方钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通节点抗震性能试验

为研究方钢管混凝土柱与钢梁连接的隔板贯通式节点的抗震性能,对4个足尺节点试件进行了低周反复荷载试验,分析了各试件的破坏过程及特征,并对节点的承载力、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标进行了深入的研究与分析.结果表明,隔板贯通节点滞回曲线饱满,具有较强的耗能能力;钢梁翼缘与隔板的连接构造对节点的延性、耗能能力和刚度退化影响较大,倒角放坡型节点比侧板加强型节点具有更好的抗震性能;隔板的厚度、浇筑孔径和钢管的宽厚比对梁端破坏节点的抗震性能影响较小,但在试件中浇筑混凝土可以显著提高节点刚度,减小核心区的剪切变形,改善隔板贯通节点的抗震性能.

方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸试验

为研究方钢管混凝土柱与钢梁受拉翼缘连接的结构性能,基于隔板贯通节点承载力理论,对11个十字形节点试件进行了静力拉伸试验.研究结果表明,圆弧倒角型隔板贯通节点具有较好的承载力和延性,影响节点承载力的主要因素是隔板的厚度与浇注孔直径,其次是钢管的宽厚比和隔板外伸长度;在钢管中填充混凝土有利于提高节点的屈服承载力和刚度,但混凝土的强度对节点承载力影响不大.试验值与理论计算值比较分析表明,隔板贯通节点局部抗拉承载力理论计算公式对于填充混凝土的试件偏于保守,但过高估计了空钢管试件的承载力.

矩形钢管混凝土柱-H形钢梁下栓上焊隔板贯通节点抗震性能试验研究

为研究新型矩形钢管混凝土柱-H形钢梁下栓上焊隔板贯通节点的抗震性能,设计了槽孔型、圆孔型和焊接型下栓上焊隔板贯通节点足尺试件,通过进行低周往复加载试验,考察不同的腹板连接构造形式对下栓上焊隔板贯通节点抗震性能的影响,并针对各试件的破坏特征和承载力、刚度、延性及耗能能力等抗震性能指标进行了试验数据的分析。最后运用力学分析的方法对节点的抗弯能力进行了理论研究,并与试验结果进行了比较。结果表明,不同的腹板连接构造对节点的抗震承载力影响不大,但对节点的延性、刚度和耗能能力有较大影响;适当降低节点域的刚度有利于改善节点的耗能性能;螺栓滑移能提高节点的耗能能力,对刚度退化的影响不大;圆孔型和焊接型节点具有较好的延性和较高的刚度;理论推导得出的节点抗弯承载力与试验结果相差在10%左右,且计算结果偏于安全。

方钢管混凝土柱-H形钢梁不同构造隔板贯通节点力学性能研究

为研究具有不同连接形式、隔板厚度和外伸长度的隔板贯通节点的力学性能,使用ABAQUS对不同构造节点进行数值模拟研究。基于试验结果验证了建模方法的准确性,并分别建立了全焊接、腹板栓接-翼缘焊接、下栓上焊、全螺栓四种连接形式的隔板贯通节点模型,对比了不同连接形式节点的力学性能,对产生差异的原因进行了机理分析。并进一步针对下栓上焊连接形式节点的隔板厚度、外伸长度对力学性能的影响进行了参数化分析。研究发现,具有翼缘螺栓连接形式的节点承载力更高且塑性铰远离节点核心区,基于此且考虑到施工因素,认为下栓上焊的连接形式具有显著优势;隔板过薄或隔板外伸长度过长均会降低该种节点的承载力和延性,隔板也会发生明显变形导致在核心区形成塑性铰,劣化节点受力性能。推荐工程中采用的隔板厚度宜比钢梁翼缘厚度厚3mm左右,隔板外伸长度宜控制在50~75mm。

