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。

方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点性能研究

提出一种新型穿心高强螺栓-端板方钢管混凝土柱-钢梁节点,并对3个节点试件进行柱端加载的伪静力试验研究。利用三维实体单元,建立同时考虑几何、材料及接触等三重非线性的有限元模型,采用有限元程序ANSYS对节点进行单调荷载和循环荷载作用下的有限元分析。试验及有限元计算结果表明,节点具有很好的强度、刚度、延性和耗能能力。

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱-钢梁节点的静力性能

目的通过研究找出两类内置CFRP圆管方钢管高强混凝土柱-钢梁节点在单调荷载作用下的传力机制和破坏模态.方法设计了一栋采用内置CFRP圆管的方钢管混凝土柱的5层框架结构,利用有限元软件ABAQUS建立了三维有限元模型,对两类节点进行了单调荷载作用下的模拟分析.结果外加强环式节点的梁端弯矩主要通过柱角附近的水平环板和柱两侧外伸环板传递给柱壁和核心混凝土,水平环板有效宽度大约为0.5倍的柱宽度.外肋环板式节点的极限位移均大于外加强环式节点,尤其是外肋宽度大于40 mm时更为明显.外肋环板式节点的极限承载力也高于外加强环式节点.结论设计节点的破坏主要原因是环板和钢梁翼缘交接位置出现局部屈曲,节点的极限承载力取决于梁的抗弯承载力,变截面位置作为整个节点危险部位,在设计中应进行计算和校核.

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.

方钢管混凝土柱与外包钢-混凝土组合梁外伸内隔板式节点抗震性能试验研究

提出了一种新型的方钢管混凝土柱与外包U形钢-混凝土组合梁连接节点形式——外伸内隔板钢筋截断式节点。基于"强柱弱梁,节点更强"的抗震设计原则,设计3个试件,并对其进行低周反复荷载试验研究,分析节点的破坏特征,考察节点区的剪切变形,深入研究节点的滞回曲线和骨架曲线,进而研究节点的承载能力、延性、耗能能力、刚度退化等抗震性能。研究结果表明:各试件的破坏主要集中在靠近柱壁的梁端区域,而钢管柱和节点区的变形和应力很小,基本处于弹性阶段;由于梁内混凝土及翼板的组合作用,各节点的滞回曲线呈不对称的纺锤形,无明显捏缩现象,比较饱满,耗能性能良好;各节点试件的位移延性系数和等效粘滞阻尼系数明显大于普通钢筋混凝土结构的相应指标;在整个加载过程中,刚度退化稳定。

方钢管混凝土穿芯螺栓-端板节点抗震性能试验研究(英文)

对3个穿芯螺栓-端板连接节点试件进行了伪静力试验研究，研究了轴压比分别为0．20、0．25、0．30时节点的滞回性能、强度及刚度退化、延性性能、耗能性能及破坏特征．试验结果表明，试件的层间位移延性系数为2．38～2．45，弹性及弹塑性层间位移角分别为0．0140～0．0158rad、0．341～0．0377rad，能量耗散系数为2．567～3．820．节点试件均为梁端形成塑性铰而破坏，节点具有很好的强度、刚度、延性及耗能能力，满足现行抗震规范GB50011-2001的要求．提出了相关的设计及研究建议．

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。

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。

薄壁方钢管-圆钢管约束超高强混凝土柱的可行性研究

随着科技的不断进步,对承载力的要求也越来越高,其钢管混凝土这种结构形式也越来越受到重视,为了探索钢管混凝土的潜力,提高钢管混凝土的强度、减少用钢量,把新技术、新材料运用到组合结构的新领域。

方钢管混凝土柱内隔板式节点骨架曲线的确定方法

基于方钢管混凝土柱内隔板式节点的低周反复荷载试验,对其弯矩-层间转角变形骨架曲线进行较为深入的研究与分析,提出方钢管混凝土柱内隔板式节点弯矩-层间转角变形骨架曲线的三折线模型。模型将节点层间转角变形分解为3部分:梁变形、柱变形和节点变形,分别进行计算,其中节点变形采用改进组件法计算。理论模型与多组试验结果进行对比,结果表明,弹性阶段下模型与试验结果吻合较好,弹塑性阶段模型虽存在一定误差,但仍具有参考意义。

