L形钢管混凝土柱-钢梁节点的抗震性能试验研究及有限元分析

为了研究异形钢管混凝土节点的抗震性能,按照1∶2缩尺比例制作了6根L形钢管混凝土柱-钢梁节点试件。通过低周往复试验,探讨了轴压比、梁柱线刚度比和是否带楼板等因素对节点抗震性能的影响。试验结果表明:试件滞回曲线饱满,试件展现出较好的抗震性能;随着梁柱线刚度比的增大,试件的强度、刚度和延性均有所提高;随着轴压比的增大,其耗能能力也增加,但延性有所下降;此外,混凝土楼板的存在对节点承载力的影响较大。利用ABAQUS有限元软件建立有限元模型进行仿真模拟分析,结果显示,有限元计算结果与试验结果符合度较好,从而验证了有限元建模的准确性,为参数分析提供依据。

内置L-CFRST十字形短柱耐火性能有限元分析

目的 研究内置格构式圆钢管混凝土十字形短柱四处阴角受火下轴压耐火性能。方法 基于ABAQUS有限元软件建立81种不同工况的耐火极限模型,分析火灾荷载比、钢管内混凝土强度、含钢率和钢管强度对耐火极限的影响变化规律,通过正交试验分析得出不同因素对耐火极限的敏感程度,最后提出试件耐火极限简化计算公式。结果 试件耐火极限随火灾荷载比增加呈负相关并且显著降低,其他影响因素均呈正相关,钢管强度对耐火极限影响程度最低;耐火极限理论计算结果与有限元结果符合较好。结论 钢管的约束效应对于试件耐火极限有一定影响,在工程设计时尽量保证约束效应系数大于1.12;选用火灾荷载比为0.4、钢管内混凝土强度为60 MPa、含钢率为0.067 9、钢管强度为390 MPa的组合耐火性能最好。

内置工字形CFRP的高强圆钢管高强混凝土纯弯构件抗弯刚度研究

目的研究内置工字形CFRP型材高强圆钢管高强混凝土纯弯构件的抗弯刚度,为该类构件的设计和工程应用提供参考。方法设计3个CHCFHST-CFRP构件,对其进行纯弯试验;应用ABAQUS有限元软件建立了纯弯构件数值模型,在数值模拟结果与试验结果吻合的基础上,分析各参数对构件抗弯刚度的影响;并且推导了适用于纯弯构件的抗弯刚度和挠度计算公式。结果试件均未出现断裂,钢管也未产生局部鼓曲,卸载后纯弯段有明显回弹;随着混凝土强度、钢管壁厚和型材尺寸的增长,构件抗弯刚度略有增长;与未配置CFRP型材的构件相比,配置CFRP型材后构件的抗弯刚度有了明显的增长。结论试件整体呈弯曲破坏模态,具有良好的变形能力,具有较强的耗能能力及刚度退化能力;利用笔者推导的公式得到的计算值与试验结果吻合较好,公式可用来计算此类构件的抗弯刚度与挠度。

异形多腔钢管混凝土分叉短柱抗震性能试验及数值计算

针对某超高层巨型框架结构中异形截面多腔钢管混凝土(concrete-filled steel tube, CFT)分叉柱,为研究截面加强构造对分叉短柱抗震性能的影响,进行了4个试件在竖向轴压力及水平往复两次的低周反复荷载下的抗震性能试验研究,试件上部为五边形四腔体钢管混凝土双柱肢,下部为八边形十三腔体钢管混凝土单柱肢,以此形成分叉柱;研究的截面构造包括四种:基本构造,钢管钢板整体加厚构造,距中和轴较远的钢管角部钢板内表面贴焊等肢角钢的局部钢板加厚构造,距中和轴较远的钢管腔体内置圆钢管构造。基于试验结果及截面构造特点,进行了数值计算。试验及数值计算结果表明:异形截面多腔钢管混凝土分叉短柱的破坏主要发生在上柱根部分叉截面处,表现为距离中性轴较远处的钢板撕裂以及局部焊缝开裂引起的整块钢板撕裂;内置圆钢管的加强构造承载力提高7.6%、变形能力提高14.4%,综合耗能能力最强,局部钢板加强构造承载力提高9.2%、变形能力下降18.7%,钢管钢板整体加厚构造承载力略有提高、但变形能力下降较多;提出的异形多腔钢管混凝土柱简化建模方法计算效率较高,精度满足工程设计要求。

方钢管混凝土组合异形柱框架-钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

通过对一榀1∶2的方钢管混凝土组合异形柱(SCFST柱)框架-钢板剪力墙模型进行拟静力试验和有限元数值模拟,并与SCFST柱框架-支撑结构拟静力试验的结果进行对比,研究SCFST柱框架-钢板剪力墙结构体系的抗震性能.结果表明:试件表现出钢板剪力墙先屈曲,钢梁后产生塑性铰的屈服机制;试件滞回曲线包围面积大,有明显捏缩现象,骨架曲线呈S形;试件承载能力和刚度较高,延性较好,耗能能力随加载进程增大,强度退化不明显,破坏阶段仍保持较高承载力和耗能能力;试件与SCFST柱框架-支撑结构相比,抗震性能较优.有限元模型破坏特征与试验基本一致.

