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。

半刚性梁柱组合节点的研究现状

全面介绍了半刚性梁柱组合节点的研究现状和发展趋势,包括试验研究、理论分析模型和滞回模型等几个方面,指出了需要进一步研究的问题和方向。

平端板连接半刚性梁柱组合节点的弯矩-转角模型

目的研究半刚性连接弯矩-转角关系,为半刚性组合框架设计提供依据.方法采用连接弯矩-转角关系的数学模型模拟方法,并利用4个平端板连接半刚性梁柱组合节点的拟动力试验和低周反复荷载试验的结果进行验证.结果给出了平端板连接半刚性梁柱组合节点弯矩-转角关系的模型,包括单调加载和循环加载模型.在单调荷载作用下,连接的弯矩-转角关系曲线有三线性和幂函数两种形式;在循环荷载作用下,给出的连接滞回模型同样包含两种形式:第一种,骨架曲线采用与单调荷载作用下相同的三线性形式,滞回曲线采用最大点指向形式;第二种,骨架曲线采用与单调荷载作用下相同的三参数幂函数形式,而滞回曲线同前.结论与现有试验数据的比较表明,给出的平端板连接弯矩-转角关系模型与试验结果吻合较好,可供工程设计使用.

平端板连接半刚性梁柱组合节点的抗弯承载力Ⅰ:负弯矩作用

基于现有试验数据以及组合节点抗弯承载力的研究成果,利用塑性分析方法和组件法,提出一种平端板连接组合节点承受负弯矩作用时,其塑性抗弯承载力的计算方法。探讨组合节点的实效模式,给出其各组件承载力的计算方法,组件包括钢筋、螺栓、柱腹板、梁翼缘、混凝土楼板等。考虑中和轴出现的6种位置:混凝土楼板内;钢梁上翼缘内;钢梁腹板内,所有螺栓受压;前m-1排螺栓受拉,第m排部分受拉,其余受压;1～m排完全受拉;只有钢梁下翼缘受压。该方法可以考虑节点承受非对称荷载作用的情况以及作用在连接上的剪力、高强度螺栓撬力等因素的影响。如果将组合连接的配筋率取为零,不考虑组合楼板的影响,使用该方法同样可以计算平端板连接梁柱纯钢节点在承受负弯矩作用时的抗弯承载力。

平端板连接半刚性梁柱组合节点的抗弯承载力Ⅱ:正弯矩作用

基于现有试验数据以及组合节点抗弯承载力的研究成果,利用塑性分析方法和组件法,提出一种平端板连接组合节点承受正弯矩作用时,其塑性抗弯承载力的计算方法。探讨组合节点的实效模式,给出其各组件承载力的计算方法,组件包括螺栓、柱腹板、梁翼缘、混凝土楼板等。考虑中和轴出现的5种位置:混凝土楼板内;钢梁上翼缘内;钢梁腹板内,所有螺栓受拉;前m-1排螺栓受拉,第m排部分受拉,其余受压;1～m排完全受拉。该方法可以考虑节点承受非对称荷载作用的情况以及作用在连接上的剪力、高强度螺栓撬力等因素的影响。如果不考虑组合楼板的影响,使用该方法同样可以计算平端板连接梁柱纯钢节点在承受正弯矩作用时的抗弯承载力。

人工颈椎间盘结构、材料及体外生物力学的研究进展

背景:人工颈椎间盘置换作为颈椎疾病治疗的全新方法,正逐渐得到临床广泛认可,其使用的植入器械--人工颈椎间盘还需更深入研发及验证。目的:综述了现有人工颈椎间盘产品的结构、材料及体外生物力学研究,并对未来发展状态进行展望。方法:以"artificial cervical disc,prothesis,structure,material,biomechanical study"为英文检索词检索Pubmed数据库,以"人工颈椎间盘,假体,结构,材料,生物力学"为检索词检索CNKI数据库,纳入人工颈椎间盘结构设计、材料设计及体外生物力学评估相关工作,主要整理近5年来有关研究,排除重复性工作,重点对36篇文献进行分析讨论。结果与结论:现有人工颈椎间盘产品主要采用金属-聚合物(MOP)结构,以半限制型和非限制型居多,尺寸系列已较完善,且全为进口产品。通过对现有产品进行分析与总结,提出人工颈椎间盘在新结构设计、面向种群设计和材料改进3个方向有重大发展空间,材料改进可以从终板材料、髓核材料、表面喷涂材料几方面考虑。

端板型钢管混凝土半刚性组合节点拟动力试验

为了获悉地震作用下半刚性钢管混凝土组合节点的抗震性能和破坏形式,进行了2榀足尺钢管混凝土柱—组合梁单边螺栓端板连接组合节点拟动力试验。研究参数为端板类型。以Ispara地震波作为模拟地震拟动力试验的激励输入,对在地震作用下组合节点的荷载-位移关系滞回曲线、位移时程反应曲线、加速度时程反应曲线、动力放大系数、刚度和强度退化、耗能能力等进行了深入的分析,比较了平齐端板连接和外伸端板连接对组合节点抗震性能的影响。试验研究表明,端板型钢管混凝土半刚性组合节点具有良好的耗能能力和抗震性能,可以在多高层组合框架中推广和应用。

