T形钢管混凝土插板连接节点受弯性能研究

采用精细化有限元分析方法对T形钢管混凝土插拔连接节点的平面内受弯性能进行了研究。首先通过与试验结果进行对比,验证了精细化有限元模型的正确性和准确性。在此基础上研究了主管壁厚、支管壁厚、主管形式和混凝土强度对节点破坏模式和承载力的影响。结果表明,钢管混凝土插板连接节点的破坏模式和钢管插板连接节点不同,为主管冲剪破坏和支管屈服破坏,其受弯承载力比钢管插板连接节点要高很多,国内外设计规范中关于钢管插板连接节点的受弯承载力计算公式不适用于钢管混凝土插板连接节点。最后给出了基于力学模型的主管冲剪破坏模式下钢管混凝土插板连接节点受弯承载力计算公式,以期为此类节点的工程应用提供参考。

钢管混凝土叠合柱-H型钢梁外套筒式连接节点抗震性能试验与有限元研究

以钢管混凝土叠合柱为研究对象,设计了一种高强对穿螺栓连接的外套筒式梁柱节点。为了研究该新型节点的抗震性能和破坏机理,对3个缩尺比为1∶2的节点进行了拟静力试验。观察节点损伤过程及破坏模式,分析了梁端荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能能力,采用ABAQUS软件建立有限元模型,研究套筒宽厚比和加强肋板厚度对节点抗震性能影响。试验及有限元研究结果表明:节点滞回曲线饱满,延性系数介于3.13~4.19之间,等效黏滞阻尼系数介于0.211~0.296之间,节点域的变形较大且耗能能力较强;随着套筒厚度增大,核心区混凝土开裂减少,破坏位置由节点外移至梁端截面;减小套筒宽厚比和增大加强肋板厚度可以有效提高节点刚度。为保证外套筒式节点达到刚性节点要求,建议套筒宽厚比不大于25,加强肋板厚度不小于梁翼缘厚度。

环口板加强带脱空缺陷的钢管混凝土T型节点滞回性能试验研究

为研究环口板加强带脱空缺陷的钢管混凝土T型节点的抗震性能,完成了12根节点试件在主管受恒定轴拉力与支管受轴向往复荷载作用下的滞回试验,基于试件破坏模式、荷载-位移滞回关系和应变发展考察了采用环口板加强带脱空缺陷T型节点试件的效果,并对比分析支主管直径比和主管径厚比对试件加强效果的影响。试验结果表明:采用环口板加强T型节点有效抑制了脱空缺陷导致的主管塑性变形,并实现带缺陷T型节点承载力、刚度、延性和耗能能力的完全恢复,甚至优于相应的无脱空试件,其中加强试件的承载力较带脱空缺陷试件提升12.6%以上,较无脱空试件提升6.5%以上,表明经合理设计的环口板加强措施能够弥补脱空缺陷对节点抗震性能的不利影响。

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。

内置高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能

为研究内置FRP约束UHPC高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能,基于“强柱弱梁”目标设计制作5个端板-螺栓连接节点试件,通过拟静力试验研究节点的破坏机理,并分析柱轴压比、FRP管厚度和有无芯柱对节点抗震性能的影响,对比钢梁更换前后节点的性能。试验结果表明:所有试件均在梁端形成塑性铰破坏;该破坏模式下,节点具有较高的承载力、耗能能力和较好的延性;内置芯柱时,试件承载力提高但延性降低;随着FRP管厚度增加,节点初始刚度和耗能能力均得到提升;相比原试件,更换梁试件的耗能能力、延性和初始刚度均有所降低。变形分析结果表明:节点域组合柱以受弯变形为主,两侧钢梁主要承担节点域的剪切变形。依据初始刚度判定该节点属于刚性节点。

外露式钢管混凝土柱连接节点的耐火性能研究

超高层建筑靠外墙的钢管混凝土柱及其节点采用外露的布置方式时,现行规范对如何进行有效的防火保护没有明确的规定。本文以某超高层建筑位于室外的钢管混凝土柱连接节点为研究对象,通过FDS模拟计算,确定室外连接节点的最不利升温曲线;在此基础上计算节点的受力情况和耐火性能,提出室外连接节点的防火保护设计方案;最后对连接节点开展实体升温试验,节点的试验结果与理论计算结果非常接近,验证了防火保护方案的有效性。

