装配式钢结构梁柱连接节点研究进展

装配式建筑既是建筑现代设计理念、构件生产、现场管理革新的重要途径,也是推行组件化理念和智能化转型的重要举措。结合目前国内装配式钢结构梁柱连接节点研究情况,对可恢复式梁柱节点、方钢管柱-桁架梁、带悬臂梁节点、框架体系装配式节点形式的构造和力学性能进行阐述与总结。研究表明,装配式钢结构梁柱具有良好的承载力、延性和抗震性能,但是目前基于装配式节点构造及各参数的研究主要针对二维平面,一定程度上制约了其应用和发展,后续需对节点在火灾作用下的破坏及损伤时序、三维空间结构中楼板与梁柱节点的连接方式和考虑楼板后整体结构的复位机理与刚度变化历程进行进一步研究,为增加新材料、新工艺的应用,推广至实际工程提供理论依据。

柱脚不同连接形式钢框架-摇摆墙结构抗震性能对比分析

增设摇摆墙后框架结构地震下柱脚仍会发生一定程度的塑性损伤,将柱脚设置为铰接或提离后有望减轻上述缺陷。以三层、六层和九层钢框架为基准模型,分别建立柱脚固接、铰接及提离三种框架-摇摆墙结构模型并进行动力弹塑性时程分析,对比各结构最大侧向位移、层间位移角、峰值加速度、层间剪力、墙体剪力和弯矩等;进一步建立耗能连梁固接和铰接的对比模型,研究连梁连接方式对结构抗震性能的影响。结果表明:三层模型中柱脚固接时侧向位移、层间位移角、加速度、层间剪力及摇摆墙墙体剪力的控制效果最优,六层、九层模型中分别对应柱脚提离和柱脚铰接效果最好;摇摆墙墙体剪力图和弯矩图分别呈现“C形”和“反C形”,柱脚固接时墙体弯矩均为最小,与层数无关。柱脚固接耗能连梁两端采用固接最优,柱脚铰接和柱脚提离时耗能连梁两端采用铰接形式效果更优。此分析可为框架-摇摆墙结构进一步推广应用提供参考。

设有叠合柱的局部错层RC框架结构地震易损性分析

为研究某一设有叠合柱的局部错层钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构在近断层和远场地震作用下的破坏概率,自定义钢管混凝土叠合柱塑性铰参数,并与试验对比验证塑性铰参数的有效性。采用SAP2000建立非线性分析模型,选取近断层和远场地震波共22条,分别以地震峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)和最大层间位移角作为地震动强度指标和结构性能指标,基于增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)结果和点估计函数对错层框架结构进行易损性分析。结果表明:对于远场地震动,结构满足“三水准”抗震设防要求,在罕遇地震下超越防止倒塌极限状态的概率仅为0.24%;结构在近断层多遇地震下仍能满足“小震不坏”的设计要求,设防地震下结构超越修复后使用极限状态的概率为53.63%,发生中等破坏的概率较大,罕遇地震下结构达到倒塌极限状态的概率为5.37%,较远场地震作用破坏更为严重。研究结果可为错层框架结构的设计和地震风险评估提供参考。

功能可恢复RCS混合框架结构研究进展

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合框架结构以其结合了混凝土优异的抗压性能及钢材优异的抗弯性能而受到广泛关注,而可恢复功能结构以其震后快速恢复使用功能的能力,也成为地震工程界研究的新热点。功能可恢复RCS混合框架结构可以在弯矩较大的梁端和柱脚部位设置可更换构件,实现结构的功能可恢复能力。文中简述了近年来功能可恢复RCS混合框架结构研究进展,重点关注各类型功能可恢复钢梁、功能可恢复摇摆柱脚的构造研究,介绍了功能可恢复RCS混合框架结构性能分析研究进展。最后,对功能可恢复RCS混合框架结构仍需深入研究的问题进行了展望。

杭州电竞中心结构设计重难点概述

杭州电竞中心内圈主体结构采用钢框架-支撑结构,外圈采用“大倾角梭形斜柱+多段钢折梁框架”,是集承重与抗侧力于一体的结构体系,屋盖采用车辐式索承网格自平衡结构形式。详细介绍了地下结构、中央场馆结构的设计要点,门厅处利用建筑造型空间设计为多段钢折梁与跨层桁架相结合的结构形式;室内二层至三层楼面设计一浮空弧形人行桥,截面形式为薄壁钢箱梁,桥宽2.2m,跨度57m,采用“上挂下支”的稳定结构形式。对整体结构进行了静力弹性、动力弹塑性、振动台试验、典型节点有限元、整体稳定以及局部稳定等系列分析与试验。结果表明:结构在静力荷载和地震作用下强度和刚度均满足规范要求;典型节点极限承载力为荷载设计值的4.17倍;结构整体稳定性安全系数为3.79;斜柱局部稳定安全系数为2.52。合理的设计保证了结构的安全、经济和实用性。

