EXPERIMENTAL RESEARCH AND NONLINEAR FINITE ELEMENT ANALYSIS ON NEW TYPE JOINT BETWEEN COLUMN AND STEEL BEAM OF CONCRETE-FILLED RECTANGULAR STEEL TUBULAR

Experimental results of new type joints between the column and the. steel beam of concrete-filled rectangular steel tubular （CFRT） under reversed cyclic loads are presented. The earthquake resistant capacity of the joint is influenced by infilled concrete, stiffener length and relative dimensions of column and beam. It is found that the hysteresis curves obtained in the experiment are full and the joints have a good energy dissipation capacity. The nonlinear finite element models are also used to analyze the hysteresis behavior of the joints under reversed cyclic loads using ANSYS 8.0. The influences of the stiffener length and the infilled concrete are analyzed. Analytical results show that the stiffener length and the infilled concrete are critical for the joints. Furthermore, the skeleton curves of the finite element models are in good agreement with those of experiments.

新型空心管状翼缘钢板组合梁设计理念与力学性能

工字钢组合梁桥正朝着少主梁、精简横向联系的方向发展。与传统多主梁复杂横向联系组合梁桥相比,双主梁桥由于采用了开口截面的结构形式,极大地削弱了其抗扭能力,在偏载作用下会产生较大的变形及翘曲应力,使钢主梁处于弯扭耦合的受力状态。空心管状翼缘钢板组合梁采用空心钢管取代传统的平板上翼缘,提升了稳定性,改善了结构性能。本文通过理论分析和实体有限元法的计算,研究了单梁在自重与横向风荷载作用下的稳定性;对非组合截面的组合体系下的稳定性能进行了分析与比较,并分离出扭转翘曲应力和纵向正应力,研究了不同跨径下扭转效应的影响。最后,对横向联系、加劲肋的影响进行了分析。研究结果表明,空心管状翼缘钢板组合梁桥扭转刚度大于传统工字形截面组合梁扭转刚度,自身横向稳定性好,并且需要较少的横向联系与加劲肋,可实现单梁吊装,避免采用过多临时加固及支撑措施,提高施工效率。

带对穿螺栓矩形钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法研究

设置对穿螺栓可以提高钢管混凝土短柱的力学性能,以试件同参数的ANSYS模型为原始算例,研究对穿螺栓的直径和纵向间距、套箍系数、宽厚比、长宽比、材料强度等参数对其轴压力学性能的影响。结果表明:设置对穿螺栓可以提高钢管对核心混凝土的约束效应,核心混凝土的应力分布表现为以对穿螺栓为分界线形成两个有效约束区,且四个角部的应力值最大;随着对穿螺栓纵向间距的减小、直径的增大,试件的承载力、变形能力、延性提高;试件承载力可随着套箍系数的增加、宽厚比的减小、材料强度的增强有小幅度提高。提出带对穿螺栓矩形钢管混凝土短柱的轴压承载力的计算方法,得到的计算值和试验值吻合良好,该方法还同样适用于带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱承载力计算,计算过程简便且准确度高。

方钢管混凝土柱-H型钢梁节点研究

方钢管混凝土柱-H型钢梁节点的结构性能影响钢管混凝土结构在住宅建筑中的推广和应用。在总结方钢管混凝土柱-H型钢梁铰接、半刚接和刚接节点类型的基础上,对目前常用的内隔板节点和新提出的外肋环板节点进行了理论分析与试验研究。基于屈服线理论推导了内隔板节点强度的计算公式,提出了基于静力平衡理论的外肋环板节点的强度计算公式。结合工程实践对这两种节点进行了静力拉伸试验,分析了节点的破坏机制。借助于试件的应变测量,研究了节点的应变分布规律和应力传递机制,得到了荷载位移曲线、节点的屈服强度和极限强度。理论计算结果与试验值分析比较表明,填充混凝土的内隔板节点和外肋环板节点具有较好的刚度和延性。

标准火灾作用后矩形钢管混凝土柱剩余承载力的研究

通过对6个矩形截面钢管混凝土柱按ISO-834标准升温曲线升温作用后的试验,研究火灾作用后矩形钢管混凝土柱的力学性能和剩余承载力.结果表明,在本次试验参数范围内,火灾后裸钢管混凝土柱的承载力损失严重.在确定了钢材和混凝土在高温作用后应力~应变关系模型的基础上,本文计算了火灾作用后矩形钢管混凝土压弯构件荷载~变形关系曲线,理论计算结果得到试验结果的验证.在分析了各参数,如火灾持续时间、构件截面含钢率、钢材种类、混凝土强度等级、荷载偏心率、构件长细比、截面高宽比和构件截面尺寸等影响的基础上,本文提出火灾作用后矩形钢管混凝土柱承载力实用计算方法.

