方钢管混凝土柱节点抗剪受力性能的研究

为研究方钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁连接节点的破坏特征和抗震性能,进行了3个内隔板式节点、2个外隔板式节点和1个栓钉内锚固式节点的低周反复荷载试验。在此基础上,对方钢管混凝土柱节点的抗剪受力性能进行了分析,将节点域抗剪贡献分为三部分进行研究,包括:节点域钢管腹板的抗剪贡献、节点域钢管翼缘与内隔板或外隔板组成的钢板框架的抗剪贡献以及节点域混凝土的抗剪贡献,由此得到了相应各部分剪力-剪切变形曲线的计算方法。根据剪切变形协调的条件将上述三部分曲线进行叠加,就可以得到节点的剪力-剪切变形骨架线。此后,提出了卸载线和再加载线的简化确定方法,从而得到了方钢管混凝土柱节点剪力-剪切变形曲线的恢复力模型。理论模型与多组试验结果相比,基本吻合,虽然在再加载刚度和耗能性能方面存在一定的误差,但是整体而言仍然具有参考意义。在此基础上,提出了方钢管混凝土柱节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的计算公式,从而为工程设计提供了实际依据。

铁路客站钢桁架-方钢管混凝土柱节点构造优化与试验研究

一批高铁客站采用的新型钢桁架-方钢管混凝土柱节点的力学性能、构造极其复杂,是设计的难点。由于节点是结构传递荷载的关键部位,提出简化构造措施后的新型节点。地震作用下节点性能对结构的延性有较大影响,因此有必要研究简化后新型节点的抗震性能。对这种新型连接节点进行了1∶3缩尺的模型试验,介绍了试验的加载方法,讨论了节点的受力性能、薄弱环节与破坏模式。根据试验结果,分析了简化后新型节点的承载能力与最大位移。试验表明,简化后的节点构造直接、有效,具有较高的承载能力与较好的塑性变形性能。

方钢管混凝土柱-钢梁节点静力性能试验研究

通过对4个隔板贯穿式方钢管混凝土柱-钢梁连接节点试件的静力性能试验研究,揭示此类节点的受力机理和破坏形态,探讨梁端翼缘两侧的侧板、钢管柱的宽厚比以及隔板的外伸长度等因素对节点承载力和传力机理的影响.试验结果表明,该类节点具有受力明确,传力途径清晰的特点;宽厚比的改变对节点承载力的影响不大,但对于节点板剪应变的影响较大;梁端翼缘两侧增加侧板可以减缓隔板与梁相交的角隅处应力集中现象,使塑性铰出现梁上,远离脆弱的梁端焊接区,提高了节点的延性.

方钢管混凝土柱—钢梁节点抗震性能数值分析

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作了两类带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点,即栓焊连接和全对焊连接。建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,通过低周反复加载有限元分析,研究两类节点的抗震性能,并对两类节点的滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能指标等进行对比分析。结果表明:栓焊连接节点由于螺栓的滑移致使节点的刚度较全对焊连接节点小,螺栓的滑移导致节点的屈服荷载较全对焊节点低,且全对焊节点与栓焊连接节点相比,承载力较大;两类节点滞回曲线均比较饱满,具有较好的耗能性能,由滞回曲线分析得出的耗能指标均满足结构抗震设计的要求,且全对焊连接节点的耗能能力大于栓焊连接节点的耗能能力,抗震性能优于栓焊连接节点。为钢管混凝土结构设计提供了理论依据。

方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点地震损伤演化过程分析

为研究方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点在地震作用下的损伤演化过程,基于4个方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点的抗震性能试验,运用有限元分析软件ABAQUS对梁柱节点进行了数值分析,并选取了适用于此类异型节点的双参数地震损伤模型。通过有限元结果和损伤模型分析了不等高钢梁框架节点在低周反复荷载作用下的损伤发展过程。结果表明:所选取的损伤模型能更好地反映节点从"基本完好"到"完全破坏"的损伤演化规律,且能够定量确定节点不同破坏程度的损伤限值;节点的地震损伤主要集中在高梁上下翼缘螺栓连接处,并随着加载循环次数的增加,损伤累积不断加大,最终破坏模式为高梁端塑性铰破坏。研究结论为该类节点基于损伤的抗震设计方法以及地震损伤评估提供了理论依据。

隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形梁与箱形梁异形节点抗震性能试验

对圆弧加强隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形梁与箱形梁异形节点和基本型异形节点进行循环加载试验,研究了贯通隔板圆弧扩大头构造对异形节点抗震性能的影响,获得了该类节点的破坏模式、滞回性能、承载力和塑性转角等抗震性能参数。基于试验结果和力学分析,建议了异形节点域的抗弯、抗剪计算模型,推导了异形节点域的抗弯、抗剪承载力计算公式。结果表明:基本型异形节点滞回曲线劣化明显,节点在刚度较大、几何突变的箱形梁翼缘对接焊缝边缘脆断;隔板圆弧加强异形节点的滞回曲线饱满,承载能力和刚度退化不明显,主要破坏模式为在隔板圆弧加强区形成塑性铰,梁翼缘对接焊缝延性开裂;加载至节点破坏时,贯通隔板与柱壁板间焊缝未发生撕裂破坏,节点域内轻骨料混凝土未压碎或拉裂,轻骨料混凝土与隔板和柱壁板间未发生剥离或滑移;隔板圆弧加强异形节点的塑性转角可达0.038~0.056rad,承载力较基本型异形节点提高21.5%~56.2%。

方钢管混凝土柱—钢梁节点受力性能影响因素数值分析

针对带内隔板的方钢管混凝土柱—钢梁节点的具体情况,建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,研究节点在单调加载和低周反复加载作用下的受力机理,着重分析了钢材强度、混凝土强度等级变化、轴压比大小等因素对节点单调加载和低周反复加载下受力性能的影响,为该节点设计提供理论依据。

方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点抗剪性能

为研究方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点抗剪性能,以钢管混凝土柱节点试验尺寸为参照,建立方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点在往复荷载作用下的精细有限元分析模型。该模型考虑材料非线性、混凝土材料在循环荷载下的损伤退化、钢和混凝土之间的相互作用等因素的影响。通过与试验结果进行对比分析,验证该有限元模型具有较好的精度和可靠性。此后研究柱宽厚比、核心混凝土强度、轴压比和节点核心区高宽比等因素对节点的影响,提出一种方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点的核心区剪力-剪切变形恢复力模型。研究结果表明,该模型具有实用性,可为工程设计提供实际依据。

CFRP-钢管混凝土柱钢梁节点的发展概况

在工程中应用钢管混凝土组合结构能有效发挥出各类型材料的优点,并且能避免单一材料缺点带来的不良影响。随着工程结构面向高层、大跨度及重载等方向发展,对钢管混凝土结构性能的要求不断提高,希望能够在保持结构性能不变的基础上减少钢的使用量,并且希望钢管混凝土结构本身可以更加轻便、截面面积更小。在这样的情况下,CFRP-钢管混凝土结构在工程中的应用越来越广泛,工程质量得到显著提升。基于此,本文对CFRP-钢管混凝土柱钢梁节点的发展概况进行简要分析。

钢筋混凝土梁-方钢管混凝土柱环梁节点静力试验研究及设计方法

设计了11个RC梁-方钢管混凝土柱节点试件,考虑了节点形式、环梁截面尺寸、环梁纵筋和配箍率、抗剪环直径和数量及节点是否带楼板等因素,对其进行单调静力试验,研究梁柱节点受力性能及不同设计参数对其承载力的影响,分析试验现象及试件中钢筋应变发展规律。试验结果表明:环梁纵筋及箍筋的配筋率对RC梁-方钢管混凝土柱环梁节点的承载力具有显著的影响,可以通过调整环梁纵筋及配箍率使框架梁先于环梁破坏,达到强节点的目的;采用抗剪环筋传递剪力,能够可靠传力。在试验结果的基础上,以环梁破坏面的力平衡条件,推导了环梁节点承载力计算式,计算结果与试验结果吻合较好。

