钢筋贯通式CFST柱-RC梁节点优化设计方法研究

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作者 任靖哲 温四清 +1 位作者 温永坚 袁焕鑫 《振动与冲击》 北大核心 2025年第22期185-192,206,共9页

基于因果推断和响应面法,提出了钢筋贯通式钢管混凝土(concrete filled steel tube,CFST)柱-钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁节点轴压承载力的优化设计方法。该优化设计方法可分为以下四个步骤:首先,采用拉丁超立方法对节点几何... 基于因果推断和响应面法,提出了钢筋贯通式钢管混凝土(concrete filled steel tube,CFST)柱-钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁节点轴压承载力的优化设计方法。该优化设计方法可分为以下四个步骤:首先,采用拉丁超立方法对节点几何参数进行抽样,建立节点的分析样本;其次,采用因果推断对节点几何参数进行分析,筛选出节点轴压承载力的原因参数;然后,采用多项式函数对样本结果进行拟合,建立以节点原因参数为自变量的响应面方程;最后,采用拉格朗日乘数法对最优设计参数进行求解。根据研究结果可以得到以下结论:开洞形式对于节点轴压承载力有一定影响:当节点几何参数取值相同时,双洞口节点的可靠性与稳定性优于单洞口节点,但屈服承载力和极限承载力较单洞口节点均有所降低;加厚部位厚度对双洞口和单洞口节点轴压承载力均起到决定性的有利作用,节点核心区高度对双洞口和单洞口节点承载力均有负面影响。洞间板带提高了双洞口节点的可靠性和稳定性,但对轴压承载力有削弱作用;二次齐次多项式可作为节点轴压承载力的响应面拟合函数,计算出的节点几何参数最优解均处于合理范围,可用于实际工程设计。综上,基于因果推断和响应面法的节点参数求解方法能够满足工程中节点参数化设计的需求,适用于钢筋贯通式CFST柱-RC梁节点的优化设计。 展开更多

关键词 钢管混凝土(cfst)柱-钢筋混凝土(RC)梁节点 因果推断 响应面法 优化设计

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考虑梁端约束CFST柱-RC梁节点耐火性能研究

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作者 王丹丹 杨有福 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2017年第3期405-413,共9页

针对火灾下钢管混凝土(CFST)柱-钢筋混凝土(RC)梁节点的力学性能,建立了火灾下节点温度场和力学场分析的有限元模型,并利用已有试验结果验证了有限元模型的有效性。研究了材料参数、几何参数、荷载参数及梁端约束刚度对CFST柱-RC梁节点... 针对火灾下钢管混凝土(CFST)柱-钢筋混凝土(RC)梁节点的力学性能,建立了火灾下节点温度场和力学场分析的有限元模型,并利用已有试验结果验证了有限元模型的有效性。研究了材料参数、几何参数、荷载参数及梁端约束刚度对CFST柱-RC梁节点耐火极限的影响,重点考察了梁端轴向和转动约束刚度对火灾下CFST柱-RC梁节点弯矩-转角关系、转动刚度和截面内力分布规律的影响。结果表明,CFST柱-RC梁节点在火灾下有两种破坏形态:柱破坏和梁板破坏,梁端约束对CFST柱-RC梁节点耐火极限的影响较小,但梁端轴向约束对火灾下CFST柱-RC梁节点弯矩—转角关系、转动刚度和截面内力分布规律的影响显著。 展开更多

关键词 钢管混凝土(cfst)柱 钢筋混凝土(RC)梁 节点 耐火性能 有限元分析

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钢管混凝土(CFST)四肢柱-双腹板肩梁的开裂机理与加固方法

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作者 赵轩 廖栩 +5 位作者 胡朝晖 刘俊 聂影 陈思雨 李贤 刘西光 《工业建筑》 2025年第7期60-69,共10页

