T形钢管混凝土柱-工字钢梁框架顶层边节点抗震性能试验研究

选择T形截面钢管混凝土异形柱-工字钢梁框架顶层边节点为研究对象,按1∶2的缩尺比例设计并制作3个“弱节点”模型和1个“强节点”模型,通过施加恒定轴压比的竖向荷载和低周往复水平荷载,对节点模型进行加载破坏试验,观察节点模型的受力过程和破坏形态,得到水平荷载-柱端位移滞回曲线和骨架曲线,分析节点荷载特征值、延性、耗能以及刚度退化等。试验结果和分析表明：弱节点试件破坏形态主要为节点核心区在剪压复合应力作用下的剪切破坏,随轴压比增大,试件受剪承载力提高,但其延性和耗能能力有所下降;强节点试件破坏形态为钢梁的局部屈曲破坏,节点区基本完好,滞回曲线饱满,延性系数为3.89;合理地设计钢管混凝土异形柱-钢梁框架边节点,可满足抗震延性要求,实现“强柱弱梁,节点更强”的抗震设计目标。     

碳纤维布加固震损方钢管混凝土框架边节点抗震性能试验研究

为了研究碳纤维布加固震损钢管混凝土柱-钢梁框架节点的抗震性能,按1:2的缩尺比例设计并制作4个方钢管混凝土柱-钢梁框架边节点试件,进行了预损加载、碳纤维布加固和节点加固后的低周往复荷载破坏试验。研究了碳纤维布加固震损节点的有效性,探讨了不同震损程度对加固效果的影响。通过对节点试件的滞回曲线、骨架曲线、碳纤维布应变、延性、耗能能力、刚度退化及承载力退化等参数分析可知:碳纤维布加固方钢管混凝土柱-钢梁框架边节点,保证了"强柱弱梁"的抗震延性设计目标的实现,破坏形态均为钢梁弯曲破坏;碳纤维布加固提高了节点试件承载力,抗震性能得到明显改善;在一定损伤程度情况下,加固节点恢复并超过受损前的抗震性能。     

T形钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点抗震性能试验研究

为研究T形钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点的抗震性能,取再生骨料取代率为100%,根据现行规范制作了3个节点试件模型并进行了拟静力试验。研究轴压比对节点抗震性能的影响,观察节点在加载全程中的破坏过程,分析滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、耗能能力及核心区剪切变形等抗震性能指标。结果表明:节点的破坏形态大体相似,表现为钢梁出现塑性铰的局部屈曲破坏,满足了"强柱弱梁、强节点弱杆件"的抗震设计要求;轴压比对节点的极限承载力和延性有一定影响,轴压比越大,节点的极限承载力越高,但延性和耗能能力会降低,且刚度退化越严重;节点的滞回曲线饱满、具有良好的抗震性能,可在抗震设防区及其他地区推广该类节点的使用。     

L形钢管混凝土框架结构抗震性能试验研究

为了探讨L形钢管混凝土柱 钢梁框架的抗震性能,进行了4个1/2.5缩尺比例两层单跨L形钢管混凝土柱 钢梁空间框架的拟静力试验研究,主要考察了柱轴压比（n=0.4,0.6）、加载方向（β=0°,45°）对试件抗震性能的影响,对结构的破坏形态、破坏机制、滞回曲线、结构塑性铰出现的位置及次序、位移延性和耗能能力等性能进行了研究。试验结果表明：结构的破坏形态基本相同,梁端先屈曲,形成塑性铰,然后柱脚核心混凝土开裂压碎,钢管屈曲,形成塑性铰,节点核心区没有出现破坏现象,满足“强柱弱梁、强节点”的抗震设计要求;结构的滞回曲线呈饱满的梭形,强度和刚度退化不明显,变形能力和耗能能力较强;结构的延性较好,正向和反向的位移延性系数均大于4.0;轴压比对结构的抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,框架的位移延性和耗能能力降低。     

高轴压比下复式钢管混凝土柱 钢梁连接节点抗震性能试验

为了研究高轴压比下复式钢管混凝土柱 钢梁连接节点的抗震性能,按照现行规范设计了3个强柱弱梁型复式钢管混凝土外环板节点试件,进行了低周往复加载试验,研究其在高轴压比下的破坏形态、承载能力、变形能力以及耗能能力等。结果表明:增加水平环板的宽度可以有效提高节点的延性;锚固腹板加肋可以增加梁柱连接节点的初始刚度,增强节点的整体性,从而提高节点的承载能力和耗能能力;节点试件的破坏表现为钢梁翼缘首先发生屈服,随着水平荷载加大,试件同时出现梁端塑性铰和柱端塑性铰的破坏形态,锚固腹板加肋和水平环板加宽的试件在加载后期出现明显的柱端压弯破坏,各节点核心区应力较小,基本处于弹性阶段,因此高轴压比下复式钢管混凝土柱 钢梁连接节点可实现强节点要求,但不能满足“强柱弱梁”的抗震设防要求。     

