基于ANSYS的复杂钢管混凝土-环梁节点承载力性能研究

对某建筑中设计采用的复杂钢管混凝土-环梁节点利用ANSYS软件建立精细化的有限元计算模型,进行了设计工况下的承载力分析。计算结果表明,这种复杂钢管混凝土-环梁节点的极限承载力性能远高于设计水准,节点的安全裕度是足够的。分析了该形式节点的应力分布状态和损伤特征,结果表明,该节点可以达到"强柱弱梁"和"强节点、弱构件"的抗震设计要求。对关键设计参数进行了敏感性分析。本文分析结果可以为今后的类似工程设计提供参考。

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。

钢管混凝土叠合柱-RC梁空间节点耐火性能分析

目的 研究钢管混凝土叠合柱-RC梁空间节点耐火性能,为实际工程提供参考。方法 通过ABAQUS有限元分析软件建立ISO-834标准火灾下钢管混凝土叠合柱-RC梁空间节点的温度场模型和力学模型;在试验与有限元模拟相吻合的基础上,分析此类构件空间节点的温度场分布、破坏模态、变形和内力分布等工作机理。结果 由于梁板的保护作用,节点区温度远低于非节点区;当梁、柱火灾荷载比相同,梁由2根增加至3根、4根时,空间节点耐火极限分别降低了41.58%和43.75%;高温和轴向荷载的共同作用下,内部钢管混凝土承担内力从常温的43.27%增加至180 min的52.9%。结论 钢管混凝土叠合柱-RC梁空间节点具有较好的耐火性能,能够满足实际工程中对耐火性能的要求。

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。

钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点抗震性能

为研究钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土(RC)梁节点的抗震性能,以某地铁车站钢管混凝土柱为原型,基于等效刚度方法,将钢管混凝土叠合柱与钢管混凝土柱进行刚度等效计算,通过pushover得到其抗弯刚度,探究钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的力学性能;采用ABAQUS建立钢管混凝土柱-RC梁节点和钢管混凝土叠合柱-RC梁节点模型,通过既有文献试验数据验证节点模型的准确性,对两种节点的滞回特性、骨架曲线退化、刚度以及延性进行对比分析。结果表明:小轴压比作用下,钢管混凝土柱节点的耗能能力、滞回性能以及极限荷载都要优于钢管混凝土叠合柱节点;随着轴压比的增大,两者差别较小,在0.9轴压比时,钢管混凝土叠合柱节点的抗震性能优于钢管混凝土柱节点,采用钢管混凝土叠合柱-RC梁节点替换钢管混凝土柱-RC梁节点不会造成结构抗震性能的明显下降。

偏心钢梁-钢管混凝土柱内加强环式节点受力性能分析

建立了钢管混凝土内加强环式节点的ABAQUS有限元模型,通过参数分析考察了偏心对节点刚度和承载力性能的影响。在刚度方面,分别考察了偏心对节点连接刚度和节点剪切刚度的影响。在节点承载力方面,在有限元分析结果的基础上选取了较为合理的计算理论,并通过理论推导对其进行了考虑偏心影响的计算方法修正,同时在节点偏心的基础上进一步考虑了加强环厚度、加强环宽度、梁轴线夹角和节点区钢管壁厚4个参数的影响,并通过回归分析在计算理论中纳入了影响较大的参数。

内加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点抗震性能研究

目的 研究内加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点的抗震性能,为工程应用提供参考。方法 采用ABAQUS软件建立节点模型,对比其与内加强环式圆钢管混凝土柱-钢实腹梁的抗震性能,分析不同因素对节点抗震性能的影响。结果 与内加强环式圆钢管混凝土柱-钢实腹梁相比,两者抗震性能相近;梁柱线刚度比和钢材牌号对抗震性能影响较大,但梁柱线刚度比对节点的承载力和耗能能力影响最大,最大相差分别为169.3%和29%,钢材牌号对节点的延性影响最大,最大相差41.2%;含钢率、内加强环宽度和厚度对抗震性能影响不大,但对延性、耗能能力、屈服和极限位移影响较明显。结论 内加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点具有可行性,符合“强柱弱梁”的抗震设计要求。