新型钢管混凝土柱-混凝土梁钢筋连接器节点受力性能研究

传统的钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点一般采用环梁节点,针对有多梁交汇且带有混凝土悬挑梁的环梁节点,施工难度较大,尤其是钢筋连接节点成为钢管混凝土柱-混凝土梁混合结构施工难点。结合近年来采用钢-混凝土混合结构的项目经验,提出了新型钢管混凝土柱-混凝土梁钢筋连接器节点。详细介绍了钢筋连接器节点的构造、特点及有限元建模过程,采用有限元分析的方法,通过三组模型研究了钢筋连接器边界条件对结果的影响,结果表明,端部固定约束时钢筋连接器应力结果相对其余两种略大。此外,还进行了钢筋布置形式的影响分析,着重介绍了不同梁宽下钢筋连接器的布置形式和尺寸对节点受力性能的影响,结果表明,钢筋连接位置对钢筋连接器应力有直接的影响,但均匀的钢筋布置时钢筋连接器受力合理。最后列举了钢筋连接器的几种加强措施,其中采取20mm倒圆角的方式能有效削弱端板与中肋、边肋连接处的应力集中。

穿心板式钢管混凝土柱-钢梁栓焊连接节点力学性能分析

该文提出两种适用于窄截面钢管混凝土柱的穿心板式栓焊节点,两种节点的下翼缘和腹板采用螺栓连接,上翼缘采用焊接连接。该节点既能有效避免室内凸角的出现,又能解决全螺栓连接节点需要预留安装缝、节点刚度偏低的问题,同时具有可快速装配、方便混凝土浇筑等优点。该文阐述了节点的构造、加工及装配过程、设计原理;基于单调加载试验建立有限元模型,分析了该节点的受力过程、破坏模式、刚度和延性。结果表明:有限元模型分析结果与试验吻合较好;穿心板式栓焊连接节点的主要破坏模式为梁受压翼缘的屈曲及相邻腹板的鼓曲,节点塑性铰远离节点核心区,符合强节点弱构件的设计原理;节点属于刚性连接,具有较大的刚度和承载力、较好的延性。

不同构造下的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

与普通节点不同,钢管混凝土柱-钢梁节点在地震作用下更容易发生破坏,为了提高钢管混凝土柱与钢梁连接节点的抗震性能,进行了不同构造下的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究。以预埋锚杆构造的两种钢管混凝土柱-钢梁节点和钢梁穿透式构造的钢管混凝土柱-钢梁节点为研究对象,在梁体中部设置了横向支承,采用层间位移角控制周期性荷载,当地震荷载不同时,测试了3种构造钢管混凝土柱-钢梁连接节点的抗震性能。结果表明,钢梁穿透式构造的钢管混凝土柱-钢梁节点对地震具有较高的承载能力,弱化伸缩梁端节点的构造方法符合抗震设计要求,通过端板的屈曲可以消散大部分能量,具有强大的耗能能力。

不同连接构造的预制拼装钢管混凝土桥墩数值模拟与地震响应特点

无黏结预应力节段拼装钢管混凝土桥墩主要包括承插连接与混合连接两种承台连接方式。为比较两种不同连接构造下桥墩的地震响应特点,采用OpenSees软件分别建立了桥墩有限元模型,其中,承插连接钢管混凝土桥墩模型能够考虑插入承台部分钢管与周围混凝土的黏结滑移、钢管局部屈曲以及屈曲后撕裂等过程,而混合连接钢管混凝土桥墩模型能够再现出接缝的摇摆行为;并通过与相关拟静力试验数据结果进行对比,验证了两种数值模型的有效性;随后,以一座4跨连续梁桥为背景,分别研究了采用混合连接、无预应力承插连接和预应力承插连接桥墩桥梁结构在地震作用时的响应特点。结果表明:两种承插连接桥墩的墩底钢管在地震动峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)约0.4 g时发生屈曲,并伴随水平刚度下降和残余位移增大,且配置无黏结预应力的承插连接桥墩钢管屈曲引起的损伤程度更大,随着地震动输入进一步增大,预应力为桥墩提供的自复位能力逐步增加,在PGA=0.6 g时,预应力承插连接桥墩的残余位移仅为无预应力桥墩的62%。此外,配置混合连接桥墩的桥梁在地震作用下损伤较小,残余漂移比小于0.2%,比承插连接桥墩更优的自复位能力。