内置圆钢管混凝土的异形柱-组合梁装配式中节点抗震性能试验研究

为研究内置圆钢管混凝土的异形柱-组合梁装配式中节点抗震性能,进行了3个足尺内置圆钢管混凝土的异形柱-组合梁装配式中节点试件的低周往复加载试验,试件变化参数为柱轴压比,分析了试件的破坏形态、滞回性能、刚度退化、耗能能力,讨论了梁-柱节点和柱与柱连接的可靠性。结果表明:试件的破坏形态为梁端弯曲破坏,梁端产生塑性铰,装配式梁柱节点连接可靠;钢管混凝土柱与柱连接处混凝土应变较小,装配式钢管混凝土上下柱连接处未发生竖向滑移,连接安全可靠;在一定范围内,随着柱轴压比的增大,试件承载力提高,延性及耗能能力增强,刚度退化速率加快。     

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架节点抗震性能试验研究

为研究预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架节点的抗震性能和破坏机理,开展了3个施加预应力及1个未施加预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱组合框架节点在柱顶水平荷载下的低周往复加载试验,考察了组合框架节点在不同预应力水平和轴压比下的破坏过程及破坏形态,研究了节点的承载力、刚度、延性、耗能能力及变形性能,分析了节点核心区箍筋和钢管、梁端纵筋和型钢翼缘、以及柱端纵筋和钢管的应变变化规律。研究结果表明:预应力节点试件均发生梁端先受弯破坏、核心区后剪切破坏的混合破坏模式,而非预应力节点试件仅发生了梁端弯曲破坏;组合框架节点水平荷载-位移滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力和延性;预应力水平的增加能延缓梁受拉区裂缝的产生,并提高了节点试件的水平承载力;轴压比对节点试件水平承载力的影响有限,但会在一定程度上降低节点试件的延性和耗能能力;预应力水平和轴压比的增加均降低了节点核心区的剪切变形。研究结果可为此类新型结构在地震区的推广应用提供技术支撑。     

新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点拟静力试验研究

以轴压比为主要变化参数,对两种类型共4个1∶1足尺模型的新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点进行了拟静力试验。试验观察了试件的受力过程和破坏形态,得到了梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并对比分析了试件的刚度退化、延性和耗能能力。结果表明:两种节点破坏均属于延性破坏,破坏时C型钢梁发生平面外屈曲,形成塑性铰,钢梁下翼缘、腹板与柱焊接处拉裂,钢管混凝土柱-空钢管梁节点还在空心钢管梁上出现塑性铰;随着轴压比的增大,空钢管柱-空钢管梁节点初始刚度变化不大,而钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度有所减小,两种节点的延性均明显降低,极限承载力也有所下降,其中钢管混凝土柱-空钢管梁节点下降幅度更大。至于钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度则明显大于空钢管柱-空钢管梁节点,且滞回曲线较饱满,在极限承载力、延性和耗能指标等方面均优于空钢管柱-空钢管梁节点。     

T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能研究

为研究T形钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能,进行了两榀T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架拟静力试验,探讨了柱轴压比对框架滞回性能的影响。试验结果表明,框架在往复荷载作用下均呈理想的梁铰破坏机制;随着水平位移荷载的增大,框架滞回曲线渐趋饱满,最终框架正负向位移延性系数均大于4.0,满足建筑结构抗震延性需求;随着柱轴压比增大,其耗能能力提高,但框架的延性下降。提出了该类框架的简化三折线恢复力模型,可为T形钢管混凝土柱-钢梁框架的深化研究及工程设计提供参考。     

薄壁方钢管混凝土柱-空心钢管梁加腋节点抗震性能试验研究

以轴压比为主要考察参数,对4个1∶1足尺模型的薄壁方钢管混凝土柱-空心钢管梁加腋节点进行低周反复荷载试验。通过试验观察其受力过程和破坏形态,得到梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并分析节点的刚度退化、延性和耗能能力。结果表明:加腋板增强了节点域刚度,避免了焊接区域板件的脆性断裂,节点破坏由梁的局部屈曲引起,塑性铰形成于梁上并远离节点区域,柱和节点域基本完好,较好地满足了"强柱弱梁,节点更强"的抗震设计要求;试件的滞回曲线较饱满,延性系数为2.00~2.70;随着位移幅值的增加,试件的耗能能力不断提高,耗能性能良好;试件的极限承载力、延性及耗能能力等随轴压比增大无明显变化。     

