钢管混凝土外加强环式节点研究及应用综述

钢管混凝土外加强环节点是指通过采用外加强环板将钢管混凝土柱与梁结合形成一个整体的连接部位,是确保结构安全性和耐久性的关键部位。本文首先对国内外关于钢管混凝土外加强环节点构造形式的研究进行了梳理和分析,加强环板与梁柱连接多采用焊接,随着装配式结构的普及,高强螺栓也逐渐被应用于加强环板与梁的连接中。通过进一步对比国内外钢管混凝土节点抗震性能的研究,总结发现此类节点表现出良好的工作和抗震性能,具有广泛的应用前景。最后对该类节点抗剪承载能力的计算公式进行了总结与分析,国内外已有相关规范提供了数学计算公式,但随着节点构造形式和加工材料的不断变化,现有公式可能存在一定的局限性。学术研究和工程实际均显示,钢管混凝土外加强环板具有较好的刚性、延性和抗震性能。因此,通过梳理和归纳现有的最新研究成果,为后续研究钢管混凝土外加强环节点的新型构造及其性能提供可靠的经验。

左右梁高不同的箱型截面柱-H型钢梁外加强环式异型节点抗震性能试验研究

随着建筑造型、结构形式和空间使用功能的变化,出现了一些新型的钢结构节点,例如柱两侧梁高不同的异型节点。本研究开展了3个左右两侧梁高不同的外加强环式箱型截面柱-H型钢梁异型节点的抗震性能试验研究,试验参数为左右梁的梁高比α。试验成果表明:(1)从应变片的测量结果可知所有试件均以节点域的剪切变形为主要的破坏模式。(2)异形节点的剪力-剪切角关系曲线形状饱满,具备较好的耗能能力。(3)相同条件下,异形节点域比标准形节点域的剪切变形角小,结构更安全。

外加强环式箱型截面钢柱-H型钢梁异型节点抗震性能研究

进行了3个左右两侧梁标高不同的外加强环式箱型截面柱-H型钢梁异型节点的抗震性能试验和有限元分析研究,考察了梁标高差与梁高之比参数β变化时该类部分框架节点域的抗震性能。研究表明:(1)除了节点域的剪切变形外,柱壁焊缝开裂引起外环板的断裂为主要破坏模态;(2)异型节点域的设计高度可以取核心节点域高度;(3)有限元分析方法能很好地模拟试验的荷载位移曲线和破坏模态;(4)外加强环式节点滞回曲线饱满、耗能性能好,具有较好的抗震性能。

加强环式钢管混凝土节点梁柱连接刚度的有限元分析

加强环式钢管混凝土节点在工程中通常被当作刚性节点。但实际上,完全的刚性连接是不存在的,该节点的梁柱连接刚度介于刚接与铰接之间。为了获得完整准确的节点连接刚度信息,主要运用有限元工具并加以试验验证,探求影响梁柱连接刚度的各要素以及这些要素对连接刚度的影响程度。首先,利用有限元分析软件ANSYS建立加强环式钢管混凝土节点的有限元模型,并以试验验证了模型的准确性;然后,在经过试验校核的有限元节点模型基础上,作一系列改变节点域各个参数的分析,从而确定影响梁柱连接刚度的重要因素;最后,利用MATLAB将有限元数据拟合成描述该节点梁柱连接刚度通用的M—θ公式。

双层不规则布置梁加强环式梁柱节点承载力及刚度

针对钢结构设计的难点——特殊的不规则布置梁柱连接节点的设计进行了研究。首先介绍了双层不规则布置梁加强环式梁柱节点的足尺模型试验,考察了该类型节点的受力性能和破坏机理。然后对试验模型进行了相应的有限元数值模拟,验证了该有限元模型和分析方法的合理性。在此模型基础上,利用有限元程序进行了参数分析。最后综合试验和有限元分析结果,提出了双层不规则布置梁加强环式梁柱节点承载力和刚度的计算方法,可供实际工程设计参考。

某结构加强环式节点的试验研究

钢管混凝土柱加强环式节点的研究随其广泛的应用越来越受到大家的关注。为了解此类型节点的工作原理,确定其承载力和破坏状态,依据相似关系原理对某实际工程中使用的加强环式节点模型试件进行静力承载力试验研究,为加强环式节点的设计及施工提供参考。