L形双连接板实体式方钢管混凝土组合柱抗震性能研究

提出了一种采用双连接板的L形实体式方钢管混凝土组合柱,为了研究其抗震性能,设计了3个采用不同的钢管连接件的尺寸(宽度分别为100mm或200mm)、不同轴压比(0.4和0.6)的试件。对各试件施以不同的竖向恒载,进行了拟静力试验,讨论了试验参数对试件抗震性能的影响。结果表明:连接板宽度与水平峰值荷载和刚度呈正相关,增加连接板宽度对两者的提升很大,与延性和耗能能力呈负相关,增大连接板宽度两者有所下降,而且更宽的连接板会加剧强度退化和刚度退化;竖向恒载与水平峰值荷载和耗能能力呈负相关,加大轴压比导致两者均变小,且加剧了刚度衰减,但是能在一定程度上改善延性,强度退化也更均匀。通过有限元模拟研究了钢管壁厚度、钢管管径和钢材强度等级对组合柱受力性能的影响。结果表明:增大钢管壁厚度、钢管管径都可以显著加强L形双连接板实体式方钢管混凝土组合柱的水平峰值荷载和刚度,但变形能力即延性也明显下降;提高钢材强度等级则能使水平峰值荷载和延性都得到改善。

矩形钢管混凝土柱与H型钢梁偏心连接节点有限元分析

为保证主要建筑空间的效果,矩形钢管混凝土柱与H型钢梁间较多采用偏心连接。本文结合一装配式高层钢结构住宅案例,介绍了相关的设计,并利用ABAQUS软件对钢管混凝土柱-钢梁偏心连接节点进行了节点受力分析。节点有限元分析表明,本项目案例中满足规范构造要求的钢管混凝土柱-H型钢梁偏心连接节点承载力可满足大震弹性的要求。钢管混凝土柱-H型钢梁偏心连接节点在达到节点极限承载力时塑性区分布与中心连接节点的塑性区分布有较大不同,两者屈服机制有较大不同。

Q460钢管管板连接节点的受弯性能试验研究

对是否设置加强环板、不同节点板宽度和钢管轴压力的6组共12个Q460钢管管板连接节点进行受弯承载力试验研究.结果表明:无加强环板试件在节点板两端由于应力集中,承载力较低,有加强环板试件的节点板两端应力分布均匀,试件承载力显著提高.当节点板宽度与钢管直径之比由2.5增大到3.0时,无加强环板、1/4加强环板、1/2加强环板试件的承载力分别提高6.10%~16.07%、13.36%~20.68%、9.61%~12.34%.与无加强环板试件相比,1/4加强环板试件的承载力提高102.86%~130.73%,1/2加强环板试件的承载力提高129.88%~166.33%.当钢管轴压比由0.10增大到0.23时,无加强环板、1/4加强环板、1/2加强环板试件的承载力分别降低10.05%~17.77%、10.79%~16.20%、4.74%~7.05%.现有规范对于无加强环板节点的承载力计算偏于保守.考虑加强环板和钢管轴力对节点受弯承载力的影响,提出了Q460钢管管板连接节点的受弯承载力计算公式,与试验结果吻合较好.