钢管混凝土柱与钢梁组合节点的抗震试验

研究了由带钢筋混凝土板的钢管混凝土柱与钢梁组成的组合节点的抗震性能。进行了4个内部节点和2个外部节点的试验,柱顶承受恒定轴力,梁端承受循环荷载。主要参数有:节点形式,柱顶轴力大小及梁截面构造形式。对能反映组合节点韧性、强度退化、耗能能力等抗震性能的几个指标进行分析,结果证明组合节点的抗震性能非常好。     

Seismic performance of CFST column to steel beam joint with RC slab: Experiments

The objective of this research is to investigate the seismic behaviour of the composite joint consisting of circular concrete filled steel tubular (CFST) column and steel beam with reinforced concrete (RC) slab. Six specimens, including four interior and two exterior joints, were tested under constant axially compressive load on the top of the columns and cyclic loads at the ends of the beams. The main experimental parameters were the type of the joint, the axial load level on the CFST column and the section configuration of the beam. Several indexes that could reflect the seismic behaviour of the composite joint, such as the ductility, the strength degradation, and the energy dissipation capacity were analyzed. It was found that the composite joints exhibited favorable seismic performance.     

Seismic behaviour of steel beam to circular CFST column assemblies with external diaphragms

This paper presents experimental and analytical studies on the seismic behaviour of steel I-beam to circular CFST column assemblies with external diaphragms. In the experimental study, four specimens, i.e. two exterior joints and two interior joints in a frame structure, are tested under constant axial loads on columns and cyclic vertical loads on beam ends. The specimens are designed to be strong column-weak beam for exterior joints and strong beam-weak panel zone for interior joints. The failure modes of local buckling on beams and shear deformation of the panel zone are observed in the test. The seismic performance of the beam to column assemblies is assessed by analysing the load–displacement hysteretic curves, the energy dissipation ability and the ductility of the load–displacement skeleton curves. In the analytical study, finite element models of the four test specimens are developed to predict the hysteretic behaviour and the stress distribution. The nonlinear mixed hardening model and the concrete damaged plasticity model are used to define the material properties of steel and concrete, respectively. The steel to concrete interfaces are modelled by hard contact with friction. The fidelity of the model is verified by comparing the prediction with the experimental data. The stress distribution of model components, including steel beams, steel tubes, and concrete cores are illustrated. The results indicate that failure modes have significant effects on the characteristic of stress distribution.     

装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能试验研究

圆形或方形钢管混凝土柱与钢梁通过单边高强螺栓和适宜端板连接组成框架,通过钢筋桁架混凝土组合楼板形成了新型装配式组合框架。为了解装配式钢管混凝土组合框架在地震作用下的抗震性能和受力机理,进行了2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁通过单边高强度螺栓和平齐或外伸端板连接形成的组合框架的水平低周反复荷载试验,研究了柱截面形式和端板连接类型对组合框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了此类组合框架在水平低周反复荷载作用下的受力全过程和楼板裂缝发展规律,得到了此类结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、延性、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明,单边螺栓端板连接装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,延性系数μ为2.13~4.28,能量耗散系数E为0.652~0.90。在柱截面含钢率相同条件下,圆钢管混凝土组合框架的承载力小于方钢管混凝土组合框架,其延性、耗能性能优于方钢管混凝土组合框架。研究成果将为我国装配式钢管混凝土组合框架设计理论与应用提供科学依据。     

复式钢管混凝土柱-钢梁外加强环板节点滞回性能及核心区变形研究

为了研究复式钢管混凝土外加强环板节点滞回性能及核心区变形场,基于数字散斑方法（DSCM）进行了复式钢管混凝土外加强环板节点低周往复加载试验,对节点的梁柱相对转角变化、核心区受剪性能、节点初始转动刚度以及滞回耗能特性等进行了分析。结果表明：节点弯矩-转角和核心区剪力-剪切变形滞回曲线没有捏拢,呈饱满的梭形,说明节点耗能性能良好;提高环板宽度、锚固腹板加肋和轴压比增大均可提高节点初始转动刚度和节点域抗剪刚度;提高梁柱线刚度比可提高节点的受弯能力、耗能能力和节点域剪切变形能力。节点域剪切变形对复式钢管混凝土柱 钢梁相对转角贡献较大,占比超过30%。测得的核心区剪应变云图分布基本发展为沿对角线对称,后期随着荷载增加,破坏形态为梁端弯曲的试件节点域剪应变发展较缓,而柱端压弯破坏的试件剪应变发展充分,在整个加载过程中,其节点核心区剪应变为梁端弯曲破坏试件的2~3倍。     

