钢框架内嵌连接轻钢龙骨注浆复合墙板结构抗震性能试验研究

轻钢龙骨注浆复合墙板作为建筑工业化的低层承重墙板或高层围护墙板,由于其自重轻、易安装,在工程中有很好的应用前景。然而目前国内外尚缺乏在地震作用下钢框架内嵌连接轻钢龙骨注浆复合墙板结构的试验数据和分析结果。开展了2榀钢框架内嵌连接轻钢龙骨注浆复合墙板结构试件和1榀轻钢龙骨注浆复合墙板试件的水平低周往复加载试验,研究参数为墙板开洞和框架设置,系统分析了结构的受力机制、破坏模式和耗能机理,得到承载力、刚度、延性系数和耗能能力等指标,揭示此类墙板与钢框架在地震作用下的滞回性能和协同受力特性。研究结果表明,钢框架与轻钢龙骨注浆复合墙板采用内嵌式连接方式具有良好的抗震性能和变形能力,在地震作用下具有很好的整体性能和协同受力性能,满足结构抗震设计要求;墙板开洞会对整体结构的初始刚度和抗侧极限承载力有一定削弱。研究成果将为轻钢龙骨注浆复合墙板在国内多、高层装配式钢结构工程中的应用和推广提供参考依据。

半刚性钢框架-冷弯薄壁型钢填充复合墙板结构的计算模型及时程分析

为推广冷弯薄壁型钢填充复合墙板在高层结构中的应用,进一步了解该冷弯薄壁型钢填充复合墙板作为抗侧力构件应用于高层结构中的抗震性能,将冷弯薄壁型钢填充复合墙板引入半刚性钢框架结构中并研究其抗震性能。基于有限元分析软件SAP2000,采用Pivot恢复力模型对冷弯薄壁型钢填充复合墙板进行简化分析,并推导出墙板P-Δ骨架曲线关系公式;采用转角弹簧单元对矩形钢管柱与H形钢梁单边高强螺栓连接节点进行简化分析;并在此基础上建立半刚性钢框架-冷弯薄壁型钢填充复合墙板结构简化分析模型。在此简化基础上,建立1个10层3跨半刚性空框架和3个以墙板布置方式为参数的半刚性钢框架-冷弯薄壁型钢填充复合墙板结构,利用时程分析方法考察了4类框架结构在8度区不同设防水准下的顶点位移、层间位移角等,获悉结构在不同地震作用下的动力响应。研究结果可为后续该结构的抗震性能分析奠定基础。

轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构抗震性能数值分析与试验研究

为研究地震作用下轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构的受力特性和破坏机理,利用ABAQUS有限元分析软件建立了轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构的有限元分析模型,并通过试验验证了有限元分析模型的准确性。分析了钢材屈服强度、填料强度、面板类型、钢带数量以及龙骨立柱间距对轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构抗震性能的影响。研究结果表明:钢框架的钢材强度、面板类型和钢带数量是影响轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构抗剪承载力的主要因素,轻钢龙骨的钢材强度、填料强度和龙骨立柱间距对轻钢龙骨注浆复合墙板-钢框架结构的影响较小。研究成果将为此类结构在设计与施工应用中提供科学依据。

冷弯薄壁型钢填充墙板-装配式混凝土框架结构抗震性能数值分析

为开拓冷弯薄壁型钢填充墙板在装配式建筑中的应用前景,将冷弯薄壁型钢填充墙板引入装配式混凝土框架中,并对其在地震作用下的共同受力性能进行了研究。在对1榀冷弯薄壁型钢填充墙板-装配式混凝土框架结构以及1榀装配式混凝土空框架结构试验分析的基础上,利用有限元分析软件ABAQUS建立了冷弯薄壁型钢填充墙板-装配式混凝土框架结构的数值模型。展开了冷弯薄壁型钢填充墙板-装配式混凝土框架结构在水平力作用下的全过程受力分析,揭示了结构体系在不同应力阶段的发展过程及典型破坏模式。另一方面,对影响冷弯薄壁型钢填充墙板-装配式混凝土框架性能的8个参数展开了进一步的研究与探讨。试验结果表明,轴压比n、混凝土强度fcs以及轻聚合物填料强度flc为影响框架体系抗剪承载力与抗侧刚度的主要因素。同时,提出了一种冷弯薄壁型钢填充墙板抗侧移刚度的简化计算方法,并通过有限元分析结果验证了其准确性。研究结果将为该结构在实际工程中的应用提供依据。