钢管混凝土柱隔板贯通节点局部抗拉性能研究

钢管混凝土柱隔板贯通节点局部抗拉性能研究对改进方钢管混凝土柱与钢梁受拉翼缘的结构性能具有重要意义。文章基于7个十字形隔板贯通节点试件的静力拉伸试验,考虑几何非线性、钢材与混凝土接触非线性和各种材料非线性等多重非线性因素,采用ANSYS有限元软件建立三维实体模型,对隔板贯通节点进行了单调加载分析。结果表明:有限元分析得到的荷载-位移曲线与试验结果吻合较好;与试验值相比,节点屈服承载力有限元计算值的误差均在5%以内,极限承载力有限元计算值的误差小于14%。有限元分析结果可为隔板贯通节点承载力计算公式与设计方法的研究提供参考。并提出了改进节点局部抗拉性能的设计建议。

基于神经网络的方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸承载力分析

方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸承载力,存在现有计算方法与已有试验结果误差较大的问题。而采用BP神经网络方法,建立隔板贯通节点静力拉伸承载力的预测模型,预测值与试验结果吻合较好,验证了神经网络方法预测节点静力拉伸承载力的精度与可行性。采用该神经网络模型对节点静力拉伸承载力进行参数化分析,具体参数包括:钢管柱宽厚比、隔板强度、钢管强度、隔板厚度、隔板浇筑孔径和混凝土强度。参数化分析表明,宽厚比、隔板强度、钢管强度、隔板厚度和浇筑孔径对静力拉伸承载力影响较大;混凝土强度对承载力影响较小,可以忽略。

变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-钢箱梁折线隔板贯通节点破坏机理和承载力研究

对变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-钢箱梁折线隔板贯通节点进行了低周往复循环加载试验,考察了隔板折线加强构造对节点破坏模式、承载力、塑性转角和延性等抗震性能的影响。采用盲孔法对节点区关键部位进行了焊接残余应力测试,获得了节点区焊接残余应力分布。对节点试验试件进行了基于考虑焊接残余应力的结构钢椭球面断裂模型及耦联的椭球面屈服模型和轻骨料混凝土二次函数型破坏面模型的数值模拟和破坏机理分析,获得了节点区断裂与屈服演化规律和节点域内轻骨料混凝土的受力状态。根据节点试验和数值分析结果,提出了变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-钢箱梁折线隔板贯通节点的抗弯、抗剪承载力计算式。

外包U型钢-混凝土组合梁与方钢管混凝土柱隔板贯通节点试验

对一种新型外包U型钢混凝土组合梁与钢管混凝土柱隔板贯通节点形式进行低周反复荷载下的试验研究,并用ABAQUS对该试验节点进行有限元分析.有限元模拟得出节点的破坏位置、应力分布、滞回曲线等抗震性能和试验得出的结果基本一致.在有限元基础上,考察U型钢梁壁厚、钢管柱壁厚、贯通隔板厚度对节点抗震的影响.结合试验破坏现象,对节点构造不足之处加以改进.结果表明:U型钢梁壁厚对节点抗震性能有显著影响,钢管柱壁厚、贯通隔板厚度对抗震性能影响较小;相比于单一地提高材料尺寸,合理的构造措施可以更有效率地提高节点的抗震性能,充分发挥组合材料的优越性,提高材料利用的效率,节约工程成本.

方钢管-H型钢梁隔板贯通节点核心区抗震性能研究

对3个十字形隔板贯通节点进行柱顶恒定轴力和梁端横向往复荷载作用下的试验。3个足尺试件设计变化的参数为隔板厚度和核心区柱壁厚度。基于试验结果,采用有限元软件ABAQUS对试件进行非线性分析和计算,得到梁端荷载-位移滞回曲线并与试验进行对比,且利用有限元软件对试验过程应力分布进行分析。试验结果及有限元分析表明:对于隔板贯通节点,其隔板的厚度以及核心区柱壁的厚度对核心区的承载力有重要影响;梁端塑性铰破坏模式与核心区凹曲剪切破坏模式下,试件的滞回曲线均饱满而稳定,且耗能能力均能满足要求;核心区在受剪破坏模式下,其承载力和性能基本上只与核心区柱腹板和隔板厚度有关,而与核心区柱翼缘厚度无关。

