中柱失效工况下方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能理论与试验研究

为研究中柱失效工况下方钢管混凝土柱-组合梁抗倒塌性能,基于对方钢管混凝土柱-组合梁的抗力机制及抗倒塌性能影响因素的分析,建立了方钢管混凝土柱-组合梁抗倒塌分析模型,该模型考虑了梁端柱的约束作用、正负弯矩作用下组合梁弯曲刚度的差异以及楼板与钢梁之间黏结滑移效应等影响因素,并对模型的抗力-变形计算公式进行了推导;设计了一榀2跨1/3缩尺的方钢管混凝土柱-组合梁框架试件并进行静力加载试验,分析了中柱失效后剩余结构的破坏模式、荷载传递机理以及主要的抗力机制。试验结果表明,倒塌过程中结构的抗力经历了从梁机制到悬链线机制的转化,其中压拱机制和悬链线机制可以有效提高结构的倒塌承载能力。最后基于理论与试验结果的对比分析,提出了理论公式的修正方法。

往复荷载作用后钢管混凝土柱-组合梁节点耐火性能数值分析

为研究钢管混凝土柱-组合梁节点在往复荷载作用后的耐火性能,利用有限元软件ABAQUS建立了该节点的有限元分析模型,并与已有试验结果进行对比验证。在此基础上,分析了往复荷载作用后塑性损伤和残余变形对组合梁节点火灾下的应力和变形的影响,以及不同损伤程度、荷载作用水平和防火保护层厚度对节点耐火极限和破坏模态的影响。结果表明:地震预损伤对节点的耐火极限有不利影响,且随损伤程度的增加,耐火极限下降明显;重度损伤下节点的耐火极限与无损伤节点相比降低了23.5%;重度损伤的节点在火灾作用下形成塑性铰,且产生较大的耗能损伤,轻度和中度损伤下未形成明显塑性铰,耐火极限分别仅下降1.0%和3.6%;对于以梁损伤作为预损伤模式的节点,梁荷载比和防火保护层厚度是影响有地震预损伤节点耐火极限的主要因素;随柱荷载比的增大,耐火极限呈降低趋势,但整体影响不大。

方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能试验研究

为了研究组合梁对方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能的影响,设计了带有混凝土现浇楼板方钢管混凝土柱-组合梁框架(CFSTCBF)及不带楼板的方钢管混凝土柱-钢梁框架(CFSTSBF),采用拆除构件法对两个试件的抗连续倒塌性能进行竖向加载试验研究,对其在中柱失效工况下的破坏模式、受力机理以及主要的抗力机制进行分析,同时对现浇混凝土楼板和节点在连续倒塌过程中的性能进行探讨。研究表明:两个试件的破坏均是由正弯矩区钢梁破坏引起,结构的倒塌阶段可分为弹塑性阶段、塑性阶段、过渡阶段和悬链线阶段,压拱机制和悬链线机制均能改善结构的抗倒塌性能;混凝土楼板可以有效增强结构的承载能力,提高结构的初始转动刚度,但在改善结构变形能力方面的作用较弱。

方钢管混凝土柱穿入式组合节点耗能机制

开展了4个翼缘削弱的钢管混凝土柱穿入式组合节点抗震性能与三维实体有限元精细化模型分析。在混凝土三轴塑性损伤和钢材混合强化模型基础上,进一步引入钢材的韧性损伤模型,探讨了钢梁削弱程度对节点抗震性能与破坏形式的影响规律,结果显示引入钢材韧性损伤的有限元模型分析结果与试验结果更加吻合,且钢梁削弱程度降低了该节点的刚度、承载力和耗能。随后对不同钢梁尺寸和柱端拉筋强构造下的组合节点进行了承载力、刚度和塑性耗能分配与失效机制的影响规律分析,分析结果表明:穿入式节点分别在梁-柱抗弯承载力比介于1.66~2.11、梁-柱线刚度比介于1.90~1.96、梁-柱截面刚度比介于1.16~1.21时,将由梁耗能向柱耗能转变;柱端拉筋强构造技术后,由于拉筋直接约束混凝土,大幅度提升了柱端抗弯承载力和耗能能力,组合节点在高轴压比时仍维持梁端失效破坏模式;根据《建筑抗震设计规范》,梁-柱抗弯承载力比取值小于1时为强柱弱梁,这对穿入式组合节点强柱弱梁的定义较为保守。

