圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法研究

通过对11个圆钢管型钢再生混凝土组合柱进行低周反复荷载试验,分析再生粗骨料取代率、型钢截面形式、轴压比、型钢配钢率及圆钢管壁厚参数对组合柱水平承载力的影响规律;观察了组合柱的破坏形态及特征,研究了圆钢管、型钢翼缘及腹板应变的发展规律,分析了组合柱的地震破坏特征。研究表明,在水平地震作用下组合柱发生典型的压弯塑性铰破坏。在此基础上,结合现有规范提出了基于叠加原理的圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法。计算结果表明,其水平承载力计算值与试验值吻合度较好,能较为准确地预测组合柱的水平承载力。

预应力混凝土梁-型钢混凝土柱框架节点抗震性能试验研究

预应力混凝土框架结构具有较好的抗裂性能和较高的承载能力,但在实际工程中,裂缝控制要求较为严格,容易出现预应力混凝土框架梁端配筋过多,进而导致梁端承载力过剩,难以实现“强柱弱梁”的抗震设计原则。针对这一问题,提出3种不同连接形式的预应力混凝土梁-型钢混凝土柱节点,通过6个预应力混凝土梁-型钢混凝土柱框架节点试件的低周反复加载试验,研究抗裂等级(影响梁预应力筋数量)、梁柱节点形式对节点破坏形态、滞回曲线、延性、刚度退化等影响规律。研究结果表明:3种不同连接形式的6个试件均发生了“梁端弯剪破坏”,而节点和柱破坏轻微,预应力混凝土框架节点通过使用型钢混凝土柱实现了“强柱弱梁”的抗震设计目标,试件延性和耗能能力较好;二级抗裂的节点试件强度退化、割线刚度退化较三级抗裂更快,抗震性能稍差;三种形式的节点中,形式2节点的强度退化、刚度退化较慢,抗震性能较好,且施工方便。

反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱耗能能力及延性分析

对11个圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验,观察了组合柱的破坏形态及特征,获取了组合柱的滞回曲线、等效粘滞阻尼系数、延性系数及侧向位移角等性能指标,分析了再生粗骨料取代率、型钢截面形式、轴压比、型钢配钢率和圆钢管径厚比等参数对组合柱耗能能力及延性的影响规律。结果表明:反复荷载作用下组合柱呈压弯塑性铰破坏模式;组合柱的荷载-位移滞回曲线饱满呈纺梭形,屈服位移后的等效粘滞阻尼系数在0.30~0.48之间,平均位移延性系数大于3.0,极限侧向位移角介于1/30~1/20之间且均大于规范限值1/50,组合柱表现出良好的耗能能力和延性。此外,组合柱的耗能能力和延性受再生粗骨料取代率的影响较大,全再生混凝土较普通混凝土耗能能力下降14.5%;增加钢管壁厚或型钢配钢率有利于提升组合柱的耗能能力和延性,而增大轴压比则对组合柱的延性和变形不利;内置型钢采用箱型截面时,组合柱耗能及延性最优,与工字型钢相比,采用箱型截面型钢的组合柱耗能能力和延性分别提升了23.5%和51.9%。

预应力混凝土梁-型钢混凝土柱新型框架节点受剪承载力计算方法

梁柱节点受剪承载力计算是混凝土框架结构节点抗震设计的关键点之一,由于节点剪力传递机理与构造的复杂性,目前尚未形成完善的节点受剪承载力计算理论。该文阐述了预应力混凝土梁-型钢混凝土柱新型框架节点的受力机理,并基于桁架模型和斜压杆模型,提出了一种同时考虑预应力筋与型钢贡献的节点受剪承载力计算方法。开展了新型节点受力性能拟静力试验,分别选取了梁端破坏与节点剪切破坏两种破坏形式的节点试验数据,对所建立的新型节点受剪承载力计算方法进行了验证评估,结果表明,该文提出的预应力混凝土梁-型钢混凝土柱框架节点承载力计算方法具有较好的精度。