目前我国重级工作制的工业厂房的肩梁结构在吊车反复荷载作用下普遍出现开裂,严重威胁着厂房的生产安全。为探究四肢钢管混凝土柱-双腹板肩梁疲劳开裂机理与疲劳寿命,通过四肢钢管混凝土(CFST)柱-双腹板肩梁的现场检测,探讨了影响肩梁... 目前我国重级工作制的工业厂房的肩梁结构在吊车反复荷载作用下普遍出现开裂,严重威胁着厂房的生产安全。为探究四肢钢管混凝土柱-双腹板肩梁疲劳开裂机理与疲劳寿命,通过四肢钢管混凝土(CFST)柱-双腹板肩梁的现场检测,探讨了影响肩梁吊车肢正交焊接区域疲劳强度的关键因素。采用有限元模型对8种不同工况下的四肢钢管混凝土柱-双腹板肩梁开展了拟静态疲劳裂纹扩展模拟,结果与实际开裂模式吻合。通过结构主应力分布分析了吊车梁纵向偏心、肩梁支座局部悬空与肩梁吊车肢应力损伤的关系,最后基于线弹性断裂力学分析得出,当吊车梁纵向偏心率为42.5%时,造成腹板与柱肢竖向连接焊缝抗剪疲劳寿命降低52.2%;当肩梁支座50%悬空时,腹板与加劲肋竖向连接焊缝剪切疲劳寿命降至30万次以下。为改善荷载偏心后肩梁吊车肢易开裂的问题,提出了焊接竖向钢板的加固方法。该方法有效改善了肩梁吊车肢荷载传递机制,目前已成功应用于国内多个重型冶金工业厂房。 展开更多

关键词 cfst四肢柱 双腹板肩梁 应力损伤 疲劳寿命 加固方法

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矩形螺旋箍筋对矩形钢管混凝土柱抗火性能的提升作用

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作者 仇培云 臧建波 王新祥 《华南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期123-132,共10页

内置箍筋约束能显著提升钢管混凝土(CFST)柱的抗火性能,且在无任何防火保护的情况下,仍可使构件满足对应耐火等级的设计要求,为结构防火设计和延长结构安全服役寿命提供了新途径。该文设计制作了3根足尺矩形CFST柱,对其进行标准火灾与... 内置箍筋约束能显著提升钢管混凝土(CFST)柱的抗火性能,且在无任何防火保护的情况下,仍可使构件满足对应耐火等级的设计要求,为结构防火设计和延长结构安全服役寿命提供了新途径。该文设计制作了3根足尺矩形CFST柱,对其进行标准火灾与荷载耦合作用下的明火试验,探究内置矩形螺旋箍筋对该类构件抗火性能的提升效果,并考察箍筋间距对其抗火性能的影响规律。基于材料现有的高温力学本构关系,建立了火灾作用下矩形螺旋箍筋约束矩形CFST柱的数值分析模型,揭示高温环境下箍筋约束核心混凝土对该类构件耐火极限的提升机理。研究结果表明:在总用钢量相同甚至略低的情况下,内置矩形螺旋箍筋可显著改善矩形CFST柱的耐火性能,耐火极限提升幅度高达104.1%;通过合理设计箍筋参数,该类轴压柱无需在钢管表面设置防火保护层,即可满足150 min的二级耐火等级要求;箍筋间距从40 mm增至80 mm时,对该类构件耐火性能的影响较小;所建数值模型可较好地预测内置矩形螺旋箍筋约束矩形CFST柱的耐火极限,但对构件不同受火时间下的变形预测精度欠佳。 展开更多

关键词 矩形螺旋箍筋 矩形cfst柱 耐火性能 箍筋间距 约束

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CFRP包裹带脱空缺陷圆CFST短柱的偏压受力性能 被引量：1

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作者 李景哲 王静峰 +1 位作者 沈奇罕 盛鸣宇 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2021年第5期658-665,695,共9页

为了获悉碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)条带对带脱空缺陷圆钢管混凝土(concrete filled steel tube,CFST)短柱的修复加固作用,文章通过ABAQUS软件建立了偏压下CFRP包裹带脱空缺陷圆CFST短柱的数值分析模型... 为了获悉碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)条带对带脱空缺陷圆钢管混凝土(concrete filled steel tube,CFST)短柱的修复加固作用,文章通过ABAQUS软件建立了偏压下CFRP包裹带脱空缺陷圆CFST短柱的数值分析模型,并通过现有试验数据验证了模型的准确性,进而分析了偏心率、钢材强度、混凝土强度、径厚比、CFRP强度、CFRP包裹层数及脱空比等关键参数对偏压构件承载力、破坏模式等基本力学指标的影响规律。研究结果表明:偏压下CFRP包裹带脱空缺陷圆CFST短柱的主要破坏模式包括钢管屈曲、CFRP断裂及混凝土压溃;CFRP条带包裹可以明显提高带脱空缺陷CFST短柱的承载力和延性;构件偏压极限承载力随着钢材强度、混凝土强度及CFRP包裹层数的增加而提高,随着脱空比、径厚比及偏心率的提高而降低。研究结果可为CFRP包裹带脱空缺陷圆CFST柱的设计和应用提供科学依据。 展开更多

关键词 碳纤维增强复合材料(CFRP) 圆钢管混凝土(cfst)短柱 脱空缺陷 有限元分析 偏压性能

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钢管混凝土叠合柱轴压强度试验研究 被引量：39

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作者 康洪震 钱稼茹 《建筑结构》 CSCD 北大核心 2006年第S1期913-916,共4页