钢结构梁柱加固节点框架损伤演化过程数值模拟分析

为研究不同因素对钢结构梁柱加固节点框架演化过程损伤的影响,选择4个钢结构梁柱加固节点框架试件作为实验对象,在其他条件不变基础上,改变试件轴压比、钢盖板厚度以及混凝土强度,用ABAQUS软件对钢结构梁柱加固节点框架进行模拟,观察损伤演化过程的应力云图情况,并对屈服位移与峰值位移进行统计。结果表明:轴压比以及钢盖板厚度对受力性能影响不大,混凝土强度对受力性能影响较大,并且随着混凝土强度的增加,钢结构梁柱加固节点框架的承载力也在增加,在节点框架设计时,应适当增加混凝土强度,提高节点框架承载力。

不同去柱工况下多层钢框架结构抗连续倒塌机理研究

为探究不同去柱工况对多层钢框架结构抗连续倒塌性能影响,分别对中柱失效和角柱失效工况的2层2跨钢框架梁-柱子结构进行Pushdown加载试验,研究其在倒塌过程中的抗力曲线和破坏模式。试验结果表明:中柱失效下钢框架主要依靠弯曲机制和悬链线机制抵抗外加荷载,且悬链线机制具有一定的滞后性;而角柱失效下钢框架主要依靠弯曲机制抵抗倒塌,且由于空腹效应的存在,可以有效提高结构的抗倒塌承载力。随后通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA对所研究试件进行数值模拟,并对现实场景中可能出现的6种去柱工况分别进行抗连续倒塌分析。通过对比6种去柱工况钢框架结构的抗力曲线和抗倒塌风险可知:不同去柱工况下的钢框架结构水平约束条件不同,从而空腹效应发展也不尽相同;考虑空腹效应并考虑单位面积结构的承载力时,邻角柱失效与邻边柱失效工况下的钢框架结构具有较高的倒塌风险。

可恢复功能装配式钢框架梁柱节点力学性能研究

装配式钢结构具有施工快、工期短、污染小的优点。基于此,提出一种由方钢管柱、H型钢梁、保险丝、高强螺栓和现浇楼板组成的可恢复功能装配式钢框架梁柱节点,并变换保险丝处梁间缝隙宽度、保险丝长细比和保险丝屈服强度三个参数,共建立了13个有限元模型进行分析。研究结果表明:保险丝能够实现损伤控制,保护主体结构免受损伤;保险丝处梁间缝隙宽度大于5mm时,可以保证梁段不发生碰撞,损伤集中在保险丝处,工程应用中建议采用10mm的缝隙宽度;保险丝长细比为43时,能够保证可恢复功能装配式钢框架梁柱节点具有足够的承载能力;当主体结构选用Q345B钢材时,保险丝宜采用Q235B钢材,以实现保险丝的损伤控制。

广州航空轮胎大科学装置主体结构设计

广州航空轮胎大科学装置作为科学试验、产业吸引的重要建筑,方案新颖奇特,为竖向及水平圆组合的造型。结构设计时,通过设置防震缝将其分割成两个独立的结构主体,同时考虑建筑造型、试验设备、超高大跨吊车等的相关需求。竖向圆为中部通高的六层钢框架-中心支撑结构,充分利用吊车支撑做成强支撑框架,减少中部30m高跃层柱的长度系数,同时充分利用建筑形体,在30m以上做成半圆柱面单层网壳结构,实现建筑效果的同时也节约了材料;水平圆为钢框架结构,针对屋面大跨楼盖,采用单向密肋实腹钢梁,钢梁截面最大高度为1.9m,以满足建筑净空和结构挠度等要求;幕墙与主体间采用桁架式铰接支座,实现外鼓幕墙造型;10台半埋式试验台基础采用灌注桩基础,并设置隔振沟以减轻动力试验对主体结构的影响。设计最终很好地实现了建筑功能及结构安全性和适用性。

中原文旅城欢乐世界一期雪世界高区基础设计

中原文旅城欢乐世界一期雪世界高区采用了巨型钢框架结构体系,基础形式为群桩基础,满足了基础内力大、沉降控制要求高的要求。介绍了巨型框架结构以及基础设计内力大、沉降控制要求高等特点。以中原文旅城欢乐世界一期雪世界项目滑道高区的基础设计为例,详细介绍了该工程地质概况、桩型选择、基础设计原则;进行了基桩承载力计算和验算,并分别采用YJK和ABAQUS对基础的沉降进行分析。其中ABAQUS模型考虑了桩、土、承台的相互作用,克服了传统计算方法不能细致分析桩身弹性压缩、实体深基础侧阻力和应力扩散等的不足。