矩形钢管混凝土柱与钢梁的连接节点设计方法

介绍了《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS1 5 9:2 0 0 4)中节点设计的部分内容 ,主要是关于矩形钢管混凝土柱与钢梁连接节点的设计 ,包括梁柱的连接形式、节点抗弯强度的设计方法、节点域的抗剪设计方法 。

矩形与双筒型微生物燃料电池产电特性比较

比较了矩形和双筒型微生物燃料电池(MFC)在电池启动、电池阻抗、阳极上附着的生物量、阳极生物膜的电化学活性、电池性能等方面的差异。双筒型MFC阳离子交换膜面积较大且电极间距较小,因此具有启动快、电池阻抗低、阳极上附着的生物量多、阳极生物膜的电化学活性高等优点,也导致了其比功率较高为(52.54±0.02)W/m3,是矩形MFC的1.33倍。

肋板加强型管节点静力强度研究

在主管与支管相贯处设置肋板是提高圆钢管节点极限承载力的一种方法。本文采用有限元方法,通过对65个加强与未加强的T节点进行模拟和分析,研究了矩形肋板对节点的静力强度的影响。通过对矩形肋板的参数研究发现:在矩形肋板的长度、高度和厚度取值合适的情况下,矩形肋板能够有效地提高节点的承载力,同时给出了矩形肋板几何尺寸选取的建议。最后通过调查研究矩形肋板应力分布情况对矩形肋板进行了优化。研究发现将矩形肋板的一角按照一定的尺寸切割掉,加强节点的承载力基本不变,在实际工程中可采用将矩形肋板一角切掉的新肋板形式。

方钢管混凝土框架滞回性能试验与理论研究

为了研究方钢管混凝土结构的抗震性能,基于一榀三层两跨方钢管混凝土框架的拟静力试验,分析了反复水平荷载作用下框架的滞回曲线,并根据滞回曲线进一步得出了框架顶层骨架曲线及相应的恢复力模型,研究了钢管混凝土框架的延性、强度与刚度的退化等性能.采用非线性有限元分析方法,将恢复力模型应用到混凝土弹性模量退化方程中,并对试验结果进行了计算模拟.结果证明,理论分析结果与试验结果吻合较好.

消能支撑-方钢管混凝土框架结构抗震性能的试验研究

本文设计了一榀消能支撑框架,方钢管混凝土通过不同频率、不同位移幅值下的水平低周反复荷载试验,验证了消能支撑框架优异的消能能力,提出了相关连接构造的设计建议,为中高层钢结构住宅提供了一种新的抗震设计思路。

低周反复荷载作用下矩形钢管混凝土柱与钢梁连接节点的受力性能

本文进行了2种矩形钢管混凝土柱与钢梁连接节点———翼缘全螺栓(BFP)连接节点与外加强环(WFP-BW)连接节点在柱端低周反复荷载作用下的抗震性能试验,分析比较了这2类节点与焊接翼缘板(WFP)连接节点在不同轴压比下的滞回性能、强度与刚度退化、延性比与耗能比、破坏机理与破坏特征,得出了一些有参考价值的结论。

弦管轴向应力对TX型和XX型矩形管节点轴向承载力的影响

管节点通常是弦管和支管都受到轴向力作用,弦管应力可能对节点轴向承载力有显著的影响.本文使用有限元软件ANSYS分析了弦管应力对TX型和XX型矩形管节点轴向承载力的影响,并与相应的平面T型和X型矩形管节点作了对比.采用Lu的方法判定节点承载力.结果表明,弦管拉力对节点承载力的影响可以忽略,而弦管压力则会降低节点承载力,本文计算结果与相关规范有一定差异.

方钢管混凝土桁架K形节点失效模式分析研究

方钢管混凝土结构结合了普通方钢管结构和圆钢管混凝土结构的优点,具有连接方便、可靠的特点,同时由于钢管和内核混凝土的共同工作,可以提高材料的使用效率,从而降低工程造价。对方钢管混凝土桁架中的K形节点进行了有限元分析,得出在正常使用状态下其内核混凝土的应力分布曲线。

矩形钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接节点设计方法

介绍了《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS1 5 9:2 0 0 4)中节点设计的部分内容 ,主要是关于矩形钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接节点的设计 ,包括规程推荐的几种梁柱连接型式。

方钢管混凝土柱外置式环梁节点的联结面抗剪研究

根据方钢管混凝土柱外置式环梁节点的受力特点 ,设计了联结面试件 ,进行了八个联结面试件的抗剪试验 ,变化参数为混凝土强度、加载剪跨比、肋钢筋的布置方式及肋钢筋的直径 .分析了试验现象及试件中钢筋应变发展规律 .试验结果表明 ,这种联结面传力方式可用于工程实践 .并提出了面向工程的联结面设计方法 .