方钢管混凝土柱-H型钢梁组合节点抗震性能试验

目的研究不同参数下的隔板贯穿式方钢管混凝土柱-H型钢梁组合节点的抗震性能.方法对2组共6个隔板贯穿式方钢管混凝土柱-H型钢梁足尺节点试件进行低周往复荷载试验,并且完成节点的非线性有限元分析,明确各试件的破坏过程及特征,并对节点的承载力、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标进行分析.结果隔板贯通节点滞回曲线饱满,具有较强的耗能能力,同时从强度和刚度退化曲线中可以观察到退化现象,并且满足"强柱弱梁,强节点,弱杆件"的设计原则.结论改变贯穿隔板的厚度对节点的抗震性能、延性性能以及刚度和强度退化影响不是很明显,但是随着隔板厚度的增加节点的抗震性能逐渐增强;改变贯穿隔板的外伸长度对节点的抗震性能有一定的影响.

花瓣形钢管混凝土柱轴压受力机理和承载力研究

花瓣形钢管混凝土柱具有造型美观的优点,为具体研究其受力机理和承载力,定义了其截面组成,提出了截面偏移比和截面对称系数以反映花瓣形截面性质,提出在花瓣柱中设置十字形加劲肋以增强其组合效应。基于某工程中墩柱和有限元模型,研究了花瓣形钢管混凝土短柱在轴压荷载作用下的受力机理,分析了加劲肋厚度、混凝土强度、钢材强度、加劲肋开孔直径和间距等参数对轴压性能的影响,研究了加劲肋厚度与钢管壁厚的匹配关系。根据理论分析和大量有限元参数分析结果,建议了加劲肋厚度与钢管壁厚之比和钢管名义径厚比的取值范围,提出了花瓣形钢管混凝土短柱的轴压承载力计算式。

L-CFST柱-钢梁中节点抗震性能试验和有限元分析

基于高层L形钢管混凝土组合异形柱(L-CFST柱)住宅结构体系,对两侧连接形式不同的中节点试件进行抗震性能研究.首先,对2个轴压比不同的足尺节点试件进行往复加载试验,对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力及应变分布等进行对比分析.结果表明:试验的破坏主要发生在扩翼缘式端板连接处端板的鼓曲和拉裂,钢梁翼缘连接板圆弧过渡处的局部屈曲及开裂等,外肋环板式连接只出现了竖向肋板端部处钢梁翼缘连接板的轻微开裂.扩翼缘式端板连接与外肋环板式连接的刚度接近,但承载力相差较大.通过建立三维非线性有限元模型,并与试验结果进行对比分析,验证了有限元模型的准确性,并对影响扩翼缘式端板连接承载力的4种因素进行了参数化分析.

钢管混凝土异形柱-钢梁节点恢复力模型研究

为了兼顾钢管混凝土异形柱节点的抗震性能和整体美观性,提出一种新型侧板连接T形钢管混凝土柱-钢梁节点。对7个节点试件在低周往复荷载作用下的抗震性能进行试验研究,考虑了有无侧板、不同侧板长度、有无约束拉杆和不同轴压比四种影响因素,并观察节点的破坏过程,记录试件的滞回曲线及骨架曲线。试验结果表明:试件的破坏模式分为有侧板连接试件的梁铰破坏和无侧板连接试件的柱铰破坏;新型侧板连接T形钢管混凝土柱-钢梁节点试件的滞回曲线饱满,抗震性能良好。基于试验结果,利用极限荷载和其所对应的位移进行无量纲化处理得到三折线型骨架曲线模型,分析各试件的刚度退化规律及滞回规则,建立新型T形钢管混凝土柱-钢梁节点的恢复力模型,对比试验结果验证了所提出的恢复力模型的正确性,为此类节点抗震性能的深入研究奠定了基础。

钢-混凝土组合结构构件工作性能的研究进展

钢-混凝土组合结构构件具有承载力高、塑性韧性好、抗火性能优于钢结构等诸多优点.为了研究其构件的力学性能和工作机理,对钢管混凝土构件、型钢-钢管混凝土构件、钢管混凝土叠合构件、中空夹层钢管混凝土构件工作性能的研究现状进行了总结,对钢-混凝土组合结构构件的研究方向进行了展望.