火电厂主厂房型钢混凝土混合结构异型中节点抗震性能试验研究

火电厂主厂房型钢混凝土混合结构中存在由于错层、变梁变柱截面引起的异型中节点,选取5个代表性节点进行1∶5缩尺拟静力试验,研究该类节点的滞回性能、耗能能力、延性、刚度退化以及承载能力。研究结果表明：受强梁弱柱特性的影响,4个型钢混凝土异型中节点主要发生不利于抗震的柱端塑性铰破坏,而钢筋混凝土异型中节点由于梁柱刚度比较大主要发生核心区剪切破坏;大小梁错层高度对型钢混凝土异型中节点的承载力、延性性能与刚度特性均有一定的影响,但规律并不明显;型钢混凝土柱-钢筋混凝土梁异型中节点的耗能能力强于钢筋混凝土异型中节点,但受破坏模式的影响,其承载能力、延性与刚度等均低于钢筋混凝土异型中节点;相比采用钢筋混凝土梁的型钢混凝土异型中节点,采用型钢混凝土梁的型钢混凝土异型中节点的开裂荷载高,初始刚度较大,但承载力、延性与耗能能力并未得到明显提高。     

Hysteretic behaviour of flush end plate joints to concrete-filled steel tubular columns

The results of an experimental research study involving the testing of four bolted moment-resisting connections under simulated seismic loading conditions are presented. Each test specimen modeled the interior joint of a moment-resisting frame consisting of H-shaped steel beams and circular or square concrete-filled steel tube (CFST) columns using high-strength blind bolts. In order to investigate the seismic behaviour of the blind bolted flush end plate joints to CFST columns, the hysteretic performance, failure modes, stiffness degradation and energy dissipation of the connection type are evaluated in detail. The test parameters varied included the column section type and the thickness of the end plate. The experimental results indicate that both the blind bolted connections with circular and square sections exhibited excellent hysteretic behaviour in terms of their moment–rotation response, strain distributions and energy dissipation. Under cyclic loading, all tested specimens displayed large rotation ductility capacities, and the failure modes were similar to those under monotonic loads. The effects of cyclic loading on the behaviour of the composite joint were obvious, especially on load bearing and stiffness of the connections. The joint type exhibited excellent seismic performance, so that it can be effectively utilized in moment-resisting composite frame structures.     

CFRP加固RC梁-板-柱框架中节点抗震性能试验研究

试验中设计了考虑楼板和正交梁的足尺钢筋混凝土框架中节点,对其进行拟静力试验,研究柱端、梁端采用CFRP加固对梁-板-柱中节点抗震性能和破坏模式的影响。分析了节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、耗能、位移延性、刚度退化及节点核心区剪切变形等。结果表明：由于楼板和正交梁的影响,未加固节点呈现“强梁弱柱”的柱铰失效模式;采用CFRP仅加固柱端或同时加固柱端及梁端,对节点承载力影响较小,但可有效提高节点的位移延性和耗能能力,使中节点的破坏模式由柱铰机制转为“强柱弱梁”的梁铰机制,仅采用CFRP加固柱端的方法效果更好;由于正交梁的存在,节点核心区在较大位移水平下未出现明显的剪切破坏。     

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点受力性能非线性分析

在型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点拟静力试验基础上,采用ABAQUS有限元软件建立了组合框架节点的数值计算模型,对该组合框架节点在水平荷载作用下的受力非线性行为进行了有限元分析,获取了组合框架节点的破坏过程、破坏形态、应力云图、荷载-位移曲线及荷载特征值,并对节点的承载力计算值与试验值进行了比较,验证了有限元计算模型的合理性,进而分析了有限元拓展参数对组合框架节点受力性能的影响规律。结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合较好,该有限元模型能较好地模拟该组合框架节点在水平荷载作用下的受力性能;另外,提高再生混凝土强度或者箍筋强度对组合框架节点的抗剪承载力是有利的,但节点的延性变形能力有所降低;组合框架节点的抗剪承载力随着型钢强度的提高而显著增加,但节点的变形能力变化不大;增加体积配箍率或型钢配钢率可以明显提高组合框架节点的抗剪承载力和变形能力。