环梁式圆钢管约束H型钢混凝土柱-钢梁节点的抗震性能

设计了一种环梁式圆钢管约束H型钢混凝土柱-钢梁节点,并建立了该试件的全尺寸三维有限元分析模型,计算得到了此类节点试件的滞回曲线、骨架曲线及破坏模式,经与试验结果进行对比,两者吻合良好.在此基础上,对试件进行有限元变参数分析,考察了轴压比、混凝土强度、梁柱线刚度等对试件抗震受力性能的影响,同时提出了一种改进型梁端削弱翼缘的节点形式.结果表明:随轴压比增大,试件的耗能及延性性能明显下降;混凝土强度的变化对试件滞回性能影响不大;当保持柱截面不变,仅变换钢梁尺寸时,节点的承载力、延性及抗震耗能性能均随梁-柱线刚度比的增大而显著增大;而当保持钢梁截面不变,仅改变柱内型钢含钢率时,节点抗震受力性能随梁-柱线刚度比的变化并不明显;改进的梁端翼缘削弱形式的试件可在不明显降低其承载力及耗能性能的情况下,将塑性铰外移至距节点区较远的地方,从而更好地保护节点区.上述研究结论可为此类新型节点的应用提供理论基础.

冷弯型钢钢管混凝土柱-钢梁装配式节点抗震性能研究

为考察多高层框架结构体系中新型冷弯型钢装配式钢管混凝土柱-冷弯型钢拼合梁节点的抗震性能,设计并制作了一组足尺节点试件,对其进行不同轴压比下的拟静力试验.结合ABAQUS有限元分析,以轴压比、钢管柱壁厚、内填充混凝土强度等级为主要参数,研究节点试件在低周往复水平荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力、耗能能力、刚度退化等抗震性能.结果表明:在冷弯型钢柱内填充混凝土时,新型冷弯型钢装配式梁柱节点的承载力和耗能能力相比于空钢管柱节点整体有所提高,节点延性增加,节点仍保持“强柱弱梁”的失效模式.在低轴压比(0.2)下,钢管柱壁厚的增加对节点的耗能能力与承载力有一定的提升,其延性也有所增加;混凝土强度等级的变化对本文所研究“强柱”构造下的节点抗震性能几乎无影响,节点的滞回曲线基本一致,骨架曲线基本重合,节点的破坏形态保持不变,随着混凝土强度等级的增加,节点延性有所降低.但在高轴压比(0.8)下,钢管柱壁厚为2 mm和3 mm时柱刚度过弱,节点出现柱端压弯破坏;当钢管柱壁厚增加到4 mm时,节点破坏形态转变为梁端塑性铰破坏,因此应注意限制梁柱线刚度比,保证“强柱弱梁”的失效模式.本文研究成果对该新型节点用于多高层框架结构体系中的适用性及设计构造有一定参考意义.

新型开洞圆钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点受力性能研究

传统的钢-混凝土混合结构的圆钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点存在钢筋交错、纵横向需与钢构件避让或开孔等情况,节点构造复杂,施工难度较大,连接节点成为钢-混凝土混合结构的设计及施工难点。对此提出了新型开洞圆钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点,并结合近年来采用钢-混凝土混合结构的项目经验,对该类节点进行有限元分析,研究了柱顶轴压力和柱端水平力对节点各部分构件受力性能的影响,结果表明,柱顶轴压力的变化显著影响了圆钢管混凝土柱钢管开洞位置各构件的应力,且偏心力对圆钢管混凝土柱承载力有一定的折减。最后考虑到钢管壁开洞对圆钢管混凝土柱存在一定程度的削弱,采用了四种加强措施,分析了四种加强措施下钢管荷载-应力曲线,结果表明,开洞位置钢管壁加厚效果最为显著,设置内环板对缓解应力集中效应也有一定的效果,设置竖向断开加劲肋与设置竖向连续加劲肋荷载-应力曲线基本一致,考虑到设置竖向断开加劲肋所需钢材更少,认为设置竖向断开加劲肋具有较为显著的优越性。

