斜撑对方钢管柱-桁架梁节点抗震性能影响试验

为实现施工现场绿色、高效率、高精度的模块化装配式钢结构建筑的建造,分别提出基于柱座式的带斜撑和不带斜撑的装配式方钢管柱-桁架梁节点。共设计4个十字形足尺试件,并对其进行滞回加载试验。分别考察梁破坏和斜撑破坏模态下试件的抗震性能,探究两种破坏模态产生的原因。评估斜撑对节点极限承载力、延性、刚度以及能量耗散能力等抗震性能的影响,分析两种破坏模态下节点的传力机制,并结合破坏模态和受力特性分别给出带斜撑和不带斜撑节点的设计建议。结果表明:不设置斜撑的试件表现出良好的塑性变形和能量耗散能力等抗震性能;斜撑的设置不仅有效地将塑性铰由桁架梁转移到斜撑端部,而且大幅度地提高节点的承载力和刚度,但在斜撑破坏前桁架梁塑性变形能力受限。整个加载过程中,4个试件的柱座与桁架梁之间的连接未出现破坏,且柱子与柱座之间的法兰板未出现明显的滑移现象,该柱座式连接可靠。

隔板贯通式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点抗震性能

目的 研究隔板贯通式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁(DTSCFSTC-SCB)节点的抗震性能,为工程应用提供设计依据。方法 应用有限元分析软件ABAQUS对比DTSCFSTC-SCB节点与隔板贯通式方钢管混凝土柱-钢梁(DTSCFSTC-SB)节点的抗震性能,分析不同参数对其抗震性能的影响。结果 DTSCFSTC-SCB节点的承载力较DTSCFSTC-SB节点的承载力降低10%,延性系数提高6.8%;钢材强度、梁柱线刚度比对其抗震性能影响较大(25%~138%);隔板内(外)伸宽度仅在一定范围内对其延性影响较明显(13%~18%),隔板厚度仅在一定范围内对其承载力影响较明显(7%~8%),开孔率对其最大承载力、耗能能力影响较明显(4%~12%);轴压比、混凝土强度等级、含钢率、孔间距、孔壁距离对其抗震性能影响很小(1%~5%)。结论 该节点具有工程可行性,钢材强度、梁柱线刚度比是影响其抗震性能的主要因素。

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-削弱钢梁端组合梁节点受力性能研究

利用三维实体单元,对"带内隔板的方钢管混凝土柱-削弱梁端的钢与混凝土组合梁框架节点"建立了考虑几何非线性和材料非线性的有限元理论分析模型,通过对已有试验模型的模拟分析,验证了有限元方法的正确性,进而模拟分析了"框架节点"在单调和低周反复荷载作用下的受力性能,深入研究了其荷载-位移曲线、节点区梁端的应力分布规律、耗能能力及破坏特征.研究表明:混凝土楼板的组合作用可以适当提高节点的承载力和刚度,且对削弱梁端节点区的应力分布影响较小;梁端削弱组合梁各节点的承载力和刚度均比梁端无削弱组合梁节点的有所降低,但降低幅度不大;梁端削弱组合梁各节点均表现出良好的延性及耗能能力.

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-钢桁架结构破坏模式分析

基于叠加原理,假定钢桁架与钢管混凝土柱的变形互不耦合,提出针对这种框架的节点子结构受力机理简化分析模型并采用试验验证.其中,钢桁架的荷载-位移曲线由铰接机制、刚接机制叠加得到;钢管混凝土柱的荷载-位移曲线则基于弯矩-曲率方程与等效剪切刚度计算得到.通过对钢桁架、方钢管混凝土柱承载力的分析,可判断结构的破坏模式与承载力.简化模型预测的破坏模式、荷载-位移曲线均与试验结果吻合较好,承载力与试验值接近.针对方钢管混凝土柱-钢桁架结构的不同破坏模式,还对其与抗震性能的相关性做了进一步的探讨.

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。

高铁虹桥站钢桁架-钢管混凝土柱节点性能试验研究

最近建设完成的京沪高速铁路上海虹桥站结构中,有一种钢桁架-钢管混凝土柱焊缝连接的新型节点,该节点构造和受力性能极其复杂。本文对该节点进行了1∶4缩尺模型承载力试验研究,介绍了如何实施对该复杂节点加载的试验方法,讨论了节点的受力性能、薄弱环节和破坏模式。试验表明该节点构造设计有效,具有足够的承载力,可达到设计荷载的3倍,并具有良好的塑性变形能力。但是,节点也显示出薄弱坏节,表现为在钢桁架受拉斜腹杆翼缘与节点环板竖向加劲肋的焊接部位出现开裂现象。建议适当增大受拉斜腹杆端部的翼缘弯折曲率半径,平缓腹杆向竖向加劲肋的传力,可使节点性能得到进一步完善。