组合梁-方钢管混凝土柱框架结构抗震性能的pushover分析

采用考虑组合梁多材料截面引起的正向、负向刚度、强度和承载力不同的截面本构模型,建立了组合梁结构的弹塑性分析模型,对一个15层的钢混凝土组合梁-方钢管混凝土柱框架结构开展了多遇地震、罕遇地震下的pushover分析,为组合框架结构体系的抗震性能分析以及pushover方法在该体系中的应用提供了参考。在此基础上,与钢梁-方钢管混凝土柱框架结构、钢梁-钢筋混凝土柱框架结构进行对比研究,比较了几种结构的动力特性,表明组合梁-方钢管混凝土柱框架结构体系相对于其它两种框架结构体系具有更好的抗震性能。

部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点抗震性能试验研究

为研究不同连接构造的部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点(PEC梁柱节点)的抗震性能,对2个PEC梁柱节点试件进行了拟静力加载试验,研究了低周往复荷载作用下PEC梁柱节点试件的破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。结果表明:强轴连接PEC梁柱节点的滞回曲线呈梭形和弓形,在达到极限承载力后仍能保持一定的延性和耗能能力;弱轴连接PEC梁柱节点牛腿与梁间的焊缝处发生破坏,未展现出预期的耗能能力,PEC梁仍在弹塑性状态,没有达到极限状态;PEC梁柱节点核心区混凝土替换为加劲肋板后,试件仍具有较好的承载力、延性和耗能能力,刚度退化规律无明显变化,且强轴连接节点与弱轴连接节点刚度变化规律基本一致;PEC柱牛腿设计过短会导致焊缝连接处断裂,试件延性和耗能能力得不到发挥,剩余刚度较大。

方钢管混凝土柱-外包钢混凝土组合梁连接节点滞回性能分析

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:隔板贯通部分钢筋贯穿式节点。设计了3个节点试件,对其进行低周反复荷载试验,利用ANSYS软件对低周反复荷载作用下的节点试件进行非线性有限元分析并与试验结果对比。结果表明:有限元分析得到的节点破坏形态、应力分布、滞回曲线、骨架曲线与试验结果吻合较好。在此基础上,对发生梁端塑性铰破坏模式的节点滞回性能进行参数分析,研究楼板厚度、U形钢壁厚、组合梁纵向受力钢筋配筋率、贯通隔板厚度以及轴压比对节点滞回性能的影响。研究结果表明:楼板厚度和U形钢壁厚对节点滞回性能有显著的影响,组合梁纵向受力钢筋配筋率对节点滞回性能影响较为显著,贯通隔板厚度和轴压比对节点滞回性能影响很小。

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-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.

钢管混凝土柱-组合梁单边螺栓连接框架耐火性能研究

为明确钢管混凝土柱-组合梁单边螺栓连接框架的耐火性能,采用有限元方法分析了ISO 834标准升温曲线火灾作用下,圆形钢管混凝土柱-组合梁单边螺栓连接框架的温度场和耐火极限。研究结果表明:提出的简化的HB螺栓模型可以有效地对圆形钢管混凝土-组合梁框架的耐火性能进行分析。钢管混凝土柱横截面混凝土的网格划分方法对于钢管混凝土柱-组合梁框架的耐火极限影响较小。当节点连接可靠时,钢管混凝土柱-组合梁框架达到耐火极限时的破坏模式主要有柱破坏模式和组合梁破坏模式。

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。

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。

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的滞回性能研究

为研究外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,基于外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点低周反复荷载作用下的试验结果和有限元的模拟,分析了两类试验节点的滞回特性,提出外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的三折线恢复力模型及其特征参数的取值范围,并给出恢复力模型表达式。结果表明,试件具有良好的耗能能力,建立的恢复力模型骨架曲线与试验值接近;有限元与试验所得的滞回曲线及骨架曲线在弹性阶段吻合较好,随着荷载的反复,两者之间的差异逐渐增大。

方钢管混凝土柱-不等高钢梁组合框架结构受力性能有限元分析

基于一榀两跨三层方钢管混凝土柱-不等高钢梁组合框架结构的低周往复荷载试验,应用ABAQUS软件建立相应的有限元模型并对模型正确性进行了验证,利用该模型研究了轴压比、核心混凝土强度等级、钢管屈服强度、左右侧梁高比以及柱截面宽厚比对方钢管混凝土柱-不等高钢梁组合框架结构受力性能的影响。结果表明,方钢管混凝土柱-不等高钢梁组合框架结构的设计符合“强柱弱梁,强节点弱构件”的抗震设计原则;当轴压比大于0.6时,框架结构延性明显变差;当核心混凝土强度等级提高至C50后,框架结构的承载力主要取决于钢管强度;随着钢管屈服强度的提高,框架结构的峰值荷载和破坏荷载均不断增大;左右侧梁高比的变化对框架结构的侧向承载力和弹性阶段的受力情况均有影响;框架结构的刚度和承载力均随柱截面宽厚比的增大而逐渐减小。