三维空间外加强环式部分钢框架节点非线性有限元分析

利用非线性有限元软件ABAQUS,建立了三维空间外加强环式部分钢框架节点模型,考察了柱壁厚度,梁翼缘宽度、厚度,梁腹板高度,外环板宽度、厚度等几何参数对外加强环式部分钢框架节点的承载能力及刚度的影响,有限元分析结果表明:柱壁厚度、梁翼缘宽度、厚度、腹板高度、外环板宽度、厚度的变化对外加强环式节点的刚度和承载力有明显的影响,通过单参数分析,并利用回归的方法建立包括以上参数的节点极限抗弯承载力,屈服抗弯承载力,初期刚度,屈服刚度评价公式,并证明了公式的可靠性,为该类节点应用于工程实际提供了理论基础。

带楼板的外加强环式方钢管混凝土柱节点非线性数值模拟

为研究带楼板的外加强环式方钢管混凝土柱(CFSST)节点的弹塑性力学性能,以方钢管混凝土柱节点试验尺寸为参照,在总结相关文献试验结果的基础上,选取钢材和混凝土的本构关系模型,定义混凝土损伤塑性因子,以及混凝土压缩复原和拉伸恢复系数,对外加强环式方钢管混凝土柱节点进行单向加载及循环往复加载下的全过程力学分析,绘制荷载-位移曲线;同时对外加强环式节点进行参数分析,研究宽厚比、轴压比、混凝土楼板高度及核心混凝土强度对节点受力性能的影响。研究结果表明:相比混凝土楼板高度和核心混凝土强度,轴压比、宽厚比对此类节点的受力性能影响较大。

钢管混凝土柱外加强环式节点有限元分析

对某工程中的钢管混凝土柱外加强环式节点进行数值模拟,研究了其在弹性阶段的受力特点。模拟表明:加强环板的受力比较均匀,设计上有较大强度剩余;腹板和翼缘板在加载区域出现了一定程度的应力集中。整个节点在工作状态下,各构件的强度只达到了设计强度的一半左右,说明节点有足够的强度储备来应对特殊情况。

方钢管混凝土柱-钢梁外加强环节点滞回性能的实验研究

进行了8个方钢管混凝土柱-钢梁外加强环式节点试件在恒定轴力和水平往复荷载作用下的滞回性能实验研究,考察了钢管混凝土柱轴压比和环板宽度对节点力学性能的影响。结果表明:柱轴压比对节点的水平承载力和抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,节点的水平极限承载力下降,位移延性和耗能能力降低;不同环板宽度节点的滞回曲线均为饱满的梭形,强度和刚度退化不明显;本次试验的8个节点试件的层间位移延性系数μ=3.00～7.41,弹性极限位移角θy≈2.03[θe]～5.30[θe],弹塑性极限位移角θu≈1.78[θp]～3.90[θp],等效黏滞阻尼系数he=0.3576～0.5339,均满足抗震设计要求。

带整体加强环耳式支座的结构设计

介绍了加氢反应器带整体加强环耳式支座的结构设计及其合理性。设计采用了弹性失效设计准则,以其结构件应力状态达到屈服时作为失效状态。

钢管混凝土框架环板贯穿节点抗震性能研究

针对外加强环式节点及隔板贯通式节点的受力特点进行了介绍,并系统分析了大量的研究结果,指出这种节点容易在环板处形成破坏,为此提出了结合翼缘削弱的环板贯通式节点则可实现强节点。

几种钢管砼柱的节点型式

简要介绍了基于钢管砼柱的加强环式节点、钢筋环绕式节点、环梁式节点、劲性环梁式节点、钢筋贯通式节点、钢管砼柱-平板节点等几种节点的主要特征与应用。

T形钢管混凝土柱-混凝土梁外加强环板式节点抗震性能正交试验研究

对18个T形钢管混凝土柱-混凝土梁外加强环板式节点采用有限元与正交试验法相结合的方式进行抗震性能研究。结果表明,节点的裂缝发展经历初裂、通裂、极限、破坏四个过程;牛腿在梁端荷载的传递过程中起到桥梁作用;最终以牛腿与梁交界处形成塑性铰而破坏,符合"强节点弱构件"的抗震设计思想。对节点极限承载力、位移延性系数以及能量耗散系数三个性能指标影响最为显著的因素均为框架梁配筋率。框架梁混凝土强度等级的提高可以提高节点极限承载力,但是增幅过大不利于节点抗震性能,所以工程设计时应合理地选择框架梁混凝土强度等级。