屈曲约束支撑装配式混凝土框架结构抗震性能试验研究

消能减震技术能有效地提高装配式混凝土结构的整体抗震性能,改善其破坏模式。然而,目前对屈曲约束支撑装配式混凝土框架结构尚缺乏试验研究。为了获悉屈曲约束支撑装配式混凝土框架的抗震性能和破坏机理,文章进行3榀屈曲约束支撑装配式混凝土框架和1榀现浇混凝土框架的低周反复荷载试验。研究了地震作用下采用整体式和暗牛腿式预制混凝土梁柱节点的屈曲约束支撑装配式混凝土框架抗震性能,观察和记录试验现象和破坏特征,对各试件的滞回曲线、刚度退化、耗能能力、骨架曲线和延性系数等进行对比分析。试验结果表明:屈曲约束支撑装配式混凝土框架具有良好的耗能能力和延性,能量耗散系数E=1.464～1.759,延性系数μ=3.02～3.61,屈曲约束支撑可以有效地提高装配式混凝土框架的抗震性能,改善其失效模式;研发的支撑与梁柱连接节点的连接构造可以有效地实现屈曲约束支撑与装配式混凝土框架在地震作用下的协同受力。文中研究成果将为屈曲约束支撑在多高层装配式混凝土结构中的设计和应用提供科学依据。

钢管混凝土柱-钢梁单边高强螺栓端板连接框架的拟静力试验研究

为获悉半刚性钢管混凝土框架结构在地震作用下的抗震性能和破坏机理,进行2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢梁单边高强螺栓端板连接框架试件的拟静力试验,包括1个圆形和1个方形钢管混凝土框架。研究柱截面类型和端板类型对框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了框架在低周反复荷载作用下的受力全过程和破坏特征,分析此类结构的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、耗能能力等抗震性能指标,并结合现有规范评价结构的延性。试验结果表明,此类半刚性连接钢管混凝土框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,其延性系数μ=2.41-3.75,能量耗散系数E=0.823-0.955;在柱截面含钢率相同条件下,方钢管混凝土框架试件的极限承载力和耗能能量均高于圆钢管混凝土框架试件;梁柱节点采用单边高强螺栓端板连接具有典型的半刚性特征,连接可靠和耗能效果好。研究成果将为我国装配式组合结构设计理论与应用提供科学依据。

足尺冷弯薄壁管桁架组合墙体抗震性能试验研究

为揭示地震作用下开洞类型和开洞率对冷弯薄壁管桁架组合墙体的抗震性能影响,进行六榀足尺冷弯薄壁管桁架组合墙体的水平低周反复荷载试验,了解其抗震性能和破坏模式,深入研究墙体的水平荷载-水平位移滞回曲线和骨架曲线、强度和刚度退化规律、耗能能力等。结合现有规范,对新型墙体的延性进行评价。试验表明,冷弯薄壁管桁架结构组合墙体具有良好的滞回性能、延性和耗能能力,其中延性系数μ=3.78～6.54,极限状态能量耗散系数E=0.55～0.68;开洞类型、开洞率和蒙皮效应对此类墙体的抗震性能影响较大,在设计中应合理考虑这些因素。双面OSB板对冷弯薄壁骨架结构起到较好的蒙皮效应;墙体开洞会削弱墙体的承载力和刚度,当开洞面积较小时增加四肢柱数量和加强洞口两侧构造可明显提高其受力性能和抗震性能。