方钢管混凝土框架抗震性能试验研究与非线性有限元分析

为研究采用穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的抗震性能,制作了3榀方钢管混凝土框架试件,通过低周反复荷载试验,研究了框架的抗震性能,分析了轴压比、梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。在考虑几何、材料及接触非线性的基础上,采用有限元软件ABAQUS 6.10对试验框架进行了低周反复荷载作用下的精细化数值模拟。与试验结果的比较表明,数值分析结果与试验结果吻合较好,具有较好的精度,可用于方钢管混凝土框架的分析。基于数值分析结果,剖析了框架梁柱连接节点、柱脚等关键受力部位的应力发展过程,明确了框架的受力机理和破坏机制。

冷弯方钢管柱-H型钢梁外伸端板单向螺栓连接节点性能试验研究

为研究冷弯方钢管柱-H型钢梁外伸端板单向螺栓(hollo-bolt)连接节点的静力性能,对3个足尺寸的边柱节点进行了静力加载试验,试验研究参数为端板厚度和柱壁厚度。通过分析试验现象得到了不同端板厚度、柱壁厚度下单向螺栓连接节点的静力性能及破坏机理等,绘制了弯矩-转角曲线,对节点核心区各组件的应力-应变曲线进行了详细的分析。研究结果表明:随端板厚度增加,节点承载力不断增加,当端板厚度达到16mm后,端板厚度不再是节点承载力控制的主要因素;在其他条件不变的情况下,柱壁厚度对节点承载能力及转动能力有显著影响,柱壁厚度增加可有效提高节点刚度和承载能力。节点的极限转角较大,节点具有良好的变形能力,破坏形态主要有端板弯曲变形、单向螺栓套筒剪断和柱壁鼓曲变形破坏3种。

考虑约束组合梁与组合节点相互作用的结构火灾反应分析

提出了考虑组合节点与约束组合梁相互作用的实用抗火计算方法。此方法考虑了由结构整体性产生的悬链线效应对组合梁临界温度的影响,考虑了非线性变化的端部约束对组合梁高温行为的约束和影响。最后利用试验结果对这种考虑约束组合梁与组合节点相互作用的结构火灾反应分析方法进行了验证。此方法为多层、高层建筑钢结构抗火反应分析及结构抗火设计提供了实用手段。

节点的构造对火灾下节点响应的影响

采用非线性有限元分析方法对两侧均为负弯矩作用下外伸端板连接的中节点火灾下的破坏模式进行了数值分析.研究发现端板厚度对节点破坏模式有很大的影响,设置承压加劲肋可防止柱腹板的局部屈曲,减小柱腹板的剪切变形,提高结构的耐火能力.

平端板连接半刚性梁柱组合节点的转动能力

本文在现有研究成果基础之上,针对连接分别承受正、负弯矩作用的情况,给出了平端板连接梁柱组合节点转动能力的计算方法,考虑了钢筋的伸长变形、螺栓的伸长变形、栓钉的滑移变形、混凝土楼板的压缩变形等因素。利用本文给出的方法计算得到的连接转角,是组合节点转动能力的下限值。

外端板加强式钢管混凝土柱梁焊接节点受力性能分析

针对方形钢管混凝土柱与钢梁穿芯螺栓-加劲端板节点在反复荷载作用下易发生螺栓松动甚至断裂的问题,提出外端板加强式柱梁焊接节点。基于外端板加强式钢管混凝土柱-钢梁焊接节点抗震性能试验结果,运用ABAQUS对其抗震性能进行有限元分析,并与试验结果进行对比,进而对影响该类型节点受力性能的因素予以分析。研究结果表明:有限元分析的节点破坏模式、滞回曲线与试验结果吻合较好;加劲肋对节点的破坏模式、承载力与变形能力影响较大;柱子轴压比与钢梁腹板厚度对节点的承载力与变形能力有一定影响;混凝土强度与外端板厚度对节点承载力与变形能力影响较小。试验研究与有限元分析结果均表明,该类型节点承载力与变形能力等抗震性能指标良好,可在地震设防区应用。

正弯矩作用下外伸端板连接钢管混凝土节点的承载力计算

基于力学平衡原理,利用塑性分析方法,考虑不同塑性中和轴位置,获得了在正弯矩作用下此类组合节点的承载力计算方法.将试验结果与所得计算公式进行比较,简化计算方法的结果具有一定的准确性,且偏于保守.结果表明:该计算方法可以用于半刚性钢管混凝土组合框架设计.如果不考虑楼板影响,可以计算外伸端板连接的钢管混凝土框架节点的抗弯承载力.