几类方钢管柱-H型钢梁节点力学性能对比

钢结构具有力学性能好、建筑布局灵活、施工周期短等众多优点。同时,大力发展钢结构建筑也是推动建筑工业化转型升级,推广装配式建筑,解决目前国内钢铁产能过剩的有效途径。因此,对于钢结构连接的研究具有重要意义。本文利用ABAQUS有限元分析软件对方钢管柱-H型钢梁节点中的加强套板式节点、加强环式节点、狗骨式节点、普通节点在往复荷载下的力学性能进行了对比研究。结果表明:加强套板式节点破坏形态为梁端塑性铰破坏,塑性铰出现在距柱表面75~175 mm距离处;加强环型节点破坏形态为节点核心区剪切破坏;狗骨式节点破坏形态为梁端塑性铰破坏,塑性铰出现在梁截面削弱处;普通节点为节点域柱表面变形破坏。加强套板式节点、加强环式节点、狗骨式节点、普通节点滞回曲线呈饱满的梭形,均具备良好的力学性能。狗骨式节点因梁截面进行过削弱,其极限承载力最小;加强环节点因加强环的加强作用,又是柱节点域剪切破坏,其承载力明显大于其它节点。

T形钢管混凝土柱-混凝土梁外加强环板式节点抗震性能非线性分析

通过ABAQUS软件对15个T形钢管混凝土柱-混凝土梁外加强环板式节点抗震性能进行非线性分析。结果表明,节点模型均在核心区产生应力集中,不过参数的变化导致应力集中以及向四周扩散的程度有所差异。各节点模型的滞回曲线形状饱满,没有捏缩现象,滞回性能良好;位移延性系数均大于1.93,等效粘滞阻尼系数均大于0.180,能量耗散系数均大于1.134,这些抗震性能指标远远超过普通钢筋混凝土结构的要求,部分甚至超过型钢混凝土结构的要求。通过参数分析,了解节点抗震性能指标随参数的变化规律。框架梁配筋率增大不仅可以提高节点承载能力,而且对节点抗震性能提高也很有帮助;牛腿长度增大虽对节点承载力能力较为有利,但对抗震性能影响比较有限。

方钢管混凝土柱节点的试验研究及非线性有限元分析

基于方钢管混凝土柱内隔板式节点及外加强环式节点的低周反复荷载试验,在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱内隔板式节点和外加强环式节点进行了单调加载及循环加载作用下的受力性能分析。有限元分析得出的荷载-位移曲线及剪力-剪切变形曲线与试验结果吻合较好。在此基础上对外加强环式节点进行了参数分析,研究了方钢管混凝土柱的轴压比、宽厚比、核心混凝土强度及混凝土楼板高度对节点受力性能的影响,结果表明轴压比、宽厚比的影响较大。

影响方钢管柱-H型钢梁不等高梁节点域性能的参数分析

为探究影响方钢管柱-H型钢梁外加强环式不等高梁节点域力学性能的参数,以梁高比、柱宽厚比、轴压比、梁翼缘宽厚比、梁柱宽厚比和节点域高宽比为分析参数,采用有限元分析软件ABAQUS,在对比已有试验结果验证有限元模型可靠性的前提下,对节点模型进行了单向位移加载下非线性数值模拟分析。研究结果表明:柱宽厚比对不等高梁节点域剪切初始刚度有明显影响;梁高比、柱宽厚比和梁翼缘宽厚比对节点域的变形能力有一定影响;梁高比和柱宽厚比对不等高梁节点域的剪切承载力影响较大。

地铁车站钢管混凝土柱设计研究

在盖挖逆作地铁车站中,经常采用钢管混凝土柱作为永久性中间立柱,并最终承受主纵梁传递的竖向荷载。文中对钢管混凝土柱节点设计进行了重点分析,并介绍了加强环式中节点计算方法,为类似工程提供设计参考。

中国南方航空大厦超高层结构设计

依照建筑产业化、绿色节能、创新发展的理念,中国南方航空大厦结构设计中采用了一种装配式钢管混凝土柱+U型钢组合梁+钢箱混凝土剪力墙核心筒的全包钢组合结构体系。充分发挥了混凝土与钢结构的特性,减小的结构自重,从而减小地震力与基础造价,节省了混凝土和钢筋用量,降低了岩溶发育地区地基处理的难度及处理深度。大量采用新技术、新工艺和预制钢构件、机械作业,减少现场手工劳动,取得了良好的社会、经济效益。分析结果可供同类工程参考和借鉴。