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。

矩形钢管混凝土柱-H型钢梁隔板贯通式节点试验研究

开展了2个构造不同的矩形钢管混凝土柱—H型钢梁隔板贯通式节点试验,重点研究了低周反复荷载下节点的滞回曲线、破坏形态、位移延性等指标.结果表明2个节点的破坏形态均为梁端形成塑性铰;实现了"强柱弱梁"、"强节点弱构件"的设计目标;2个节点的滞回曲线均呈梭形,表现出较好的耗能性能;节点构造对其位移延性影响显著.

钢管混凝土柱-箱梁内加劲节点的性能研究

上海光源工程屋盖体系中的箱形截面梁与下半部分插入钢筋混凝土框架柱、内部设置加劲肋且填充混凝土的圆钢管焊接形成钢管混凝土柱-箱梁节点.对该节点进行了大比例试件的静力加载试验,考察了节点的受力性能和破坏模式.试验结果表明试件的破坏模式为梁根部截面的弹塑性局部失稳破坏,且在发生严重的局部失稳后仍然能够继续承载,节点变形能力良好,满足节点承载力高于构件承载力的要求.非线性有限元分析进一步表明,简化的悬臂梁模型能较准确地模拟节点中相应梁的受力性能,梁倾斜放置且根部平齐时对梁承载力的提高有利.

加强环式钢管混凝土节点梁柱连接刚度的有限元分析

加强环式钢管混凝土节点在工程中通常被当作刚性节点。但实际上,完全的刚性连接是不存在的,该节点的梁柱连接刚度介于刚接与铰接之间。为了获得完整准确的节点连接刚度信息,主要运用有限元工具并加以试验验证,探求影响梁柱连接刚度的各要素以及这些要素对连接刚度的影响程度。首先,利用有限元分析软件ANSYS建立加强环式钢管混凝土节点的有限元模型,并以试验验证了模型的准确性;然后,在经过试验校核的有限元节点模型基础上,作一系列改变节点域各个参数的分析,从而确定影响梁柱连接刚度的重要因素;最后,利用MATLAB将有限元数据拟合成描述该节点梁柱连接刚度通用的M—θ公式。

钢管混凝土柱-H型钢梁节点刚性研究

介绍了T型加劲方钢管混凝士柱-H型钢梁节点的传力机理及节点的设计概念，并借助目前通用有限元软件ANSYS建立实体模型分析了影响该节点刚度的主要因素，确定影响节点刚度的各参数对外部T型加劲节点刚度的影响规律。分析表明，外部T型加劲方钢管混凝土柱-H型钢梁节点并不是完全是刚接的，在梁端荷载作用下，梁柱之间存在着相对的转动；在所有的影响因素中，对节点刚度影响最大的是梁的截面高度，而钢管厚度和水平加劲板的宽度对节点刚度几乎没有影响。

足尺钢管混凝土柱梁节点抗剪性能试验

对10个不同节点构造的足尺钢管混凝土柱-梁节点在不同轴压比下的抗剪性能进行了试验研究.在此基础上,对不同的节点域抗剪承载力计算公式进行了比较分析,并进一步讨论了节点域受剪性能的数值模拟(OpenSEES)方法.研究表明,所有的节点均表现出良好的抗剪性能;中国规范建议的节点域抗剪承载力公式有待改进;OpenSEES数值模型合理地模拟了节点域的剪力-剪切变形性能.

抗震工程中的钢和混凝土组合结构体系分析

过去10年里,美国国内关于钢和混凝土组合体系建筑抗震工程的研究有显著的增多。对最近一系列组合横向阻力系统的研究进行了概述,包括由钢梁和混凝土填充的钢管组成的无支撑框架,带有混凝土填充钢管柱的支撑框架,型钢混凝土柱以及一系列变化的组合混杂墙系统。相对于很多一般的系统,这些结构体系的优点包括它们在承受正常使用或极限荷载时的性能特征,以及材料与结构的经济性。此外,介绍其中一种混合系统深入研究的成果,包括部分约束的带有加强混凝土填充墙的钢框架。总结出这些组合体系将来设计条款的概要。