端板型钢管混凝土组合节点弯矩-转角关系模型

弯矩-转角关系组合节点的主要力学性能,反映了的转动能力、初始刚度和承载力,对结构的极限承载力、变形和整体性产生影响.参照EC3规范,结合半刚性钢管混凝土组合节点的性能,得出了单调荷载作用下组合节点弯矩-转角关系曲线模型,并且在此基础上得到了组合节点在循环荷载作用下弯矩-转角关系模型.

隧道装配式空间网架螺栓端板节点力学特性及施工技术体系研究

为解决复杂城市环境下浅埋大断面隧道施工进度慢、机械化程度低、安全风险高等难题,借鉴"及时支护,强支护"的控制理念,设计出一种高强度、大刚度的装配式空间网架支护结构。为明确该结构作为隧道初期支护的变形特性和力学机制,优化构造参数,该文综合考虑主肢钢管直径和壁厚参数变化的影响,开展空间网架螺栓端板节点构件的抗弯承载性能研究,就变形破坏形态、极限承载力、弯曲挠度及应力应变演化规律进行了深入分析。研究结果表明:在整个荷载-挠度历程曲线中,空间网架结构经历了弹性增长阶段、塑性发展阶段和最终破坏阶段;增加钢管直径和壁厚,均能不同程度上提高结构的极限承载力和抗弯刚度,改善构件的应力应变状态,其中钢管壁厚对新型支护结构的力学性能影响更为显著;现场试验表明空间网架整体受力呈现"上大下小""不均匀对称"的特点,拱肩及拱顶部位应力普遍较大,拱腰部位次之,下台阶拱脚最小;拱架安装机械化显著提升了立拱效率,提高了机械化作业水平,保障了施工安全。研究成果不仅丰富了地下结构支护形式,还为该结构在相关工程中的结构设计、参数优化及推广应用提供借鉴。

门式刚架端板连接节点在加劲肋作用下的性能研究

目前国内端板连接计算还没有设计规范,理论方面也在探讨研究中。我国现行规程关于端板连接承载力的设计计算方法还没有考虑端板加劲肋对节点承载力的影响。采用通用有限元软件ANSYS 10.0综合考虑三重非线性的影响,同时考虑螺栓预拉力的影响,对考虑端板厚度、端板加劲肋的设置、螺栓直径、摩擦系数等参数不同的3个系列28个门式刚架梁柱节点试件进行有限元数值模拟,对连接节点的性能进行分析研究,提出设计建议以供参考。

外伸式端板连接钢-混凝土组合节点抗震受剪承载力

为了进一步研究外伸式端板连接型钢-混凝土组合节点的受力特点、破坏形态以及节点的抗震受剪性能,进行了7个外伸式端板连接节点的低周反复荷载作用的试验,对其破坏形态进行了分析,提出了可供实际工程参考使用的节点核心区抗震受剪承载力计算公式;对比分析了不同的螺栓数量、排列方式和螺栓直径的节点抗震受剪承载力值及耗能能力,给出了相同的螺栓排列方式,指出螺栓直径大的其抗震承载力高,并指出三行三列螺栓排列方式的节点是外伸式端板连接钢-混凝土组合节点最为合理的节点形式。

钢管柱-钢梁螺纹锚固单边螺栓端板连接受力性能

在钢管柱柱壁和内置H形钢翼缘上设置带有螺纹的螺栓孔,来替代传统梁柱端板连接中高强螺栓的螺母。将高强螺栓直接拧紧在螺纹孔上,可实现钢管柱-钢梁节点的单边连接,简化安装过程。采用有限元方法研究了带有内置H形钢的螺纹锚固单边螺栓端板连接钢管柱-钢梁节点的破坏模式和承载力,并分析了钢管柱柱壁厚度、内置加强H形钢翼缘厚度和高强螺栓直径对节点受力性能的影响。分析结果表明:内置H形钢翼缘板上螺栓孔内的螺纹增大了螺栓孔对高强螺栓的锚固,有效地避免节点发生螺栓拔出破坏;当螺纹所在钢板的厚度大于螺栓直径时,螺纹孔对高强螺栓能提供足够的锚固力,避免发生螺栓拔出破坏;节点破坏模式主要为钢梁端板破坏和高强螺栓破坏。

贯通式梁-柱端板连接节点滞回性能的组件法模型

采用组件法建立了能够反映贯通式梁-柱端板连接节点滞回性能的数值分析模型。模型中考虑了包括梁腹板、梁翼缘、端板及端板加劲肋在内的基本组件对节点滞回性能的影响。通过ABAQUS软件实现了无端板加劲肋和有端板加劲肋两种不同构造形式下的组件法模型的计算。组件法计算结果与实体单元模型计算结果基本吻合,证明了组件法模型可以用来预测贯通式梁-柱端板连接节点在往复荷载下的力学行为。