外包钢套加固震损方钢管混凝土柱-钢梁框架边节点抗震性能试验研究

为研究外包钢套加固震损钢管混凝土柱-钢梁框架节点的抗震性能,按1∶2的缩尺比例设计并制作了5个方钢管混凝土柱-钢梁框架边节点模型,其中1个为未加固对比节点,1个为直接加固节点,3个为模拟不同地震损伤后采用外包钢套加固修复节点,进行了低周往复加载破坏试验。试验结果表明:外包钢套加固钢管混凝土柱-钢梁框架节点,保证了"强柱弱梁"的抗震延性设计目标,破坏形态均为钢梁弯曲破坏。与未加固试件相比,受轻度损伤试件经加固补强,其极限荷载提高了20.8%,极限位移提高了19.8%;受中度损伤试件经加固修复,其极限荷载提高了12.3%,极限位移提高了11.3%;受重度损伤试件经加固修复,其极限荷载提高了4.8%,极限位移提高了6.1%。总体上,采用外包钢套加固震损节点是一种有效的抗震加固方法。

梁翼缘、腹板开孔方钢管混凝土柱-H型钢梁节点力学性能试验研究

为研究梁翼缘、腹板开孔构造对方钢管混凝土柱-H型钢梁节点破坏模式的影响,对6个方钢管混凝土柱-H型钢梁节点(1个常规节点和5个开孔节点)进行了低周循环加载试验。试验结果表明:按现行规范设计的方钢管混凝土柱-H型钢梁常规节点在梁翼缘对接焊缝处脆性断裂,节点的塑性转角不能满足临时指南FEMA的要求;合理的梁翼缘和腹板开孔构造,显著减缓了方钢管混凝土柱-H型钢梁节点梁翼缘对接焊缝的应力集中,梁削弱截面形成塑性铰,节点塑性转角达到0.03 rad,满足了临时指南FEMA的要求;其滞回性能稳定,承载力和常规节点相当;内隔板与柱壁板间焊缝质量较差的节点在试验中发生柱壁外鼓、柱壁间焊缝撕裂,节点延性和承载力明显下降。

方钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓隔板贯通式节点弯矩-曲率滞回模型研究

为了进一步研究方钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓隔板贯通式节点的力学性能及其在地震作用下的滞回特性,对4个足尺的节点试件进行了低周往复荷载试验。通过对试验数据的分析与拟合,提出了方钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓隔板贯通式节点三折线骨架模型及试件的刚度退化规律,确定了该节点的弯矩-曲率滞回模型,最后利用试验数据对该模型进行验证。结果表明,该滞回模型具有计算公式简单、易于掌握、计算精度较高等优点,能够充分反映该节点的承载力变化、刚度退化和滑移变形,此外该模型对研究变量进行了无量纲化处理,避免了数量级带来的麻烦,便于实际应用。

圆弧扩大头狗骨隔板贯通方钢管混凝土柱-H形钢梁节点抗震性能分析

对圆弧扩大头狗骨隔板贯通方钢管混凝土中柱-H形钢梁节点和常规节点进行了循环加载试验,对比研究了圆弧扩大头狗骨隔板对方钢管混凝土柱-H形钢梁节点抗震性能的影响,对节点试验试件进行了基于结构钢椭球面断裂模型和屈服模型的强震灾变分析。结果表明,隔板贯通方钢管混凝土中柱-H形钢梁节点起裂于梁腹板工艺孔处,节点域核心区混凝土形成"斜压短柱"效应,直至节点破坏时,核心混凝土未发生压碎或拉裂破坏。常规节点脆断于几何变化剧烈、应力高度集中的梁翼缘对接焊缝边缘,节点塑性转角约为0.016 rad。圆弧扩大头狗骨隔板构造消除了梁翼缘对接焊缝处的几何突变,促使塑性铰形成于远离节点区的梁削弱截面。圆弧扩大头狗骨节点的塑性转角可达到0.033 rad^0.041 rad,耗能性能和承载力较常规节点分别提高72%~86%和下降9.6%~12.6%。