钢管混凝土(CFST)叠合柱是一种抗震结构的新型结构构件,它是在钢筋混凝土柱中内置钢管混凝土而形成。为了建立钢管混凝土叠合柱的轴压计算公式,进行了18个叠合柱试件的轴压试验。试验参数有:钢管的直径与壁厚、钢管外部混凝土强度等级... 钢管混凝土(CFST)叠合柱是一种抗震结构的新型结构构件,它是在钢筋混凝土柱中内置钢管混凝土而形成。为了建立钢管混凝土叠合柱的轴压计算公式,进行了18个叠合柱试件的轴压试验。试验参数有:钢管的直径与壁厚、钢管外部混凝土强度等级和箍筋配箍特征值。试验得到了试件破坏过程、轴压力-应变关系曲线。试验结果表明:钢管混凝土叠合柱的轴压强度可由钢管混凝土强度和管外钢筋混凝土强度两部分叠加而成,从而给出了叠合柱的强度计算公式。试验结果同时表明核心钢管混凝土的轴压强度可作为叠合柱的残余强度。 展开更多

关键词 钢管混凝土(cfst)叠合柱 试验 轴压强度 残余强度

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宽厚比对足尺方钢管混凝土短柱抗震性能影响的试验研究 被引量：4

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作者 金浏 梁健 +1 位作者 陈凤娟 杜修力 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第22期1-9,59,共10页

开展了6个横截面宽度为800 mm的方钢管混凝土(concrete filled steel tubular,CFST)短柱在恒定轴力和水平往复荷载作用下的加载试验,分析了钢管约束作用(宽厚比B/t=50,B/t=80和B/t=100)对足尺短柱破坏形态、滞回性能、延性性能、刚度退... 开展了6个横截面宽度为800 mm的方钢管混凝土(concrete filled steel tubular,CFST)短柱在恒定轴力和水平往复荷载作用下的加载试验,分析了钢管约束作用(宽厚比B/t=50,B/t=80和B/t=100)对足尺短柱破坏形态、滞回性能、延性性能、刚度退化和耗能能力等抗震性能的影响规律。结果表明:(1)该试验中,所有足尺方钢管混凝土短柱均发生压弯破坏,即在柱底部出现钢管环状鼓曲、核心混凝土压碎行为;(2)方钢管混凝土柱的延性能力随着宽厚比的减少(约束作用提升)并无明显改变,且足尺柱的延性能力明显低于已有试验中的小尺寸柱;(3)宽厚比对足尺方钢管混凝土柱的刚度退化和等效黏滞阻尼系数影响不大;但柱的总耗能随宽厚比的减小而增大;(4)随着宽厚比的减小,钢管约束效应提升,柱压弯承载力有所提高,但提高的幅度明显小于相关规范值。另外,与现有中国、美国、欧洲等设计规范计算结果对比发现,中国规范和欧洲规范的计算结果偏大,美国规范计算结果则较为保守。 展开更多

关键词 方钢管混凝土(cfst)短柱 约束效应 宽厚比 抗震性能 承载力

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矩形中空夹层钢管混凝土短柱轴压性能数值分析 被引量：3

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作者 刘世明 白鹏坤 郜致峣 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第30期13040-13047,共8页

相较于钢管混凝土(concrete filled steel tube,CFST)构件,中空夹层钢管混凝土(concrete filled double skin steel tube,CFDST)构件具有延性好、自重轻和刚度大等技术优势。为探明CFDST短柱的内、外钢管的径厚比和内填混凝土强度对轴... 相较于钢管混凝土(concrete filled steel tube,CFST)构件,中空夹层钢管混凝土(concrete filled double skin steel tube,CFDST)构件具有延性好、自重轻和刚度大等技术优势。为探明CFDST短柱的内、外钢管的径厚比和内填混凝土强度对轴压性能的影响规律,采用试验验证的数值有限元分析方法,考虑内填混凝土约束效应,开展了短柱轴压性能各参数敏感性分析。结果表明,有限元模型采用韩林海提出的混凝土本构关系,能够准确地模拟试验结果。当内填混凝土强度和内钢管径厚比相同时,外钢管径厚比从30增加到60时,平均延性指标和承载力分别降低了23.6%和26.4%;内钢管使得CFDST柱的延性和承载力分别提升24.5%和18.6%;内填混凝土强度从45 MPa增大到75 MPa,CFDST柱的极限承载能力可提升18%以上。 展开更多