半刚接柱脚自复位装配式钢框架拟动力试验研究

为解决刚接柱脚自复位装配式钢框架结构在中震或大震下底层柱可能发生较大的塑性变形的问题,设计一种半刚接柱脚自复位装配式钢框架结构。对其子结构进行拟动力试验,对比框架在Taft地震波、LOS000地震波和El-Centro地震波输入及不同等级地震下的节点开口、耗能能力、刚度退化、预应力损失和应变变化。试验结果表明,钢框架在大震作用下具有良好的自复位功能和耗能能力。钢绞线平均预应力损失最多仅为1.58%,说明施加预应力的方法是可靠的。钢框架柱脚能够始终保持弹性状态,因此震后仅需修复钢梁,大大降低了修复成本。

考虑节点域影响的钢管约束钢筋混凝土柱框架结构抗震性能研究

近年来,钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱结构已成为组合结构研究热点之一。约束钢管在柱端断开能够充分发挥其对混凝土的约束效果,增强柱体承载力及抗震性能。然而,节点区域将变得相对薄弱,传统结构体系性能分析中多以节点为刚性域,不考虑节点本身的变形及受损对结构的影响,这将导致STRC柱结构分析及设计存在一定的安全隐患。本文在STRC框架结构中引入节点单元Joint2D来模拟节点的受荷变形全过程,对比分析了节点单元对抗震性能模拟结果的影响,评价了不同强节点系数结构的地震易损性和抗倒塌性能。结果表明,不考虑节点性能的分析结果过高地估计了结构性能,造成不满足规范限值要求的性能指标被分析为满足要求。《钢管约束混凝土结构技术标准》中一级抗震的强节点系数1.5在罕遇地震时将偏于不安全,为满足结构使用安全及抗倒塌能力,建议取强节点系数为1.7。

火灾作用下钢框架结构连续倒塌数值分析

应用基于分层壳单元的钢筋混凝土楼板和基于纤维单元的梁柱构件火灾响应分析方法,对火灾作用下钢框架结构连续倒塌进行了数值分析,并与已有钢筋混凝土楼板、钢柱以及平面钢框架试验结果进行了对比。结果表明:该方法可以准确模拟钢筋混凝土楼板和梁柱构件的火灾响应。在此基础上,对某8层钢框架结构的从火灾发生到倒塌的全过程进行了数值模拟研究,分析对比了不同火灾工况下钢框架结构的倒塌行为,研究了不同防火保护时长和受火位置对钢框架竖向位移分布和破坏模式的影响,并对比了拆柱法模拟结果。结果表明:所用数值模拟方法获得的模拟结果更贴近钢框架结构真实倒塌情况。

框架柱钢筋外控式定距框施工技术研究

工业与民用建筑现浇框架、框架—剪力墙结构体系中,框架柱钢筋安装过程中的定距定位的常规工艺一般采用钢筋焊制的内控式定距框,但其存在焊接工作量大、尺寸不通用、耗材成本高等缺陷。论文针对现有工艺的不足,研发一种用于框架柱钢筋定位的外控式定距框,相对于传统的内控式定距框,具有灵活可调、装拆方便、节材省时、通用性及周转性良好等特性,可应用于各种截面尺寸的矩形框架柱钢筋安装,促进钢筋隐蔽工程的可控性,提升钢筋安装及主体结构工程的整体质量。

基于内套筒连接的模块化钢框架梁柱节点力学性能研究

文中提出了一种基于内套筒连接的模块化钢框架梁柱节点,并对其力学性能开展有限元分析。结果表明,节点具有良好的滞回性能,能形成可靠连接。当层间位移角小于1.5%时,刚度退化较慢,等效粘滞阻尼系数趋于0;层间位移角大于1.5%时,刚度退化较快,等效粘滞阻尼系数不断增大,节点耗能能力逐渐增大。