异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点抗震性能研究

为研究异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点的抗震性能,对节点试件进行低周往复荷载试验及ANSYS非线性有限元分析。结果表明:破坏源于节点区钢梁翼缘屈曲,顶底角钢屈服形成塑性铰,节点产生大转动变形;各试件滞回曲线较为饱满,呈倒"S"形,延性系数均大于2.55,节点具有较好的耗能能力;角钢厚度、高强螺栓直径对节点承载力和变形能力影响显著,增大角钢厚度及高强螺栓直径,节点延性系数略有降低,但极限承载力明显提高;有限元节点应力分布及破坏特征与试验现象基本一致,屈服承载力、极限承载力有限元计算值与试验值吻合较好;轴压比对节点抗震性能影响较小,相较于螺栓性能等级,钢材强度等级对节点刚度及承载力影响更为显著。

PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架受弯性能试验

通过3片开孔钢板(PBL)加劲型矩形钢管混凝土桁架和1片矩形钢管混凝土桁架受弯性能试验,研究主管内设PBL及节点支主管宽度比β对桁架破坏模式、支主管应变变化和极限承载力的影响,对桁架竖向挠度限值进行分析,并探讨节点变形对桁架整体变形的影响。结果表明:矩形钢管混凝土桁架和PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架均发生节点破坏,主管内设PBL改变了管内混凝土的开裂模式,有效限制了混凝土裂缝发展,使钢管与混凝土更好地协同受力;矩形钢管混凝土桁架和β分别为0.5,0.75,0.875的PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架的节点变形占桁架整体变形比例分别为33.43%,24.44%,23.69%和21.44%,PBL有效限制受拉支管处主管的外凸变形,使节点变形占桁架整体变形比例减小,提高节点承载力,但对受压支管处主管变形基本无影响;对于矩形钢管混凝土和PBL加劲型矩形钢管混凝土组合桁梁桥竖向挠度限值可参考《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)取为桁架全长的1/500。

无端板矩形钢管混凝土构件基本剪切性能研究

该文进行了8个无端板矩形钢管混凝土构件基本剪切性能试验,考察了截面尺寸和剪跨比(0.3～0.8)对构件抗剪承载力及钢管和混凝土滑移的影响规律。结果表明:剪跨比为0.3时构件发生剪切破坏,随着剪跨比增大,构件破坏模式从剪切破坏逐步向弯曲破坏转化,并且随着剪跨比增大,构件抗剪承载力显著降低,核心混凝土滑移量也呈现减小趋势。同时,用有限元软件ABAQUS对试验结果进行了数值模拟,计算结果与试验结果总体上吻合良好,验证了建模方法的可靠性。在此基础上,研究了钢管与核心混凝土之间的摩擦粘结、构件有无端板及加载主轴方向对矩形钢管混凝土构件基本剪切性能的影响规律。表明钢管与混凝土接触面摩擦系数取0.25时与试验结果符合程度较好;端板对构件荷载-位移关系曲线屈服荷载无太大影响,但对曲线后期强化有一定影响;不同加载主轴方向对构件抗剪承载力有显著影响。

隔板贯通式梁柱节点抗震性能试验研究

设计了低周反复荷载作用下3个十字形足尺隔板贯通式梁柱节点试件(其中2个节点的柱子浇筑了混凝土,1个为空钢管)的拟静力试验。通过研究拟静力试验所得的滞回曲线求得该节点的等效阻尼比,衡量它的耗能能力。从恢复力特性曲线得到了和一次加载相接近的骨架曲线,节点的初始刚度和刚度退化等参数。通过这些从强度、变形和能量等三方面判别和鉴定隔板贯通式梁柱节点的抗震性能,并得出了一些具有参考价值的结论。

方钢管混凝土柱的地震损伤模型

为建立方钢管混凝土构件的双参数损伤模型,通过7根方钢管混凝土柱在低周反复荷载作用下的滞回性能,获得了各构件破坏时的累积滞回耗能,通过回归分析得到了适合方钢管混凝土柱的双参数损伤模型。研究表明:方钢管混凝土柱在模型中的耗能因子β应为0.042;大于圆钢管混凝土柱的耗能因子,方钢管混凝土柱基于累积滞回耗能的损伤比例要远大于圆钢管混凝土柱。模型的建立对于方钢管混凝土结构的抗震设计及震害分析都具有重要的指导意义。