方钢管混凝土柱-外包钢混凝土组合梁隔板贯通节点抗震性能研究

在钢管混凝土柱与钢梁连接节点形式的基础上,结合外包U形钢混凝土组合梁的构造和受力特点,提出两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:隔板贯通部分钢筋贯穿式节点和隔板贯通钢筋截断式节点。设计多个节点试件,并利用软件ANSYS对节点试件进行低周反复荷载作用下的非线性有限元分析,研究两种不同构造形式节点的抗震性能。研究结果表明:两种节点的受力特征和破坏模态基本一致,均为梁端塑性铰破坏,其中钢筋截断式节点承载力略大于部分钢筋贯穿式节点;两种节点的滞回曲线形态相似,滞回环较饱满,节点的等效黏滞阻尼系数均大于0.35,节点具有良好的延性和耗能能力。

基于结构鲁棒性提升的隔板贯通节点加固构造

为提高结构的鲁棒性,针对传统矩形钢管柱隔板贯通式栓焊连接构造,提出了一种加固型栓焊盖板连接构造及其设计方法,并进行了数值模拟分析,该分析考虑了断裂模拟及裂后路径跟踪.结果表明,加固型栓焊盖板连接构造能够提高下翼缘连接区域传力失效前梁柱子结构的竖向变形能力,并充分发挥梁内轴向拉力产生的悬链线效应,进而使梁柱子结构提供更大的竖向承载力,可用于提高结构抗连续倒塌能力的加固改造.

方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点抗剪性能试验研究

为研究隔板与核心区钢管翼缘组成的钢框架对方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点抗剪承载力的影响,设计3个足尺十字形方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点并对其进行低周反复荷载试验,变化参数为节点核心区钢管翼缘厚度。试验结果表明,钢框架体系对节点抗剪承载力的影响有限。

方钢管柱-H形钢梁隔板贯通节点核心区弹性刚度计算方法研究

对方钢管柱-H形钢梁隔板贯通节点梁端承受弯矩时的核心区弹性刚度进行研究,分析核心区的变形机制,在合理假定的基础上,进行理论推导,提出以剪切变形为核心区主要变形机制的隔板贯通节点核心区弹性刚度计算式。基于经试验验证的有限元模型,对隔板贯通节点进行参数化分析,将计算所得理论值与有限元结果进行对比,两者吻合良好,表明所提出的计算式能够准确地计算隔板贯通节点核心区弹性刚度。

隔板贯通节点核心区抗剪性能试验研究

为研究钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通节点的核心区抗剪承载力,完成了5个"强构件,弱节点"试件在反复荷载作用下的抗震性能试验,探讨了节点核心区钢管和混凝土的破坏特征,核心区钢管应力-应变规律以及节点抗剪承载力。结果表明:隔板贯通节点核心区抗剪承载力主要由核心区钢管腹板部分和核心区混凝土组成;核心区混凝土裂缝沿2条对角线由内向外扩展,斜压杆受压宽度约为核心区混凝土高宽的1/4左右;隔板与钢管翼缘形成的钢框架对增强节点屈服后的塑性变形能力有明显作用。

加强型翼缘-波纹腹板组合隔板贯通式节点抗震性能研究

为克服隔板贯通式节点易发生脆性断裂而导致结构破坏的不足,结合“加强”和“削弱”的措施,使塑性铰外移,提出了加强型翼缘-波纹腹板组合隔板贯通式梁柱新型节点,并利用有限元软件ABAQUS探究了该新型节点在低周往复荷载作用下的破坏模式、应力分布情况。研究波纹数量、波纹厚度、加强板厚度、加强板长度这4种参数对该新型节点的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力的影响规律。结果表明:新型节点有较好的承载力,应力主要集中在梁翼缘上波纹腹板削弱处,破坏发生在远离削弱处一侧,且腹板未发生屈曲变形。随着波纹厚度、加强板长度的增大,新型节点的承载力增加,耗能能力下降;随着波纹数量的增多,新型节点承载力和耗能能力增加;随着加强板厚度的增大,承载力增加,耗能能力先减小后增大。