PEC柱-钢梁摩擦耗能部分自复位组合框架抗震试验研究

为系统研究梁柱采用自复位连接组合框架的抗震机理,选取预拉杆长度设置、PEC柱截面强弱轴布置和柱脚连接方式3个设计参数,设计制作了4榀PEC柱-钢梁梁柱摩擦耗能部分自复位连接组合框架1∶2缩尺试件并进行拟静力抗震试验。通过试验现象观察和数据分析,对试件的滞回特性、抗侧刚度退化、复位能力、滞回耗能等抗震性能进行研究。结果表明:摩擦耗能部分自复位连接通过T形件长圆孔合理设置实现了“设计地震水平阶段实现复位,大震设计水平阶段自复位连接连接转化为伴随出现螺栓承压型受力实现部分自复位”的性能化设计目标;设计地震阶段,试件主要通过辅助摩擦耗能件耗能,且卸载残余侧移小于自复位结构侧移限值(0.3%),在大震作用阶段,试件通过辅助摩擦耗能件与结构构件损伤联合耗能,承载能力仍继续增大,且仍具有部分自复位能力;预拉杆设置有限长度可显著增强结构整体性,PEC柱弱轴布置一定程度上降低了结构整体性,而PEC柱脚采用铰接可显著削弱结构整体性。

连柱摇摆钢支撑抗震性能研究

为了提高连柱摇摆钢支撑的耗能能力,提出了支撑跨柱脚采用开椭圆孔截面的新型构造措施。采用有限元分析软件ABAQUS建立连柱摇摆钢支撑框架结构模型,进行了低周往复加载,对比分析了耗能连梁长度、框架跨度、框架高度等不同设计参数对结构抗震性能的影响。分析结果表明:连柱摇摆钢支撑主要由耗能连梁及耗能柱脚进入塑性来耗散能量,结构具有合理的破坏模式;连柱摇摆钢支撑结构具有较好的耗能能力,滞回曲线为饱满的梭形;结构的极限承载能力随着耗能连梁长度的增加呈现出先增大后减小的趋势,结构的累积滞回耗能能力也逐渐降低;耗能连梁应宜采用剪切屈服型,建议耗能连梁长度的取值范围为(1.2~1.5)Mp/Vp;增大框架跨度和减小框架高度等可以显著提升结构的耗能能力、刚度和承载能力。基于小变形假定和虚功原理,分析了连柱摇摆钢支撑结构在极限状态的典型屈服机制,推导出极限承载力计算公式,与有限元计算结果比较吻合,验证了公式的合理性,可为工程应用提供参考。

铁路全钢结构框架墩设计与施工关键技术

针对传统钢横梁-混凝土立柱框架墩邻近营业线时,混凝土立柱施工周期长、钢横梁吊装难度大的问题,提出钢横梁-钢立柱全钢结构框架墩方案。以宣绩高铁跨越既有皖赣铁路工程为背景,对全钢结构框架墩进行设计及应用研究。全钢结构框架墩立柱与横梁均为钢结构,提升了结构整体性;采用轻量化设计降低吊装难度和工程投资;通过柱底混合连接构造连接框架墩钢立柱和混凝土基础,提高了安装精度和连接可靠性。对结构稳定、局部承压、疲劳强度、刚度变形等各项指标进行验算,结果表明均满足规范要求。全钢结构框架墩采用旁位拼装、整体吊装、柱底对位连接的施工方案,施工阶段采用吊装变形控制和对位引导等施工关键技术,有效提高了施工工效和安装精度。对比传统钢横梁混凝土立柱框架墩,全钢结构框架墩工程投资相当,但减小了对既有铁路运营的干扰,施工难度和施工风险均大幅降低。

基于大跨度门式刚架的外露式钢柱柱脚施工技术

以东风本田联合厂房项目的门式刚架为例,对外露式钢柱柱脚的主要做法和技术措施进行了研究,提出了通过增加一套用于对地脚螺栓进行定位的定位机构,解决了现有技术中地脚螺栓定位不准确的问题。进一步介绍了外露式钢柱柱脚的新技术包括柱脚底板、地脚螺栓、抗剪键、定位机构、灌浆料、混凝土基础等,详细说明了新技术的特点、工艺流程、操作要点等,总结了新技术与现有技术相比的有益效果,为大跨度门式刚架的外露式钢柱柱脚施工安装提供了施工经验,可在类似工程中借鉴和推广。

超高层建筑结构体系契合性研究

为了研究超高层建筑外型与建筑功能对结构选型的影响,以两栋低烈度区约400m高的超高层建筑为案例,简要介绍了两个案例的建筑造型、使用功能、构件布置、荷载条件等基本情况;同时,对比了水平荷载作用下,两案例的主要计算结果;最后,将两案例的造价与同地区相似高度建筑的造价进行了对比。结果表明:两案例既满足了建筑使用和立面美观的要求,又满足了结构受力和整体稳定安全的要求,同时均比国内高度相近的超高层建筑具有更好的经济性。说明契合建筑外观与使用功能是结构布置合理性的根本,两者和谐结合方能实现综合最优。