凝土；桥墩；拉杆；抗震性能；震后刚度损伤
来源：李彪,吕飞,孙浩,丁发兴,蔡永强,张朝成. 同等造价几种方形截面桥墩抗震性能比较研究[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39(1): 54-68 。
DOI: 10.13206/j.gjgS23063003
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设计讨论
方钢管混凝土中钢管的箍筋效应及墙板间焊缝
同根树
浙江大学高性能结构研究所
摘要：介绍了方钢管混凝土钢筋轴压过程中围压分布及极限状态下墙板弯矩和塑性铰线，计算了平均围压，按照圆钢管混凝土在极限状态下产生相同围压的要求，计算了该围压下相应的径厚比，得到了方钢管箍筋效应等效系数，并与试验结果进行了对比，提出的公式能够反映试验结果的平均值，并给出了全熔透焊缝的使用说明。
关键词：方钢管混凝土；环箍效应；混凝土强度；轴心压杆
来源：童根树. 方钢管混凝土中钢管箍效应及墙板间焊缝[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39(1): 69-71。
DOI: 10.3724/j.gjgS23082020
钢结构热点分析
本期疑问：钢结构防火涂料型式检验报告中的耐火时间可以作为钢结构构件耐火时间的依据吗？
问题介绍：现在很多防火涂料厂家只提供型式检验报告，没有等效热导率，也没有等效热阻，型式检验报告中的耐火时间与钢结构构件的耐火时间一致，说明防火涂料符合设计要求，钢结构防火涂料型式检验报告中的耐火时间可以作为钢结构构件耐火时间的依据吗？
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