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。

内加强环式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁中柱节点的力学性能分析

为分析内加强环式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁(IATCFSST-SCB)中柱节点的力学性能并探讨其抗震性能,对其在低周往复荷载作用下的受力过程进行有限元模拟分析。模拟前,采用前人内加强环式方钢管混凝土柱-实腹钢梁(IATCFSST-SB)中柱节点试验数据验证了模拟方法的可行性。根据模拟结果,分析了IATCFSST-SCB中柱节点中核心混凝土、钢管、钢蜂窝梁和内加强环的受力特征,对比了其与IATCFSST-SB中柱节点的抗震性能差别。结果表明:IATCFSST-SCB中柱节点的最大应力主要发生在混凝土的中心区域、钢管的中心区域、钢管与钢蜂窝梁连接的上下翼缘处、钢蜂窝梁的开孔外围处、钢蜂窝梁与环板的连接处;IATCFSST-SCB中柱节点的最大承载力可以达到IATCFSST-SB中柱节点承载力的90%,且蜂窝梁能更早地进入塑性阶段,形成“强柱弱梁”的屈服机制;IATCFSST-SCB中柱节点具有良好抗震性能。

柱钢管不直通的新型钢管混凝土柱-梁节点(I)——轴压下采用钢筋网加强钢管不直通的节点区的性能

提出一种全新的钢管混凝土柱 -梁节点形式 .其主要特点是 :采用柱钢管在梁柱节点区不直通、梁纵筋或型钢在节点区连续直通的连接构造形式 ,柱钢管在节点区不连续而导致其轴向承载力的下降通过采用环梁加大节点区截面并配置水平钢筋网或环形钢筋来加强 .通过试验结果证明了采用水平钢筋网加强的这种新型节点的可行性 。

钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱节点的非线性有限元分析

以简化的Varma模型作为钢材的循环本构关系模型,建立了2类钢管混凝土柱与组合梁连接节点——梁钢筋贯通钢管节点和梁钢筋与上加强环焊接连接节点的三维非线性分析模型,并采用有限元软件ANSYS对其在低周反复荷载作用下的滞回性能进行了非线性分析。结果表明:由有限元模型得到的低周反复荷载作用下的滞回曲线及骨架曲线与试验所得的结果吻合较好,但在屈服荷载后差异较大;如能恰当地选择材料的本构关系、计算模型和破坏准则,则能够采用有限元模型准确地预测上述2类节点的弹塑性行为和整体抗震性能,并用于节点滞回性能的非线性参数分析。

方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁中柱节点骨架曲线影响因素

为了分析不同因素对内加强环式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点荷载-位移骨架曲线的影响,采用有限元软件对27个中柱节点在低周往复荷载下的受力过程进行模拟;模拟前采用已有试验数据对模拟方法进行验证,提取各节点的荷载-位移骨架曲线,并计算各节点的屈服荷载、极限荷载、破坏荷载、屈服位移、极限位移和位移延性系数。结果表明:环板宽度、环板厚度、轴压比和梁柱端第1个孔洞中心到柱壁的距离对节点荷载-位移骨架曲线影响较小,钢材屈服强度、柱截面含钢率、梁柱线刚度比、孔间距和开孔率对节点荷载-位移骨架曲线影响较大;钢材屈服强度和梁柱线刚度比增大,节点的承载力显著增强,位移延性系数明显减小;柱截面含钢率增大,节点的承载力增大,但屈服位移和极限位移逐渐减小,骨架曲线呈现显著下降的趋势;孔间距增大或开孔率减小,节点承载力显著增大。

新型方钢管混凝土柱与混凝土梁的节点破坏机理

结合我国现行钢管混凝土柱在实际工程中的应用状况,提出了用于方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框架结构的新型连接节点形式非穿心暗钢牛腿方钢管混凝土柱与混凝土梁节点,采用了X型加载试验方案,制作了1∶3的试验模型,进行了低周反复荷载作用下的试验研究,得到了相关的钢筋应力应变发展规律和相应的滞回曲线,通过对试验结果节点破坏的机理分析,提出了进一步的改进措施.试验研究结果表明,这种节点具有可靠的受力性能,与常规的连接方式相比相对简捷而可靠.

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。

方钢管混凝土柱十字型节点力学性能试验研究

结合现行钢管混凝土柱在实际工程应用状况,提出了用于方钢管混凝土结构柱钢筋混凝土梁框架结构的新型连接节点形式,采用了X型加载试验方案,制做了1∶3十字型的试验模型,进行了低周反复荷载作用下的试验研究,得到了相关的钢筋和钢牛腿应力应变发展规律和相应的滞回曲线,对试验结果进行了节点破坏的机理分析,提出了进一步的改进措施,使其具有可靠的受力性能,与常规的连接方式相比是一种相对简捷而可靠的连接方式.

钢混凝土组合梁-钢管混凝土柱节点性能

为了研究钢混凝土组合梁-钢管混凝土柱节点的力学性能和半刚性特性,制作了4个比例为1∶3的节点模型进行试验,借助有限元分析软件ABAQUS建立了节点的有限元模型进行数值计算,分别进行了试验结果与数值计算的相应测点的应变、位移等结果的对比分析.通过试验与数值计算彼此校核,得到了与试验相符的有限元模型.在此模型的基础上,建立了该组合梁柱节点只含几何参数的相对弯矩-转角曲线模型.