关键词 cfst柱 CFDST柱 ABAQUS 数值分析 延性

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轴压圆钢管混凝土短柱非线性徐变效应分析方法 被引量：1

9

作者 李世伟 杨永清 +1 位作者 蒲黔辉 孙博 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1083-1091,共9页

运用连续介质损伤力学的方法,分析轴压圆钢管混凝土(CFST)短柱在高应力水平下的非线性徐变效应.提出一种新的均匀约束条件下的混凝土塑性损伤本构模型(DPM-UC),以便于模拟高应力下的塑性和损伤演化;以DPM-UC为基础,提出一种新的考虑混... 运用连续介质损伤力学的方法,分析轴压圆钢管混凝土(CFST)短柱在高应力水平下的非线性徐变效应.提出一种新的均匀约束条件下的混凝土塑性损伤本构模型(DPM-UC),以便于模拟高应力下的塑性和损伤演化;以DPM-UC为基础,提出一种新的考虑混凝土徐变三维特性的非线性徐变效应分析理论框架,建立相应的数值分析方法,并嵌入到有限元分析软件ABAQUS中.将不同应力水平下的徐变试验结果与分析结果进行对比,结果显示:当承受较大应力水平时,采用非线性与线性徐变理论的计算结果差异明显,采用非线性徐变理论的预测值与实测值更为接近,验证了所提方法的可靠性与合理性. 展开更多

关键词 结构工程 圆钢管混凝土(cfst)短柱 非线性徐变效应 连续介质损伤力学 ABAQUS二次开发

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基于XGBoost-SHAP的钢管混凝土柱轴向承载力预测模型 被引量：18

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作者 陈曦泽 贾俊峰 +2 位作者 白玉磊 郭彤 杜修力 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1061-1070,共10页

为了可靠、准确地预测钢管混凝土(CFST)柱的轴向承载力,建立和解释集成机器学习的CFST柱轴向承载力预测模型.使用马氏距离评估CFST柱数据库质量,通过极限梯度提升(XGBoost)算法建立CFST柱轴向承载力预测模型,使用K折交叉验证(K-Fold CV... 为了可靠、准确地预测钢管混凝土(CFST)柱的轴向承载力,建立和解释集成机器学习的CFST柱轴向承载力预测模型.使用马氏距离评估CFST柱数据库质量,通过极限梯度提升(XGBoost)算法建立CFST柱轴向承载力预测模型,使用K折交叉验证(K-Fold CV)和树结构概率密度估计(TPE)算法寻找模型的最优超参数组合.采用不同评价指标将优化后XGBoost模型的预测值与已有方法和未优化XGBoost模型的计算值比较.使用SHAP方法给出XGBoost模型预测结果的整体和局部的解释.结果表明,经过超参数调整优化的XGBoost模型的性能超越了相关规范和经验公式的性能,且SHAP方法能够有效地解释XGBoost模型的输出. 展开更多

关键词 钢管混凝土(cfst)柱 轴向承载力 极限梯度提升(XGBoost) 超参数优化 SHAP 可解释性

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三面受火的方钢管混凝土柱火灾全过程力学性能分析 被引量：4

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作者 肖会霞 王景玄 王文达 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2015年第1期100-105,共6页

为系统研究非均匀受火时钢管混凝土结构的抗火性能,在合理选取不同阶段钢材和混凝土的热力本构模型的前提下,基于ABAQUS有限元平台,建立方形截面钢管混凝土柱三面受火数值模型。对经历常温加载、升温、降温以及火灾后等不同阶段的钢管... 为系统研究非均匀受火时钢管混凝土结构的抗火性能,在合理选取不同阶段钢材和混凝土的热力本构模型的前提下,基于ABAQUS有限元平台,建立方形截面钢管混凝土柱三面受火数值模型。对经历常温加载、升温、降温以及火灾后等不同阶段的钢管混凝土柱力学性能进行初步分析,并与已有的试验进行对比验证;同时,分析了升温时间比t0、保护层厚度a、火灾荷载比n及长细比λ等参数对构件受火性能的影响。结果表明,三面受火时,钢管混凝土柱的破坏形式与均匀受火时有明显差异,因为柱截面温度的不均匀分布会使其产生附加偏心距,发生失稳破坏;三面受火后,钢管混凝土柱的极限承载力和延性均有不同程度的降低;长细比及升温时间比对三面受火时的方钢管混凝土柱力学性能影响较为明显,承载力和延性有明显的下降。 展开更多