钢管混凝土柱-剪力墙组合框架抗震性能分析

通过在钢筋混凝土剪力墙边缘设置边框,利用边框对墙板的约束效应,可明显提高剪力墙的延性,改善其抗震性能。边框的形式主要有钢筋混凝土边框、型钢混凝土边框、钢管混凝土边框等,其中,钢管混凝土组合剪力墙具有经济性好、施工方便等优点。应用ANSYS有限元程序对钢管混凝土组合剪力墙的滞回性能进行计算和分析,结果表明这种结构体系具有良好的延性和耗能能力。

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.

方钢管混凝土柱-钢梁组合框架结构抗震性能研究

近年来,方钢管混凝土柱-钢梁组合框架结构是在高层建筑中应用较多的一种结构型式.针对汶川地区一个8层方钢管混凝土柱-钢梁组合框架结构,以梁柱线刚度比为计算参数,采用push over分析对该结构地震作用下的性能进行计算分析.研究结果表明,该组合框架结构的梁柱线刚度比不大于0.46时,具有较好的抗震性能,可为其抗震研究提供一些参考数据.

轴压比对波纹侧板-方钢管混凝土柱抗震性能的影响研究

为研究轴压比对波纹侧板-方钢管混凝土柱抗震性能的影响,使用ABAQUS软件建立了组合结构柱的有限元模型,通过破坏形态和滞回曲线等对模型的准确性进行了验证,运用参数模型讨论了不同轴压比对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、压弯承载力和延性系数的影响。结果表明,随着轴压比增大,方钢管的高应力高度逐渐升高,波纹板的应力由水平分布变化为斜向分布;提高轴压比会使试件的压弯承载力和延性系数呈先升高后降低的趋势,建议轴压比不应超过0.30,满足规范中对延性系数的要求并在一定程度上提高结构的压弯承载力。通过合理控制轴压比,可以提升波纹侧板-方钢管混凝土柱抗震性,确保其在实际应用中的安全性和稳定性。

环梁连接的RC梁-钢管混凝土柱框架试验研究

介绍了一个采用钢筋混凝土 (RC)环梁连接的 2层 2跨RC梁 -钢管混凝土 (STCC)柱框架的拟动力试验和静力试验。为了研究环梁在地震作用下的破坏形态 ,大部分节点设计成“弱环梁、强框架梁” ,即环梁屈服先于框架梁 ;少量节点设计成“强环梁、弱框架梁” ,即框架梁屈服先于环梁。试验表明 :小震时 ,框架的刚度降低很少 ;中震时 ,刚度降低约 3 0 % ;大震时 ,层间位移角小于 1 10 0 ;即使弱环梁已经破坏、层间位移角达 1 3 4,框架的承载力仍未下降 ;能够实现“强柱弱梁”和实现塑性铰形成于框架梁端的“强连接、弱构件”的抗震设计概念。RC环梁与STCC柱之间局部范围的缝隙不影响框架的整体抗震性能 ;环梁与柱之间几乎无相对竖向滑移。采用RC环梁连接的RC梁 -STCC柱框架具有良好的抗震性能。

轴心受压下钢骨-钢管混凝土组合短柱承载力研究

目的提出钢骨-钢管混凝土柱的概念.解决钢骨-钢管混凝土组合柱的破坏机理、受力性能问题,合理确定其承载力.方法对3个含钢率不同的轴心受压钢骨-钢管混凝土短柱进行试验,并利用试验研究和理论分析的方法进行了分析.结果通过试验,明确了钢管-钢骨混凝土柱的破坏特征.试验表明,含钢率越大,构件的承载力及延性相应增加.通过理论研究得到承载力的计算公式,计算得出理论值与试验值吻合较好.结论当含钢率大于0.36%时,钢管混凝土柱与其外测的钢骨混凝土能够共同工作直至破坏,其承载力明显高于钢管混凝土核心柱的承载力,根据试验结果推导的钢骨-钢管混凝土柱承载力计算公式,为组合结构的发展提供了一种新的结构型式.