钢管混凝土柱-钢梁节点核心区受剪承载力计算对比研究

对近年来国内外进行的部分钢管混凝土柱与钢梁连接节点试验数据进行了统计,将试验结果与AIJ规范公式、Fukumoto方法和Nishiyama方法的计算结果进行了对比分析。计算结果表明:Fukumoto方法和Nishiyama方法的核心区受剪承载力计算方法较AIJ规范更加准确可靠。通过参数分析,证实了3种受剪承载力计算方法对不同轴压比、不同节点形式、不同柱截面的钢管混凝土节点具有较广泛的适用性。建议AIJ规范的适用钢材强度和混凝土强度分别不超过450 MPa和70 MPa,3种方法的适用钢材屈服强度与混凝土抗压强度标准值之比不小于8。对特殊类型节点的核心区受剪设计,也给出了修正计算式。

带外加强环不等高梁-钢管混凝土柱组合节点抗震性能试验研究

对4个带外加强环不等高梁钢管混凝土柱节点试件进行了循环加载和单调加载试验,试件主要变化参数为节点两侧梁高度差,取值为0、75、150 mm。为了研究节点域的受剪承载力,对试件按"强构件,弱节点"进行设计。对于所设计的4个节点试件,其破坏分为整个节点域剪切破坏和部分节点域剪切破坏。试验结果表明:加载方式对试件节点域剪切承载力影响不大;节点试件在正反两个方向加载形成不同的破坏模式,并且在反向荷载作用下其承载力略高于其在正向荷载作用下的承载力;节点两侧梁高度差对节点域破坏形式和承载力影响显著;在整个加载过程中,所有试件节点均未出现开裂;该类节点具有很好的变形能力和稳定的耗能能力,但随着两侧梁高度差的增加,耗能能力逐渐降低。

钢管混凝土柱-H型梁节点抗震性能试验研究

为了确保结构安全及优化设计,以一幢28层钢管混凝土结构实际工程为背景,针对3个构造不同的足尺矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点开展了低周反复荷载试验,对节点的破坏形态、滞回曲线、位移延性和耗能等进行了较系统的研究。试验结果表明:3个节点均实现了"强柱弱梁"、"强节点弱构件"的设计目标,破坏形态均为梁端形成塑性铰;各节点的滞回曲线均呈梭形,表现出较好的耗能性能;当层间位移角不大于1/50时,节点构造对其承载能力和耗能无显著影响;3个节点的刚度退化规律基本一致。

钢桁架-圆钢管混凝土柱连接区段抗震性能试验研究与承载机理分析

高铁客站采用钢桁架-圆钢管混凝土柱结构,其连接构造复杂、用钢量大,且具有不同于传统梁柱节点的受力性能。对该类连接进行构造改进,取消钢管内部的加劲板,并对改进后的连接区段进行了往复加载试验。试验结果表明:改进后的大跨度钢桁架-圆钢管混凝土柱连接构造简单、合理有效;连接区段的柱与桁架之间的强弱关系对破坏模式与抗震性能有较大影响;高铁客运站柱轴压比较小,使连接区段的钢管混凝土柱适当弱于桁架可获得更好的变形与耗能能力。基于叠加原理,提出了连接区段的简化理论分析模型,预测的承载力及荷载-位移关系与试验吻合较好。

钢管混凝土斜交框筒节点试验研究

钢管混凝土斜交网格框筒的网格节点汇集了斜柱、环梁、径向梁等构件,其构造和应力分布较为复杂。为了改进该类节点的受力性能,针对工程实际,设计了核心区采用转换柱体与中央竖板相结合的节点构造形式,并以相贯的方式与斜柱连接。为研究此类节点的承载能力和破坏形态,验证节点构造的合理性,实现"强节点弱构件"的设计目标,进行了6个缩尺比为1∶5.5的柱倾斜45°的节点模型试验,在10 MN级自平衡钢结构加载架内,采用两个5 MN千斤顶对相贯节点的柱端施加轴向荷载。结果表明,节点设计符合"强节点弱构件"的设计要求,即使节点区混凝土浇筑不密实,节点的受力性能也能够达到设计要求,节点的设计方法可行,构造合理。