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。

钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点静载试验及极限承载力计算研究

为了解钢桁腹-混凝土组合箱梁(顶、底板为混凝土结构,腹杆为钢结构)外接节点在水平荷载作用下的受力性能,以某钢桁腹-混凝土组合箱梁桥方案为背景,选取钢腹杆轴力最大节点设计、制作缩尺比为1∶3的钢桁腹-混凝土组合箱梁局部外接节点试件(由混凝土弦杆、方形钢腹杆、节点板组成,原混凝土板简化为混凝土弦杆)并开展静载试验,分析外接节点试件静载试验现象及破坏模式、荷载~位移曲线,以及混凝土弦杆、节点板和钢腹杆的应力分布规律,并基于有效宽度法及撕裂面法与最大强度准则提出外接节点极限承载力计算方法。结果表明:外接节点试件的破坏模式为节点板拉剪断裂失效,极限承载力为设计荷载的5.71倍,承载能力满足要求;混凝土弦杆压应力沿加载方向逐渐减小,沿竖直方向从上往下逐渐增大;节点板应力沿加载方向总体上先增后减,外露节点板是节点受力的关键构件;外接节点极限承载力由节点板和钢腹杆中较弱者控制,采用所提出的计算方法得到的外接节点极限承载力计算值与试验结果相差小于6%。

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。

带凹槽剪力墙-混凝土梁节点性能分析

在高层、超高层钢框架-混凝土混合结构核心筒的施工中,滑模、爬模施工工艺得到广泛应用。但在实际工程中,核心筒内部往往采用混凝土次梁,这使得滑模、爬模施工工艺的应用受到限制。针对这一实际问题,提出了带凹槽剪力墙-混凝土梁节点。在对3个不同凹槽尺寸的带凹槽剪力墙-混凝土梁节点进行加载试验的基础上,利用有限元软件ABAQUS模拟3个墙梁节点,将有限元计算结果与试验结果对比。结果表明:带凹槽剪力墙-混凝土梁节点拥有良好的承载能力,且屈服荷载与极限荷载相差较大。凹槽构造可提升节点抗剪能力,且凹槽截面尺寸的大小是带凹槽剪力墙-混凝土梁节点抗剪能力提高的主要原因。

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。

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。

钢管混凝土柱、型钢混凝土柱、钢柱与钢筋混凝土梁连接节点研究现状综述

钢-混凝土组合结构兼具钢筋混凝土结构与钢结构的共同优点,具有承载力高、刚度大、延性和抗震性能好及节约材料等优点,符合土木工程的发展方向。处于复杂受力状态下的梁-柱节点区域是建筑结构中需要特别关注的部位,既是整体结构安全性和可靠性的重要基础,又是建筑结构抗震设计中的薄弱环节,因此节点部位的设计至关重要。在综合介绍钢管混凝土柱、型钢混凝土柱及钢柱与钢筋混凝土梁的连接节点研究背景的基础上,分析了上述节点连接的构造形式及受力性能等方面的研究现状,指出了该类节点连接方式及受力性能方面有待进一步解决的问题,为该领域的深入研究及该类节点连接的设计提供参考。

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。

PVC-CFRP管混凝土柱-RC环梁十字形节点滞回特性数值模拟研究

在试验研究基础上,选择合适的材料本构关系,采用纤维模型法,对低周反复荷载作用下PVC-CFRP管混凝土柱-钢筋混凝土环梁节点的荷载-位移及弯矩-曲率骨架曲线进行全过程分析。在验证模型准确性的基础上,研究核心区混凝土强度、环梁高度、柱直径和梁纵筋配筋率对试件骨架曲线的影响规律。结果表明,随着环梁高度、柱直径和梁纵筋配筋率的增加,试件的承载力和延性增大。随着核心区混凝土强度的增加,节点的承载力提高而延性有所降低。基于试验与数值模拟的分析结果,考虑环梁节点经济性与合理性,建议节点区混凝土强度不宜超过C60,环梁高度宜取340~440 mm,环梁宽度与柱直径的比值宜控制在0.33~0.50之间。