钢管混凝土柱、型钢混凝土柱、钢柱与钢筋混凝土梁连接节点研究现状综述

钢-混凝土组合结构兼具钢筋混凝土结构与钢结构的共同优点,具有承载力高、刚度大、延性和抗震性能好及节约材料等优点,符合土木工程的发展方向。处于复杂受力状态下的梁-柱节点区域是建筑结构中需要特别关注的部位,既是整体结构安全性和可靠性的重要基础,又是建筑结构抗震设计中的薄弱环节,因此节点部位的设计至关重要。在综合介绍钢管混凝土柱、型钢混凝土柱及钢柱与钢筋混凝土梁的连接节点研究背景的基础上,分析了上述节点连接的构造形式及受力性能等方面的研究现状,指出了该类节点连接方式及受力性能方面有待进一步解决的问题,为该领域的深入研究及该类节点连接的设计提供参考。

型钢剪力架增强混凝土板柱节点抗冲切试验研究

研究型钢剪力架增强钢筋混凝土板柱节点的抗冲切性能,得到型钢剪力架设计的优化方案。考虑型钢的翼缘厚度、腹板厚度、伸臂长度、锚固栓钉规格不同,设计9个板柱节点试件进行反向静力模拟加载试验,考察试件的破坏历程和破坏形态,量测节点的承载力、变形和应变等指标,调查不同设计组合对板柱节点抗冲切破坏模式和承载力的影响规律,阐明其失效破坏机制。结果表明:型钢剪力架能够提高板柱节点的抗冲切性能,改善冲切破坏的脆性特点;设置型钢翼缘、锚固栓钉能够强化节点内纵筋、型钢和混凝土的协同工作,增加型钢腹板厚度和设置翼缘均可在一定程度上提高板柱节点的抗冲切承载力和延性能力;锚固栓钉代替型钢翼缘可改善板柱节点的抗冲切承载力,但在改善延性方面的效果不如带翼缘试件;增加翼缘厚度来提升承载力存在边际效应,型钢伸臂长度太短难以发挥型钢剪力架的抗冲切增强作用。参考现有规范方法以及试验结果,提出了型钢剪力架增强混凝土板柱节点抗冲切承载力计算方法。

型钢混凝土梁柱节点施工技术及质量控制

型钢混凝土组合结构是在型钢外围包裹一层钢筋混凝土,这样的组合使得结构有了比传统钢筋混凝土结构更大的承载力、刚度和抗震性,并且也优于钢结构的防火及稳定性。型钢混凝土结构凭借着强度高、延性好,以及防火和耐腐蚀性能好的优势在高层及超高层建筑中已广泛应用。论文分析了型钢混凝土结构梁柱节点施工过程技术及质量控制难点及要点,结合项目实例,分析介绍传统的4种梁柱连接节点构造做法,并对传统做法进行优化组合,对优化后的施工及过程控制要点进行分析总结,在提升工程质量的同时提高施工效率,为同类型结构的工程施工提供指导作用。

型钢混凝土梁柱节点连接构造及施工技术探讨

梁柱节点是结构的关键部位和薄弱环节,型钢混凝土结构由于梁柱内增设型钢,梁柱节点区域梁钢筋、柱钢筋与梁柱内型钢相互交错,关系复杂。合理的节点连接既方便施工,也是保证其施工质量和有效传力的关键。对现行JGJ 138—2016《组合结构设计规范》中推荐的型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁梁柱节点的3种连接方式作了简单介绍,并结合实际工程中采用的连接方式及存在的问题,对3种连接方式的梁柱节点进行有限元应力分析,根据分析结果及破坏模式,给出最优的连接方式,以指导施工,保证节点的安全。

型钢混凝土柱和混凝土梁的连接节点施工技术研究

论文介绍了型钢混凝土柱与混凝土梁连接节点的施工工艺原理及施工特点,详细阐述连接节点施工技术的应用要点,包括型钢混凝土柱安装要点、脚手架搭设要点、钢筋加工与焊接要点、模板安装要点和混凝土浇筑要点。进一步提出施工质量控制措施,应加强钢构件制作质量控制、运输和验收管理、钢构件安装质量控制、型钢焊接质量控制、混凝土工程质量控制。结合真实的工程案例展开研究,深入探讨连接节点施工技术的实际应用策略。

