新型分层装配式节点钢框架地震易损性分析

为提高装配式钢框架的装配效率,结合节点抗震性能要求,提出一种新型全螺栓分层装配式节点。对新型和传统两类节点进行抗震性能试验研究,并把节点参数引入整体框架模型中,采用SAP2000建立两类框架模型并进行增量动力分析。考虑基于层间位移角的单参数损伤模型和基于变形与累积耗能的双参数损伤模型,定义结构性能水准限值并划分破坏等级,对结构进行地震易损性分析。结果表明:在单、双参数损伤指标下,新型节点框架的易损性曲线都包络于传统节点钢框架的易损性曲线内,且新型节点框架的抗倒塌储备系数更大,说明采用新型节点能降低结构在各破坏状态下的失效概率,提高框架的抗倒塌能力;在LS1、LS2极限状态下结构基于单参数损伤指标的峰值加速度中位值比基于双参数损伤指标下的峰值加速度中位值小,在LS3、LS4极限状态下则相反,说明累积耗能对结构抗震性能评估影响明显,结合双参数损伤指标能更好地预测结构的损伤程度;新型节点框架在单、双参数损伤模型下的倒塌储备系数均高于传统框架,说明新型框架的抗倒塌储备能力更高,有利于结构抗震。

焊接空心球连接H型钢Z字形螺栓节点静力性能研究

提出了一种新型焊接空心球连接H型钢Z字形螺栓节点(新型螺栓节点),该节点适用于全装配大跨度弦支穹顶结构体系上部网壳连接。该节点的弦杆采用热轧H型钢,方便栓接、施工便捷、制造能耗低,可以实现部品部件到体系的标准化。为了研究新型螺栓节点的静力性能,对该节点进行了轴压、轴拉、纯弯和压弯荷载工况下的有限元分析,研究了该节点在不同荷载工况下的破坏模式、承载力、刚度、延性等力学性能指标,对比分析了新型螺栓节点与焊接空心球连接H型钢焊接节点(焊接节点)的破坏模式和静力性能。研究表明,在轴压和压弯荷载下新型螺栓节点和焊接节点的极限破坏模式均为H型钢弦杆局部屈曲和屈服,在轴拉荷载下新型螺栓节点和焊接节点的极限破坏模式均为H型钢弦杆全截面屈服,在纯弯荷载下新型螺栓节点和焊接节点的极限破坏模式均为H型钢弦杆局部屈曲。新型螺栓节点可以实现塑性铰远离焊缝和拼接区,符合“强连接,弱杆件”的设计要求。

新型装配式全预制板-梁节点受力性能试验研究

提出了一种新型全预制板-梁节点,整块全预制板在工厂中预制完成后运至现场,通过布置附加钢筋、节点现浇混凝土的方式将梁与板形成整体。为了研究预制混凝土梁-板节点结构体系在竖向荷载下的受力性能,模拟实际工程中中间支座板-梁节点的受力状态,对全预制板-梁节点、全现浇板-梁节点、叠合板-梁节点开展了静力试验,并且运用软件ABAQUS进行了数值模拟,根据《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)进行了抗弯承载力验算。对比三组试件的裂缝开展、钢筋应变和特征承载力水平,并将有限元模拟结果、规范计算结果与试验结果对比。结果表明:相比于现浇构件,预制构件构造缝截面先于受弯最大截面破坏,且裂缝发展缓慢;节点布置附加钢筋能有效延缓裂缝开展,提高构件的抗弯承载力。有限元模拟结果与试验结果吻合较好,且当荷载方向与叠合面垂直时,对于叠合面进行粗糙处理的预制构件,在有限元模拟中可不考虑叠合面相对滑移而按整体进行计算。

全装配式预制混凝土结构梁柱组合件抗震性能试验研究

采用足尺模型对比试验方法对现浇高强混凝土梁柱组合件、预制混凝土结构高强混凝土后浇整体式梁柱组合件和高强预制混凝土结构全装配式梁柱组合件在低周反复荷载作用下的开裂破坏形态、滞回特性、骨架曲线、强度与刚度退化特性、耗能能力、节点核心区域的剪切变形、梁端与柱端的转动变形等抗震性能指标进行了系统研究。结果表明:高强预制混凝土结构后浇整体式梁柱组合件与现浇高强混凝土结构梁柱组合件具有相同的抗震能力,全装配式预制混凝土梁柱组合件的抗震性能和主要抗震性能指标与现浇高强混凝土梁柱组合件和预制混凝土结构后浇整体式梁柱组合件存在明显的差异。对于实际工程应用,应采取必要措施增加全装配式节点的耗能能力。

全装配式组合螺栓连接节点抗震性能研究

基于方钢管柱与H型钢梁装配式连接节点试验,通过改变内套筒与方钢管柱的安装间隙,建立有限元分析模型,针对节点试件在低周往复荷载作用下的破坏模式、耗能能力、承载力、延性、刚度退化等抗震性能进行分析。结果表明:装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点承载力高,延性大且耗能能力强,具有良好的抗震性能;增大内套筒厚度,可提高节点承载力;方钢管柱受对穿螺栓贯穿截面连接效应影响,在往复荷载作用下柱壁出现"对称凹屈"现象,随后梁端出现塑性铰发生破坏,表明采用组合螺栓可以满足连接节点的转动刚度需求;内套筒与方钢管柱安装间隙对节点力学性能有较大影响。