循环荷载作用下装配式ALC外挂墙板新型连接节点试验研究

为研究不同连接构造下装配式蒸压轻质加气混凝土(ALC)外挂墙板与主体结构在低周往复荷载下的抗震性能,开展了拟静力试验,设计了两种由螺栓连接的新型连接节点,并与外挂钩头螺栓节点进行了对比试验,分析了节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、强度退化系数、割线刚度及等效黏滞阻尼系数等抗震指标的差异,并通过有限元软件建立了两种新型节点的数值模型。结果表明:两种新型节点通过滑移机制减缓了地震作用对主体结构的影响,在承载力和抗震性能方面均有明显提高,所建立的模型准确性较高,验证了设计节点的合理性。

基于钢管混凝土柱的梁柱混合节点研究进展分析

钢管混凝土柱具有强度高、塑性好、抗震性能优越和施工便捷等优势,广泛应用于高层建筑、大跨度空间结构、桥梁结构和工业建筑等领域。型钢混凝土梁、钢筋混凝土梁及其预应力梁因建造成本较低等原因常与钢管混凝土柱连接,形成了新型混合连接节点,然而其节点的设计和施工依然存在挑战。文章综述了此类梁柱混合节点的连接类型、试验研究、数值模拟、理论分析及其工程应用,并依托广汕铁路新塘站项目候车层的钢管混凝土柱-预应力钢筋混凝土梁混合节点,设计加工了缩尺混合节点试件,进一步研究其抗震性能并提出相应设计方法,为此类新型混合节点的工程应用提供技术支撑。

T形钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接节点抗震性能试验研究

本文对3个T形钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接节点进行了低周反复荷载作用下的试验研究及分析,研究外伸端板连接节点破坏形式及抗震性能。分析结果表明:该类节点的强度主要取决于高强螺栓的强度及外伸端板的强度和刚度,高强螺栓强度和外伸端板厚度的不同直接影响节点的性能;该类节点具有较好的耗能性能,强度较高。这些研究结果对外伸端板连接节点的研究和应用提供了一定的理论基础。

基于钢管混凝土柱的梁柱混合节点研究进展

钢管混凝土柱具有强度高、塑性好、抗震性能优越和施工便捷等优势,广泛应用于高层建筑、大跨度空间结构、桥梁结构和工业建筑等领域。型钢混凝土梁、钢筋混凝土梁及其预应力梁因建造成本较低等原因常与钢管混凝土柱连接,形成了新型混合连接节点,然而其节点的设计和施工依然存在挑战。因而本文综述了此类梁柱混合节点的连接类型、试验研究、数值模拟、理论分析及其工程应用,并依托广汕铁路新塘站项目候车层的钢管混凝土柱-预应力钢筋混凝土梁混合节点,设计加工了缩尺混合节点试件,将进一步研究其抗震性能并提出相应设计方法,为此类新型混合节点的工程应用提供技术支撑。

钢管混凝土梁柱齿状钢板连接节点非线性有限元分析

利用ANSYS有限元软件对新型方钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁节点—齿状钢板连接节点进行了分析,并与试验结果进行比较.有限元数据得到了试验结果的支持,结果表明计算模型适用于钢管混凝土节点性能分析,从而从计算和试验两方面均得出新型钢管混凝土节点满足强柱弱梁,节点更强的原则.

T形钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁外伸端板连接节点抗震性能试验研究

为研究T形钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁外伸端板连接节点的抗震性能,按1∶2的比例设计并制作9个试件进行低周往复荷载试验,观察试件受力过程和破坏形态,得到试件的滞回曲线和骨架曲线,分析节点的荷载特征值、延性、耗能性能和刚度退化。结果表明:此类节点滞回曲线饱满,延性系数均大于3.48,黏滞阻尼系数均大于1.5,具有良好的抗震性能;增加牛腿长度能提高节点的初始刚度和极限荷载;增加端板厚度和设置加劲肋,节点的极限荷载和耗能性能提高,且加劲肋对薄端板的影响比厚端板显著;增大螺栓直径能提高初始刚度,但对节点承载力影响有限。

基于钢管控制的插板连接节点受弯性能研究

结合试验研究和理论分析对钢管插板节点受弯性能做了初步探索,以1/4(1/2)环形加强板节点为基础,根据钢管能量理论和虚功原理,推导出基于钢管控制的插板连接节点受弯极限承载力公式,并与日本《输电线路钢管塔制作基准》作了对比分析。结果表明:该理论分析模型的适用性较好,对工程设计有一定的理论意义和适用价值。