方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

对3个单跨两层1∶3比例的方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙试件进行了低周反复荷载试验,研究了十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能,并与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙比较。对比了框架梁柱内隔板式节点与穿芯高强螺栓-端板节点对结构性能的影响。得到了方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移及抗震性能指标等,分析了结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等力学性能。结果表明,方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有良好的抗震性能;十字加劲肋限制了薄钢板剪力墙的面外变形,提高了其承载力与耗能能力,但对整体刚度影响较小;穿芯高强螺栓-端板节点提高了结构的承载力与刚度。

伸臂桁架方-圆钢管混凝土柱转换节点性能试验研究

超高层建筑中伸臂桁架的转换节点形式复杂,传力机制不够明确,为此,以某超高层结构伸臂桁架的方-圆钢管混凝土柱转换节点为研究对象,设计并制作了1个缩尺比例为1∶4的转换节点试件,对其进行设防地震及超罕遇地震作用对应构件水平力作用下的拟静力试验研究,以验证转换节点设计的合理性与可靠性。试验结果表明,设防地震作用对应构件水平力作用下,伸臂桁架整体有良好的承载能力,转换节点能有效协调伸臂桁架的受力。在3倍的设防地震作用对应构件水平力作用下,伸臂桁架的破坏模式为上弦上翼缘与圆钢管混凝土柱环向加劲肋焊缝撕裂、斜腹杆与上弦下翼缘的焊缝撕裂破坏,转换节点自身保持完好,表明转换节点具备抵抗超罕遇地震作用的能力。最后根据试验结果,优化构件的连接构造形式以防止焊缝出现撕裂,供设计参考。

钢管混凝土柱-U形组合梁内隔板节点的性能分析

U形钢-混凝土组合梁是近年来出现的一种新型组合梁,其具有承载力高、装修方便等优点。目前对其研究较少,尤其在与框架柱的连接节点方面。采用Abaqus有限元软件对U形组合梁和方钢管混凝土柱内隔板形式节点进行了受力机理和参数化分析。分析结果表明,此类节点具有良好的变形能力;钢管柱壁宽厚比、组合梁截面高度和配筋率对节点承载力影响显著。

方钢管混凝土框架抗震性能试验研究与非线性有限元分析

为研究采用穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的抗震性能,制作了3榀方钢管混凝土框架试件,通过低周反复荷载试验,研究了框架的抗震性能,分析了轴压比、梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。在考虑几何、材料及接触非线性的基础上,采用有限元软件ABAQUS 6.10对试验框架进行了低周反复荷载作用下的精细化数值模拟。与试验结果的比较表明,数值分析结果与试验结果吻合较好,具有较好的精度,可用于方钢管混凝土框架的分析。基于数值分析结果,剖析了框架梁柱连接节点、柱脚等关键受力部位的应力发展过程,明确了框架的受力机理和破坏机制。

方钢管混凝土平面框架的恢复力模型研究

为了研究方钢管混凝土框架的滞回性能,进行了3榀采用穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土柱-钢梁平面框架拟静力试验,分析了轴压比和梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。结果表明:试件的滞回曲线均为饱满的梭形;增大轴压比,可以提高框架的耗能能力,但降低了框架的延性和水平承载力;增大梁柱线刚度比,可以提高框架的水平承载力,但会降低框架的延性和耗能能力。在试验研究基础上,结合理论分析,提出了适用于穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的简化恢复力模型。恢复力模型所得滞回曲线与试验滞回曲线吻合较好。

方钢管混凝土柱与钢梁连接的拉伸试验研究

本文通过对带内隔板的十字形连接节点的拉伸试验，研究了方钢管混凝土柱与钢梁连接的结构性能。借助于在柱翼缘、梁翼缘和内隔板上的应变测量，分析了连接区域的应力传递机制。基于屈服线理论，并考虑连接区域的应变性能，提出了方钢管混凝土柱与钢梁连接的承载力方程。

方钢管混凝土柱与钢梁半刚性连接三维有限元分析

设计了一种方钢管混凝土柱与钢梁半刚性连接节点——穿芯螺栓端板齐平节点,并对其进行了三维非线性有限元分析,从而得到此节点在外力荷载作用下的受力特性及其弯矩与转角关系。

方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点抗剪承载力研究

根据试验和理论研究成果,对方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点核心区的受力机理进行了分析,建立了节点核心区的受力模型和屈服机制,推导了节点核心区的抗剪承载力计算公式。公式不仅考虑了螺栓和柱轴力对节点核心区实际受力状态的影响,而且考虑了钢管对混凝土的约束作用。用推导的公式计算了3个方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点试验模型节点区的抗剪承载力,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。

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。