全装配式玻璃钢废水池试验研究

在石油钻井大提速的背景下,传统的现浇废水池已远不能满足钻前工程工期、成本等的要求,综合分析各种材料特性和钻前工程的特殊要求提出全装配式玻璃钢废水池,并对玻璃钢拉伸性能、压缩性能、弯曲性能、层间剪切性能等力学性能和拼装水池整体性进行了研究。结果表明,玻璃钢复合材的抗压强度最小值为127.05 MPa,是混凝土的4.49倍,抗拉强度最小值为280.70 MPa,是混凝土的157倍,满水过程中应变最大值为0.023%,远小于玻璃钢材料自身的抗应变能力,玻璃钢材料作为全装配废水池具有可行性。

全装配式混凝土框架结构抗连续倒塌破坏机理研究

现有的建筑结构抗连续倒塌研究主要针对现浇结构展开,对装配式结构讨论的相对较少。为研究全装配式混凝土框架结构在中柱失效情况下的抗连续倒塌性能,从某四跨七层空间框架结构底部提取出一榀单层两跨的框架子结构,按照1/2缩尺比例分别设计了一个现浇(RC)试件和两个全装配式(PC)试件,其中PC试件在梁柱节点处分别采用明(暗)牛腿-插梢杆-角型钢板的连接方式。对上述试件分别开展了中柱移除状态下的静力试验,并对加载过程中测试所得的结构持荷能力、构件应变响应及失效破坏模式依次进行了分析。试验结果表明,RC试件在加载过程中先后产生了压拱效应和悬链线效应,而PC1试件只出现了压拱效应阶段,PC2试件也仅发展了短暂的悬链线效应,均表明该类型全装配式结构的二次抗倒塌能力相对不足。试验过程中,RC试件梁端部及跨中截面处纵筋应变响应均达至屈服状态,而PC试件的受力及变形区域则主要集中在节点连接处,表明其构件的材料利用率不如现浇结构充分。同时,PC1和PC2试件的极限承载力分别为RC试件在压拱效应阶段峰值荷载的76%和81%,相应极限位移仅为RC试件的72%和77%,表明该全装配式结构与现浇结构相比承载力和延性均相对有限。结构失效模式方面,RC试件最终由于梁端纵筋被拉断而发生破坏,PC1及PC2试件则分别因节点处插销杆被剪断及梁端混凝土被压溃而丧失承载力,表明插销杆抗剪强度和节点区域混凝土抗压强度为该类型全装配式结构抗连续倒塌设计的关键参数。

全装配式自复位耗能钢筋混凝土框架梁柱节点抗震性能研究

为研究全装配式自复位耗能钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震性能,针对该类梁柱节点开展拟静力试验。该节点采用钢套加固节点核心区梁柱构件,利用在梁截面中心后穿的无黏结预应力钢绞线提供自复位能力,节点区设置可更换低屈服点钢棒提供耗能性能。试验中共制作了5个比例3/5缩尺梁柱节点,研究了该类型梁柱节点在低周往复荷载作用下的滞回性能,并对比分析了钢套加固方式、高强无收缩灌浆料填缝与锚固方式、耗能钢棒锚固方式等不同构造对节点性能的影响,以及梁柱交界面摩擦性能对节点受剪性能的影响。试验结果表明:梁钢套和柱钢套能够保证节点区免于局部受压损伤,但节点区高强无收缩灌浆料在大位移角下易发生边缘压碎损伤;耗能钢棒的螺栓锚固在大位移角下易发生松动,因此,推荐采用焊接锚固形式;梁柱交界面应具备足够的摩擦性能以满足节点抗剪需求;在1/18大位移角下,该节点仍具有良好的自复位和耗能效果,其弹性抗弯刚度、承载力及变形能力均优于现浇节点,大震后仅需更换耗能钢棒即可实现功能快速恢复。在试验研究的基础上,提出了简化有限元模型,可以较好地模拟该类型节点的滞回性能。

立体预制·全装配式混凝土结构关键核心技术的研究

介绍了一种全新的装配式混凝土结构预制及施工安装技术,依托本技术已取得的专利成果,在保证混凝土结构节点核心区完整的前提下划分预制构件单元。本技术通过独特的支顶循环系统,实现三维立体的逐层循环预制;通过用螺纹大头和套筒对钢筋的预连接实现预制构件的预装配。可以实现装配式混凝土结构强于现浇结构,极大地提高装配式混凝土结构的工程质量,实现极其方便地全装配。本技术力图从根本上解决装配式混凝土结构的可靠性、方便性问题,并力图适当提升装配式混凝土结构的综合经济效益。

特高压换流站阀厅全装配式设计施工技术研究

结合国外某换流站工程装配式阀厅的工程实例,提出钢-预制钢筋混凝土装配式混合结构的全装配式阀厅结构形式及适用的节点做法。采用SAP2000软件对国内某±800kV换流站工程高端阀厅3种不同假定的装配式结构模型进行分析计算,结果表明:嵌入式防火板明显提高了钢-预制钢筋混凝土装配式混合结构阀厅的抗侧刚度,结构在8度(0.30g)地震反应谱工况下的变形能满足设计要求。对预制钢筋混凝土装配式防火墙的施工方案、难度、工期和经济性的分析和研究表明,预制钢筋混凝土装配式框架+嵌入式防火板结构防火墙的总费用与传统现浇钢筋混凝土防火墙相当,工期可节省约45%。