钢筋混凝土梁-柱节点设计改进

在现代建筑工程中,钢筋混凝土梁-柱节点的设计对于确保结构的安全性和耐用性至关重要。近年来,随着建筑设计的复杂性增加以及对更高安全标准的追求,传统的梁-柱节点设计方法面临着许多挑战。这些挑战包括如何有效提高节点的抗震性能、延长其使用寿命以及优化材料使用。本文旨在探讨钢筋混凝土梁-柱节点设计的改进策略,以提高其性能和经济效益。通过对当前设计方法的评估,本文提出了一种新的设计理念,即通过使用高性能材料、优化结构布局和采用先进的施工技术,来增强节点的抗震能力和耐久性。此外,还考虑了环境影响和成本效益,以确保所提出的解决方案不仅在技术上可行,而且在经济上可持续。通过实验验证和数值模拟,本研究证明了改进措施的有效性,为未来的梁-柱节点设计提供了新的思路和方法。

带有偏移角的型钢混凝土梁-柱节点抗震性能研究

为了研究带有偏移角型钢混凝土梁-柱节点的抗震性能,采用数值模拟方法,以6°为步长,建立了从0°到30°的6个边节点模型,进行了低周往复荷载下的拟静力试验,对各边节点的破坏形态、承载能力、滞回性能等进行了分析。结果表明:在往复荷载作用下,各边节点的梁端都形成了塑性铰并发生了破坏,但等效塑性应变区域向偏移侧转移;边节点偏移角的增加对滞回曲线的形状没有明显影响,但会提高节点的承载能力和耗能能力,导致骨架曲线外扩。

钢管混凝土外加强环式节点研究及应用综述

钢管混凝土外加强环节点是指通过采用外加强环板将钢管混凝土柱与梁结合形成一个整体的连接部位,是确保结构安全性和耐久性的关键部位。本文首先对国内外关于钢管混凝土外加强环节点构造形式的研究进行了梳理和分析,加强环板与梁柱连接多采用焊接,随着装配式结构的普及,高强螺栓也逐渐被应用于加强环板与梁的连接中。通过进一步对比国内外钢管混凝土节点抗震性能的研究,总结发现此类节点表现出良好的工作和抗震性能,具有广泛的应用前景。最后对该类节点抗剪承载能力的计算公式进行了总结与分析,国内外已有相关规范提供了数学计算公式,但随着节点构造形式和加工材料的不断变化,现有公式可能存在一定的局限性。学术研究和工程实际均显示,钢管混凝土外加强环板具有较好的刚性、延性和抗震性能。因此,通过梳理和归纳现有的最新研究成果,为后续研究钢管混凝土外加强环节点的新型构造及其性能提供可靠的经验。

钢管混凝土键连接框架梁和剪力墙的受剪性能

目的 研究钢管混凝土键连接框架梁和剪力墙的受剪性能,为工程应用提供设计依据。方法 应用有限元分析软件ABAQUS对比钢管混凝土键连接与现浇连接梁墙的结构受剪性能,分析前者受剪机理及不同因素对受剪性能的影响。结果 钢管混凝土键连接梁墙的结构承载力和延性系数较现浇结构分别提高约10%和34%;钢材强度从Q235到Q390,初始刚度增加8.44%;截面高度从100 mm到120 mm,延性系数提高17.73%;截面厚度每增加2 mm,承载力提高约15%;截面长度和混凝土强度等级对承载力、初始刚度和延性系数的影响均小于15%,纵向距离对其受剪性能几乎无影响。结论 采用钢管混凝土键连接梁墙的结构总体受剪性能优于现浇结构;钢材强度和截面厚度分别是影响初始刚度和承载力的主要因素。