带轻质墙板钢管混凝土框架的低周反复荷载试验研究

为了研究地震荷载作用下轻质墙板与钢管混凝土框架的共同受力性能和破坏机理,进行6榀带轻质墙板钢管混凝土框架结构的低周反复荷载试验。研究参数有柱截面类型、墙板厚度、墙板连接形式和墙板类型。详细观察试验过程和结构破坏特征,分析水平荷载-水平位移关系滞回曲线、延性、耗能能力等。研究表明,带片状轻质墙板钢管混凝土框架试件具有良好的抗震性能和延性,能满足结构抗震设计的要求;在地震荷载作用下钢管混凝土框架与轻质墙板(WKP板和NALC板)采用U型卡扣件或钩头螺栓等连接件,具有良好的共同工作性能和安全可靠性,可以在建筑工程中安全应用。

屈曲约束支撑与钢框架节点板连接的抗震性能试验与分析研究

屈曲约束支撑作为耗能减震构件,其与钢框架连接形成屈曲约束支撑钢框架结构体系。然而目前对于屈曲约束支撑与节点板不同连接形式的抗震性能和破坏模式尚缺乏研究。为了获悉不同连接形式对屈曲约束支撑钢框架结构抗震性能和破坏机理的影响,进行5榀屈曲约束支撑与钢框架节点板连接试件的水平低周往复荷载试验,观察试验现象和破坏特征,考察屈曲约束支撑与节点板两端采用销轴连接、螺栓连接、焊接连接和混合连接对钢结构抗震性能的影响,研究屈曲约束支撑与钢框架节点板连接试件的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标,探讨屈曲约束支撑与钢框架节点板转动变形和关键部位的应变规律,分析结构的破坏模式和各构件屈服顺序。结果表明:屈曲约束支撑的芯板先于梁、柱和节点板屈服,试件滞回曲线饱满,表现出良好的抗震性能和延性。文章研究成果以期为屈曲约束支撑钢框架结构设计和应用提供科学依据。

方套方中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓连接节点拟动力试验分析

为揭示中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓连接在地震作用下的动力特性和破坏模式,文章选取典型的中柱节点作为试验模型,进行方套方中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓端板连接节点拟动力试验。研究柱截面空心率、端板形式以及采用可拆卸组合楼板对节点动力性能的影响。获得节点在各工况下的动力特性和破坏模式,分析构件最大位移时程曲线、最大加速度时程曲线、柱顶水平荷载-水平位移滞回曲线,获得阻尼比、刚度退化和累积滞回耗能等抗震性能指标的变化规律。试验结果表明,方套方中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓端板连接节点具有优越的抗震性能和良好的延性,可以在高烈度地区的多高层装配式钢结构建筑中应用和推广。

方套方中空夹层钢管混凝土柱与钢-混凝土梁单边螺栓端板连接节点数值分析

为了揭示方套方中空夹层钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁单边螺栓端板连接的受力性能和破坏机理,通过ABAQUS有限元软件建立了该组合节点的数值分析模型,明确了材料本构关系模型和复杂接触问题。通过水平低周往复荷载试验验证了数值分析模型的准确性,对其破坏模式和滞回曲线进行了评价。考虑了几何参数、材料参数、荷载参数对节点水平荷载-水平位移曲线的影响,讨论了极限承载力和初始刚度的影响规律。研究表明,方套方中空夹层钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁单边螺栓端板连接节点具有良好的抗震性能和受力性能,可应用于高烈度地震区的装配式组合框架;提出的此类型组合节点数值分析方法可用于装配式组合框架的设计与计算。