复式钢管混凝土T形件单边螺栓节点承载力研究

T形件单边螺栓连接节点应用到复式钢管混凝土结构中可充分利用双层钢管的截面特点,传力性能好且抗震性能高。对5个节点试件进行柱端水平往复加载试验并进行了数值模拟分析,试验中T形件因加肋方式不同出现了3种变形特征,而节点整体的破坏形态均为T形件屈服后钢梁塑性变形,数值模拟结果与试验结果吻合较好。根据试验和有限元结果分析了节点传力构件的受力机理,提出T形件受拉模型,分别计算T形件翼缘和加劲肋提供的抗弯承载力,从而得到节点的抗弯极限承载力计算公式,计算结果与试验结果误差较小,与数值模拟结果也十分相近。研究结果表明采用T形件受拉模型计算的节点承载力公式适用于T形件与单边螺栓强度相匹配的情况,T形件加肋形式对节点极限承载力影响最大,其次为T形件翼缘厚度,T形件腹板厚度影响很小;此外随着T形件翼缘厚度的增加节点承载力提高越来越小,故得出了单边螺栓直径与T形件翼缘厚度的最大临界值和最佳匹配值,为该节点工程应用提供理论参考和设计依据。

钢骨-组合L形钢管混凝土柱的轴压承载力

采用统一强度理论对轴心受压钢骨组合L形钢管混凝土短柱的核心混凝土、型钢钢骨在三向受压应力状态下的轴向极限承载力进行分析;根据截面形状组成特点,将L形钢管分为一个矩形和一个方形,通过考虑宽厚比对钢管的影响和引入考虑尺寸效应影响的混凝土强度折减系数,将钢管长短边非均匀约束等效为环向均匀约束,推导并建立了轴压短柱的承载力公式;在此基础上,参照钢结构设计规范,建立了中长柱轴压承载力公式。计算结果与试验结果吻合较好,验证了理论公式的正确性,并进行了短柱轴压承载力参数分析,得到了参数k及材料拉压比α、含骨率ρ对承载力的影响。结果表明:该计算式具有良好的适用性和广泛的应用性,对试验所提出的公式进行了理论上的补充。

装配式轻钢框架-轻钢桁架结构振动台试验研究

为研究装配式轻钢框架-轻钢桁架结构的抗震性能及桁架式"L"形柱的震坏机理,进行了一座两层房屋的足尺模型振动台试验.对模型进行42个工况的地震波输入,运用模态分析理论识别了模型结构的动力特性,分析了加速度响应、位移响应和应变响应的变化规律.研究表明:在地震波加速度峰值从0.07g逐渐增大到0.9g的过程中,结构自振频率逐步下降;加速度放大系数逐渐降低;最大层间位移出现在首层,在8度基本地震动和8度罕遇地震动时的最大层间位移角分别为1/268和1/164,低于多层钢结构的弹性层间位移角限值和弹塑性层间位移角限值;结构能满足"两阶段、三水准"的抗震设防要求.模型中的桁架式"L"形柱在8度基本地震动时处于弹性状态,在8度罕遇地震动时有部分桁架节点处焊缝开裂并进入塑性状态,在9度罕遇地震动时结构塑性变形加大但仍有一定安全储备,在9度极罕遇地震动时刚度严重退化.结构在经历了渐进的塑性变形过程后,仍保持一定的承载能力,具有较好的延性,可在高设防烈度地区应用.

SCFST柱框架-支撑结构恢复力模型

通过对SCFST柱框架-支撑结构进行拟静力性能研究发现,支撑、梁、柱依次发生破坏,结构破坏机制合理,滞回曲线呈梭形,无捏拢现象,耗能能力良好,骨架曲线的下降过程较为平缓,延性较好,结构在整体上表现出较好的抗震性能,有限元数值模拟与试验结果符合程度较高,验证了有限元模型的正确性。主要研究支撑两边柱的轴压比、单肢柱不同组合截面形式和框架-支撑结构中支撑钢管的刚度等因素,基于大量的有限元数值模型对其进行分析,得到了SCFST柱框架-支撑抗侧力结构的恢复力模型。运用回归分析方法建立结构的三折线骨架模型,明确了SCFST柱框架-支撑结构的滞回和退化规律,建立了此体系框架-支撑结构简化的滞回模型,并与试验结果进行对比分析,二者骨架曲线基本一致,滞回环形状均呈近似的平行四边形,吻合度较高。

钢管混凝土柱-钢梁框架边节点有限元分析

文中利用ABAQUS对多层框架结构中存在空鼓的内隔板式矩形钢管混凝土柱-H型钢梁边跨节点,从钢管壁厚、轴压比两个变量因素进行模拟对比分析研究,结果表明在弹性阶段范围内,节点随着钢管壁厚的增加,钢管混凝土柱对边存在空鼓的试件的刚度逐渐增加,承载力有所提高;节点随着轴压比的增加,极限承载力、强度、刚度、抗震性能有所减弱,但是延性变形能力稍有增加。