带有偏移角的型钢混凝土梁-柱节点抗震性能研究

为了研究带有偏移角型钢混凝土梁-柱节点的抗震性能,采用数值模拟方法,以6°为步长,建立了从0°到30°的6个边节点模型,进行了低周往复荷载下的拟静力试验,对各边节点的破坏形态、承载能力、滞回性能等进行了分析。结果表明:在往复荷载作用下,各边节点的梁端都形成了塑性铰并发生了破坏,但等效塑性应变区域向偏移侧转移;边节点偏移角的增加对滞回曲线的形状没有明显影响,但会提高节点的承载能力和耗能能力,导致骨架曲线外扩。

低周反复荷载下强梁弱柱型钢混凝土变柱T型节点力学性能研究

型钢混凝土混合结构火电厂主厂房中的边节点属于强梁弱柱、变柱异型节点,通过4个1/5缩尺比试件的低周反复加载试验分析探讨此类节点的抗震性能。研究结果表明:强梁弱柱型钢混凝土变柱T型节点主要发生柱端破坏,抗震性能较差,沿纵横向同时配置短肢剪力墙后节点破坏模式变为利于抗震的近梁端破坏;与型钢混凝土柱-钢筋混凝土梁节点相比,型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点的延性性能与耗能能力较强,但受破坏模式影响,强度未得到提高;配置短肢剪力墙后,型钢混凝土柱-钢筋混凝土梁异型边节点的承载能力、滞回性能、变形性能、刚度特性均得到较大提高,且同时配置纵横向短肢剪力墙节点的受力性能改善效果更为明显,有效地改善了该类节点强梁弱柱的不利特性,是一种值得推广应用的新型节点类型。

外包钢-混凝土组合梁与型钢混凝土柱连接节点试验研究

介绍了2个外包钢-混凝土组合梁与型钢混凝土柱的连接节点,并对其进行了低周反复荷载作用下的试验研究.对节点的破坏形态、滞回曲线、强度、延性和钢筋、钢板的应变等性能进行了分析.试验结果表明:通过合理的构造措施,外包钢-混凝土组合梁与型钢混凝土柱的连接节点具有较强的受剪承载力、较好的延性和耗能能力,能够满足工程要求.在此基础上对节点的受力机理进行了探讨,提出了节点核心区受剪承载力的计算公式,计算结果和试验结果吻合良好.

型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点滞回性能试验研究

为研究型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点的滞回性能,以柱截面配钢形式、轴压比、水平加载角度及有无楼板参与工作为变化参数,进行4个平面和7个空间L形柱-混凝土梁框架节点的拟静力试验;比较分析试件的破坏形态、滞回曲线、承载能力、刚度退化、耗能能力、位移延性以及层间位移角等抗震性能指标。研究结果表明:平面节点和空间节点的破坏形态分别为核心区发生剪切破坏和梁端出现塑性铰,带楼板工作的钢筋混凝土梁柱空间节点出现板的弯曲破坏以及梁底出现塑性铰的破坏模式;配实腹式型钢试件的滞回曲线比配空腹式型钢试件的饱满;平面节点的承载能力比空间节点的大,但耗能能力、位移延性及抗倒塌能力均不及空间节点;楼板的存在对节点承载能力的提高和维持刚度的稳定均具有有利作用;轴压比可提高节点的承载力和初始刚度;L形柱框架节点的层间变形能力大于规范规定的层间位移角限值。通过引入加载角度,提出了型钢混凝土L形柱-梁空间节点受剪承载力计算模型,其能较好地反映节点核心发生剪切破坏的传力机制。

外加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点骨架曲线影响因素分析

目的分析不同因素对外加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点荷载位移骨架曲线的影响,为合理设计该类节点提供依据.方法设计了参数不同的外加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点,采用有限元软件ABAQUS模拟这些节点在低周往复荷载作用下的受力过程,对比了各设计节点的荷载位移骨架曲线,模拟前采用已有试验数据对模拟方法进行验证.结果轴压比从0.2到0.4,骨架曲线仅在弹塑性下降段承载力略有明显变化,最大下降约15%;含钢率从0.063到0.132,梁柱线刚度比从0.2到0.33,骨架曲线变化明显,承载力最大分别增加71.6%和140%;加强环板宽度每增加20 mm,承载力提高约6%;开孔率从0到0.8,承载力最大降低约30%;孔间距从140 mm到260 mm,承载力最大提高约10%,梁端第一个开孔到柱的距离从150 mm到520 mm,承载力最大提高约15%.结论轴压比对外加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点荷载位移骨架曲线影响不明显;影响节点荷载位移骨架曲线的主要因素是含钢率和梁柱线刚度比;加强环板宽度对节点荷载位移骨架曲线影响不大;开孔率、孔间距、梁端第一个开孔到柱的距离对其荷载位移骨架曲线有一定影响,三者中开孔率影响最大、距离次之、孔间距最小.