关键词 钢管混凝土(cfst)柱 火灾全过程 非均匀受火 力学性能 数值模拟

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T形钢管混凝土与钢梁节点的地震损伤监测 被引量：1

12

作者 司马涛 《建筑机械》 2025年第1期53-57,共5页

为了准确监测T形钢管混凝土(T形CFST)柱-钢梁节点受地震作用后的损伤情况,文章制作4个不同梁柱线刚度比和不同楼板厚度的T形CFST柱-钢梁节点试件进行低周往复加载试验。同时,通过预先埋入混凝土的智能骨料进行损伤监测,分析试验所得的... 为了准确监测T形钢管混凝土(T形CFST)柱-钢梁节点受地震作用后的损伤情况,文章制作4个不同梁柱线刚度比和不同楼板厚度的T形CFST柱-钢梁节点试件进行低周往复加载试验。同时,通过预先埋入混凝土的智能骨料进行损伤监测,分析试验所得的压电应力波信号,提出了小波包损伤指数(DI),并将其与结构刚度结合得到刚度比数-损伤指数计算公式。结果表明,压电智能骨料能够很好的监测T形CFST柱-钢梁节点的地震损伤情况。 展开更多

关键词 T形cfst柱-钢梁节点 健康监测 小波包分析 低周往复 压电陶瓷智能骨料

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CFST外包柱脚抗震性能研究

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作者 马晓飞 《铁道建筑技术》 2023年第10期39-43,83,共6页

作为将上部荷载传递至基础的关键节点,钢管混凝土柱(Concrete-Filled Steel Tube, CFST)外包柱脚工程应用较为广泛,但其抗震性能研究尚未成熟。基于实际工程案例,选取CFST外包柱脚尺寸和栓钉间距作为变量设计试件进行低周往复荷载试验,... 作为将上部荷载传递至基础的关键节点,钢管混凝土柱(Concrete-Filled Steel Tube, CFST)外包柱脚工程应用较为广泛,但其抗震性能研究尚未成熟。基于实际工程案例,选取CFST外包柱脚尺寸和栓钉间距作为变量设计试件进行低周往复荷载试验,并建立精细有限元模型以研究两变量对外包柱脚抗震性能的影响。结果表明:外包尺寸较大时可保证柱脚受力性能,滞回曲线饱满,峰值承载力、延性性能、初始刚度及强度退化系数显著提高;减小栓钉间距未能改变破坏特性,但可小幅提高各抗震性能参数;数值模拟所得滞回曲线、骨架曲线与试验结果吻合良好,所建模型可准确预测试件受力情况。 展开更多

关键词 cfst柱 外包柱脚 低周往复荷载 试验研究 数值模拟 抗震性能

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近距离爆炸作用下钢管混凝土柱损伤评估与性能化抗爆设计方法研究

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作者 李忠献 赵文浩 +2 位作者 崔健 师燕超 丁阳 《建筑结构学报》 北大核心 2025年第8期190-200,共11页

钢管混凝土(CFST)柱承载力高且抗震性能优越,在高层建筑结构中得到广泛应用,然而其在爆炸作用下的动态响应机理和抗爆性能研究还不够深入;此外,随着设计理论向多目标设防和多层次设计方向发展,如何准确评估结构及构件的损伤程度,提出合... 钢管混凝土(CFST)柱承载力高且抗震性能优越,在高层建筑结构中得到广泛应用,然而其在爆炸作用下的动态响应机理和抗爆性能研究还不够深入;此外,随着设计理论向多目标设防和多层次设计方向发展,如何准确评估结构及构件的损伤程度,提出合理的性能指标及其限值,已成为建筑结构抗爆设计中亟待解决的关键问题。通过数值模拟,分析了CFST柱的设计参数对其在近距离爆炸作用下的动态响应和破坏模式的影响。结果表明:柱的侧向变形中弯曲变形与剪切变形耦合;通过对弯曲变形与剪切变形解耦,计算剪切变形与总变形的比值,可定量判定柱的破坏模式,从而提出了CFST柱破坏模式的判定准则。进一步根据设计受弯承载力和受剪承载力以及计算的剪跨段长度,定义了柱的弯剪比,并以柱的弯剪比和爆炸波的反射冲量作为参量,提出了CFST柱破坏模式的实用化判定方法;采用柱残余位移角作为其抗爆性能指标,建立了爆炸作用后CFST柱的损伤程度评估方法。通过回归分析,考虑不同破坏模式,建立了柱的残余位移角与柱的设计参数之间的关系式,据此可计算其抗爆性能指标限值,并提出了其抗爆设计流程,从而建立了CFST柱性能化抗爆设计方法。 展开更多

关键词 钢管混凝土(cfst)柱 爆炸荷载 破坏模式 损伤评估 性能化抗爆设计

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