高强钢管混凝土柱-H型钢梁框架抗震性能参数化研究

方钢管混凝土柱-H型钢梁框架结构因承载能力高,耗能能力强而被广泛应用。在框架中采用高强钢和高强混凝土可以进一步提高力学性能,减少梁柱设计截面。本文利用ABAQUS有限元软件对现有论文中普通强度钢管混凝土柱-钢梁框架进行了精细化建模分析。首先通过与试验数据进行对比,从而保证有限元模型的准确性;在此基础上通过改变钢管混凝土柱钢材强度、混凝土强度,钢梁钢材强度等进行参数化分析。分析结果表明:提高梁、柱的钢材强度对于结构的弹性刚度几乎无影响,但是钢材强度的提升明显地提高了框架的承载力和延性,柱钢材从Q355提高到Q690,框架的抗侧承载力提高了51.8%;混凝土强度的提升提高了框架的弹性刚度和承载力,但延性有所下降。

异形钢管混凝土柱-钢梁节点研究

介绍了梁柱节点的3种连接形式,并对当前现有节点进行了比较分析,讨论了其在异形钢管混凝土柱结构体系上使用的可能性,指出现有节点有些不适用于异形钢管混凝土柱框架结构体系,能够使用的也不能完全达到预期的效果。对比分析确定穿芯式节点比较符合要求,并简要介绍了异形钢管混凝土柱框架节点的研究现状。最后对该节点后续的研究提出了一些看法和建议。

钢管混凝土柱-U形组合梁内隔板节点的性能分析

U形钢-混凝土组合梁是近年来出现的一种新型组合梁,其具有承载力高、装修方便等优点。目前对其研究较少,尤其在与框架柱的连接节点方面。采用Abaqus有限元软件对U形组合梁和方钢管混凝土柱内隔板形式节点进行了受力机理和参数化分析。分析结果表明,此类节点具有良好的变形能力;钢管柱壁宽厚比、组合梁截面高度和配筋率对节点承载力影响显著。

多工况荷载作用下内嵌H型钢钢管混凝土柱的受力性能

在简单钢管混凝土组合柱中内嵌H型钢,形成新型组合结构柱,为研究新型组合结构柱的受力性能,对其进行纯弯、压弯、扭弯、压弯扭4个工况的试验研究。为满足试验过程中的加载需要,设计制作了一套适用于多工况模拟的加载装置。在复杂荷载加载中,对于有轴压参与的工况,控制轴压比为0.24;对于有扭弯的工况,控制扭弯比为0.34。通过对4个试件的加载试验,分析其扭矩-扭转角滞回曲线、弯矩-位移滞回曲线、扭矩-扭转角骨架、弯矩-位移骨架、力学特征及刚度退化等指标,对结果及其产生机理进行分析。结果表明,在复杂荷载作用下,该新型组合结构柱受力性能良好。基于试验结果提出在工程实际中使用该新型结构柱的基本建议。

基于单位荷载法的钢管混凝土组合异形柱计算长度系数研究与验证

为解决钢管混凝土组合异形柱在进行构件稳定验算时计算长度系数不明确的问题,利用有限元软件Midas/Gen,采用单位荷载法在钢管混凝土组合异形柱框架-支撑结构整体模型下进行特征值屈曲分析,并通过欧拉公式反算得到钢管混凝土组合异形柱的计算长度系数.研究了网格划分、楼板、短梁对单肢柱计算长度系数分析结果的影响,结果表明各层异形柱沿其高度方向划分为10段、连接板宜沿其宽度方向划分为2段,同时去掉模型中的楼板、短梁可提高结果的安全度和软件分析速度.在上述分析结果基础上,建立了考虑组合异形柱网格划分、去掉模型中的楼板、短梁的整体结构模型,分析了不同异形柱平面位置、所在楼层、梁截面尺寸和楼层总数等因素影响下的单肢柱计算长度系数,结果表明:单肢柱计算长度系数随着所在楼层的上升呈现增大趋势,8~20层单肢柱计算长度系数随梁截面的增大而减小,大部分楼层的单肢柱计算长度系数随楼层总数减少而增大.根据所得数据,基于安全性和计算简便的考虑,给出了各层钢管混凝土组合异形柱中单肢柱计算长度系数建议值.基于计算长度系数的建议取值,分析得到整体模型中各单肢柱的应力比,并与直接分析设计法得到的应力比进行了对比,结果表明两种方法得到的应力比相差不大,验证了本文提出的计算长度系数建议值的可行性.