带球冠形脱空缺陷椭圆钢管混凝土短柱轴压性能与受力机理分析

椭圆钢管混凝土组合构件因具有良好的套箍约束效果、灵活的主次轴刚度分布以及优越的建筑美学效果,近年来被逐渐应用于大跨空间、重载桥梁等实际工程中。然而由于材料特性、施工工艺和服役环境等因素的影响,钢管混凝土结构可能出现脱空缺陷问题,但目前尚未见有关脱空缺陷对椭圆钢管混凝土构件受力性能影响的分析报道。基于带球冠形脱空缺陷椭圆钢管混凝土短柱轴压性能试验,建立了考虑椭圆截面特征和脱空缺陷影响的精细化有限元分析模型。研究了钢材强度、混凝土强度、脱空率、长短轴比和径厚比等诸多因素对其承载力、刚度和延性的影响规律,揭示了球冠形脱空对椭圆钢管混凝土轴压短柱破坏模式、典型荷载-位移曲线、应力-应变分布以及接触应力的影响机制,提出了考虑球冠形脱空影响的椭圆钢管混凝土短柱轴压承载力简化计算公式,并验证了其准确性。研究结果表明,球冠形脱空的出现会显著削弱钢管与混凝土之间的相互作用,进而降低椭圆钢管混凝土短柱的承载力、刚度及延性,且脱空区接触应力的消失可能导致局部钢管率先发生鼓曲凹陷以及脱空区混凝土的脆性破碎。研究结果可为实际工程中带球冠形脱空缺陷椭圆钢管混凝土结构的评估与防治提供科学依据。

屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架抗震试验性能研究

屈曲约束支撑可以有效地提高装配式钢管混凝土组合框架的抗侧移刚度和耗能减震作用。为研究地震作用下屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能和破坏机理,进行两层单跨屈曲约束支撑单边螺栓端板连接钢管混凝土组合框架的水平低周反复荷载试验。考察柱截面类型和端板形式对结构整体抗震性能的影响。记录和研究了此类混合结构的破坏形式和水平荷载-水平位移滞回曲线,分析和评价其骨架曲线、强度和刚度退化规律、延性和耗能等。试验研究表明,在柱截面含钢率相同条件下,抗侧移体系采用屈曲约束支撑,梁柱连接采用单边螺栓端板连接方式,屈曲约束支撑方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始抗侧刚度大于屈曲约束支撑圆钢管混凝土组合框架,但是其延性和耗能能力反之。试验和分析结果表明:屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的抗震性能,较大的可变形能力和耗能能力,可以在多高层建筑结构中应用和推广。

带ALC墙板钢管混凝土框架结构抗震性能试验研究

为了研究地震作用下蒸压轻质加气混凝土(ALC)条板或砌块与钢管混凝土框架的共同受力性能和破坏机理,进行了1榀钢管混凝土框架和3榀带ALC条板或砌块钢管混凝土框架结构试件的低周反复荷载试验。研究参数为墙板厚度、墙板连接形式和墙板类型。观察试验全过程和结构破坏特征,分析试件顶部水平荷载与水平位移关系滞回曲线、延性系数、耗能能力等抗震性能指标。试验研究表明,采用U形钢卡、钩头螺栓和拉结筋等合理构造措施的ALC条板或砌块与钢管混凝土框架在地震作用下可以很好协同工作和共同受力,并具有良好的安全保障,可以在高层组合结构中应用和推广。

单边高强螺栓连接方套方中空夹层钢管混凝土柱组合节点抗震性能试验研究

为了深入研究单边高强螺栓连接中空夹层钢管混凝土柱组合节点的抗震性能和破坏机理,对4个方套方中空夹层钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁单边高强螺栓端板连接节点进行了低周反复加载试验,以端板形式和柱截面空心率为主要试验参数,考察了节点破坏模式和组合楼板裂缝分布规律,研究节点滞回曲线、连接弯矩-转角关系、刚度和承载力退化、延性和耗能等抗震性能指标;通过分析端板、钢梁和节点核心区的应变分布规律,探讨节点的破坏机理。研究结果表明:单边高强螺栓连接方套方中空夹层钢管混凝土柱组合节点具有优越的抗震性能和良好的延性,连接安全可靠,适于高烈度地震区应用。