方钢管柱隔板贯通节点抗剪强度研究

结合低周反复荷载试验和有限元模拟,考察了T字形和十字形方钢管柱隔板贯通节点的抗剪强度。通过对节点破坏形式、滞回曲线和骨架曲线等结果的分析,发现T字形隔板贯通节点发生了节点核心区剪切破坏,十字形隔板贯通节点发生了梁端塑性铰破坏。依据《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)对隔板贯通节点核心区的抗剪强度进行验算的结果表明,对于十字形隔板贯通节点的抗剪强度,规范公式计算结果可行;而对于T字形隔板贯通节点的抗剪强度,规范公式计算结果偏于不安全。

方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸试验及有限元分析

对于方钢管混凝土柱隔板贯通节点,通过静力拉伸试验和非线性有限元模拟,考察隔板贯通节点的承力机制和破坏形式。结合荷载-位移曲线、试件承载力等数据结果对比,验证有限元模拟与静力拉伸试验结果的一致性。对于静力拉伸荷载作用下的隔板贯通节点,其破坏形式表现为钢梁破坏、焊缝破坏或节点域破坏;钢梁传来的拉伸荷载在节点域内主要依靠方钢管柱壁和隔板传递;方钢管柱壁的塑性区主要集中在柱壁与贯通隔板相交线处附近;贯通隔板的塑性区,主要集中在隔板浇筑孔中心与透气孔中心的连线、透气孔中心与方钢管柱壁角部的连线附近。

梁贯通型RCS组合结构梁柱节点抗连续倒塌研究

为研究钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)组合结构在拆除底层第2根侧边柱工况(最危险工况)下节点的抗连续性倒塌性能与机理,试验以梁翼缘切割式的梁贯通型RCS结构节点构件为研究对象,通过梁跨度差异模拟第2根侧边柱失效时剩余结构抗侧移刚度及梁端约束能力不同的特点,采用静力加载的方式模拟非对称倒塌破坏全过程。研究试验曲线特征与破坏模式,分析试件节点控制截面内力发展情况与抗力机制。结果表明:底层第2根侧边柱失效后的梁贯通型RCS结构节点的受力薄弱部位出现在梁上翼缘,且易首先在侧向刚度较小一侧的上翼缘出现局部屈曲,结构的抗力机制由梁抗弯机制转变为抗弯机制与悬链线机制共同作用,之后由于该侧上翼缘及腹板发生严重局部屈曲,导致结构在充分发挥悬链线效应之前发生非对称破坏。

隔板贯通式钢框架梁柱节点试验研究

为了验证截面小而柱壁厚的隔板贯通式梁柱节点的破坏特征及力学性能,对1个T字形足尺隔板贯通式梁柱节点进行低周期反复荷载作用的试验.分析了试件的破坏过程及特征,并对节点的承载力及延性等性能进行了研究.试验结果表明:这种节点破坏时梁端形成塑性铰,满足"强柱弱梁、强节点弱构件"的设计要求;节点的滞回曲线饱满,表明其较好的耗能能力及较高的承载力.

方钢管混凝土柱-冷弯U形钢梁隔板贯通节点的试验研究及有限元分析

提出了一种新型的方钢管混凝土柱-冷弯U形钢梁连接节点形式——上翼缘增设加强板式隔板贯通节点。设置了常规隔板贯通节点试件与增设加强板的隔板贯通节点试件的低周反复荷载加载试验,通过ABAQUS软件对低周反复荷载作用下节点受力性能进行分析,并结合试验结果验证了有限元模拟的适用性与准确性。对比发现:有限元分析得到的节点破坏特征、滞回性能与抗震性能等与试验结果吻合较好。在有限元分析基础上,研究了柱的宽厚比、U形钢梁壁厚及贯通隔板上的浇筑孔大小等因素对隔板贯通节点的影响。结果表明:柱的宽厚比、U形钢梁壁厚对节点滞回性能有显著的影响,而贯通隔板上的浇筑孔大小对节点的滞回性能影响较小。