折线隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点破坏机理分析

对隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点试件进行了循环加载试验,并进行基于结构钢椭球面断裂模型及耦联的屈服模型和轻骨料混凝土二次曲面通用破坏面模型的数值模拟和破坏机理分析.数值分析结果表明:基本型异型节点梁翼缘对接焊缝侧边应力集中严重,断裂风险大;贯通隔板折线加强构造降低了梁翼缘对接焊缝处的应力集中程度和断裂风险,使屈服区形成于远离节点区的隔板折线加强段内;节点域内轻骨料混凝土的应力场未达到通用破坏面模型计算的强度值,未发生压碎、拉裂或滑移破坏.

方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点地震损伤模型研究

为研究方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点在地震荷载作用下的损伤破坏机理,对比分析现有双参数地震损伤模型,根据方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点的破坏特征,选取最大非弹性变形和累积滞回耗能建立能反映结构性能退化和累积损伤的地震损伤模型,对节点失效破坏进行定量评估。该模型在如下所研究参数范围内可较好地反映方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点在极限状态下的地震损伤情况:f_y:393~526 N/mm^2,f_(cu):53.4~73.4 N/mm^2,t:6~12mm,ξ_p:1.5~3.4,h_(slab):0~120 mm,n:0~0.8,h/B:0.7~2.0。结果表明,该模型具有实用性,可为工程设计提供实际依据。

带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能有限元分析

自复位结构是一种新型可恢复功能结构,它能够有效控制结构震后残余变形,震后不需或经少量维修即可恢复正常使用。近年来,自复位结构成为国内外地震工程界研究的热点。目前的自复位结构主要通过两种方式耗能:金属的塑性变形或设置摩擦阻尼器。但以上两种耗能方式通常存在较大的复位抗力,从而对结构的复位构件提出更高的要求,同时对节点的自复位性能产生不利影响,如何减小复位抗力是此类结构目前亟需解决的重要问题。基于上述问题,提出了一种新型带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点,通过在耗能板上开设长槽,可有效减小节点的复位抗力。该节点主要由方钢管混凝土柱、H型钢梁、悬挑梁段、开槽耗能板、盖板、抗剪连接板和钢绞线等构成。为探究该节点的破坏形态、抗震性能、自复位性能及耗能能力,采用有限元软件ABAQUS对带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点进行模拟分析,得到弯矩-转角滞回曲线、承载力及特征弯矩、单周滞回耗能及残余变形等。共设计5个节点模型(节点SCJ-1~SCJ-5),对比分析耗能板开槽数量、耗能段宽度、耗能板厚度及钢绞线初始预应力这些参数对节点自复位性能和抗震性能的影响。结果表明:在梁端往复荷载作用下,节点的滞回曲线呈典型的"双旗帜"形,该节点具有良好的承载能力、自复位能力和耗能能力;当加载至4.00%层间位移角时,梁柱主体构件基本处于弹性状态,耗能板发生明显的塑性变形,说明该节点可有效地将损伤控制于局部,从而降低主体构件的塑性损伤;耗能板的开槽数量越多,节点的耗能能力越差,自复位性能越好,而对节点的承载力及特征弯矩没有显著影响;随着耗能段宽度和耗能板厚度的增大,节点的耗能能力增强,自复位能力降低,节点承载力提高。增大钢绞线的初始预应力,节点的初始刚度、承载力和脱开弯矩提高,自复位能力增强,而对节点的耗能能力影响较小。