型钢混凝土十形柱空间节点受剪机理及抗剪强度研究

为了研究型钢混凝土(SRC)十形柱空间节点在斜向荷载作用下的受剪机理、抗裂承载力及抗剪承载力,开发一套加载装置,采用柱端斜向加载方式对5个型钢混凝土十形柱空间节点进行低周反复荷载试验。观察节点核心区剪切面破坏形态,分析节点区两个主轴方向的箍筋、水平腹杆、钢腹板的应变分布规律及空间节点受剪机理和抗剪影响因素。结果表明:节点受剪面破坏为典型的剪切斜压黏结破坏;两主轴方向的箍筋、水平腹杆及钢腹板应变分布规律基本相同;空间节点受剪机理与型钢混凝土异形柱框架平面节点有着共性,但斜向荷载作用下,空间节点抗剪能力变弱,受力更为复杂。斜向加载角度对抗裂承载力影响不明显,而对抗剪承载力的影响应予以考虑,抗剪承载力与斜向荷载角度相关曲线近似于菱形。最后,基于各种配钢形式的SRC十形柱空间节点单向受剪下(沿工程轴)抗剪承载力计算方法的研究,提出在斜向荷载作用下节点抗裂承载力及抗剪承载力计算公式,计算结果与试验值吻合较好。

火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

通过2个火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点以及1个常温下型钢混凝土柱-钢梁节点的低周反复加载试验对比,研究火灾作用及受火时间对型钢混凝土柱-钢梁节点的抗震性能的影响。结果表明:火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点的破坏形态与常温下的基本相似。由于核心型钢的抗剪作用,火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点的最大承载力变化不大,但与最大荷载对应的位移增加,试件的刚度减小,后期变形能力减弱。与常温下的试件相比,火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点的延性与耗能能力降低,且随着受火时间的增加,降低程度增大,但总体而言,试件的位移延性系数和等效阻尼比仍能维持较高水平,火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点的抗震性能仍较好。

型钢混凝土十形柱及其节点抗震性能演变、传递机制及设计理念

为研究型钢混凝土十形柱与型钢混凝土十形柱框架节点在抗震性能方面的演变规律,通过13个型钢混凝土十形柱及其框架节点的反复荷载试验,揭示了型钢混凝土十形柱、十形柱平面节点、十形柱空间节点的震损机理及性能差异,深入分析了配钢形式、加载方向、剪跨比以及轴压比等关键参数对此类构件抗震性能的影响;考虑荷载加载方向对双向受剪性能的影响,提出了型钢混凝土十形柱及其节点的受剪承载力统一预测模型;采用Open SEEs零长单元并引入荷载加载角对弯曲型破坏的型钢混凝土十形柱双向压弯承载力进行了全过程受力性能模拟并证实其可行性。结果表明:型钢混凝土十形柱及其节点由平面受力转变至空间受力时,其受剪承载力和耗能能力也随之提高;十形柱的位移延性系数最大,而平面节点的位移延性系数最小。试验轴压比在0.5范围内时,提高轴压比有利于构件和节点受剪承载力及耗能能力的增长;试验轴压比小于0.3时,随着轴压比的增大,十形柱及其节点的延性随之提高,而试验轴压比大于0.3时则随之降低。型钢混凝土十形柱及其框架节点的弹性及弹塑性层间变形能力均大于规范规定的要求。基于综合性能研究成果,给出了型钢混凝土十形柱合理配钢形式的设计建议、轴压比控制原理、最不利地震作用验算方向等结构设计理念。