矩形钢管混凝土柱-混凝土梁搭接式节点抗震性能研究

在现有钢管混凝土柱与混凝土梁连接形式基础上,提出一种新型搭接式钢管混凝土柱-混凝土梁节点,通过低周反复荷载试验和数值模拟分析,研究了节点的破坏形态、承载能力、刚度退化、延性及耗能能力等,分析了梁端纵筋和搭接牛腿翼缘的应变发展规律。结果表明:钢管混凝土柱-混凝土梁搭接式节点表现出典型的混凝土梁端塑性铰破坏模式,符合“强节点、弱构件”的抗震设防理念; 节点的滞回曲线饱满,捏缩现象较轻,刚度退化明显,强度退化较小,具有较好的延性及耗能能力; 梁纵筋及牛腿各测点中搭接牛腿端部截面应变最大,通过搭接连接方式可实现梁端弯矩和剪力的有效传递,但搭接牛腿长度不足会使节点发生锚固破坏; 在节点设计时,应保证足够的搭接长度,以实现钢筋混凝土梁纵筋在弯剪复合受力状态下锚固性能的可靠性,充分发挥节点的抗震耗能能力; 有限元计算结果与试验结果吻合良好,该模型能够准确反映节点在实际受力情况下的力学特性,所得结论可为此类新型搭接式节点工程应用提供技术支撑。     

方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点抗震性能

为研究方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点的抗震性能,利用有限元分析软件ABAQUS建立了该节点的有限元模型。通过对已有试验中的圆钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点抗震性能的模拟分析,验证了有限元计算结果的正确性,进而对方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点的受力性能进行了数值模拟分析,研究了该节点在低周循环荷载作用下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线及节点延性;同时考察了柱内型钢含钢率、柱轴压比和环梁配筋率对节点抗震性能的影响。结果表明:方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点的滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能;在节点核心区设置环梁后,节点试件的最终破坏模式为梁端形成塑性铰破坏,环梁对节点核心区保护作用明显,满足"强柱弱梁"及"强节点、弱构件"的抗震设计原则;随着柱内型钢含钢率及环梁配筋率的降低,节点试件的最大荷载、延性系数和抗震性能均有所降低,且强度退化加快;轴压比对节点抗震性能影响较大,当轴压比从0.31增加至0.63时,节点试件的延性系数从4.14降低至2.12,最大荷载降幅高达15.16%。     

钢管混凝土柱-环梁节点受力分析

为了了解钢管混凝土柱-钢筋混凝土环梁节点的受力性能,使用通用有限元软件对此种节点进行了静载和低周反复荷载作用下的非线性有限元分析。分析结果给出了节点裂缝发展情况、破坏形态、梁端弯矩转角滞回曲线。结果表明:钢管混凝土柱-钢筋混凝土环梁节点能够实现"强连接、弱构件"的抗震设计概念。基于分析结果对此节点设计提出以框架梁轴线为中心±25°环梁范围内箍筋加密的建议。     

方钢管混凝土柱与外包钢-混凝土组合梁外伸内隔板式节点抗震性能试验研究

提出了一种新型的方钢管混凝土柱与外包U形钢-混凝土组合梁连接节点形式——外伸内隔板钢筋截断式节点。基于"强柱弱梁,节点更强"的抗震设计原则,设计3个试件,并对其进行低周反复荷载试验研究,分析节点的破坏特征,考察节点区的剪切变形,深入研究节点的滞回曲线和骨架曲线,进而研究节点的承载能力、延性、耗能能力、刚度退化等抗震性能。研究结果表明:各试件的破坏主要集中在靠近柱壁的梁端区域,而钢管柱和节点区的变形和应力很小,基本处于弹性阶段;由于梁内混凝土及翼板的组合作用,各节点的滞回曲线呈不对称的纺锤形,无明显捏缩现象,比较饱满,耗能性能良好;各节点试件的位移延性系数和等效粘滞阻尼系数明显大于普通钢筋混凝土结构的相应指标;在整个加载过程中,刚度退化稳定。     

钢管混凝土柱-预应力混凝土梁节点抗震性能试验

通过对3个试件的低周反复荷载试验,研究了不同预应力对钢管混凝土柱-预应力混凝土梁节点的破坏形态、滞回曲线、刚度退化、耗能能力等的影响。结果表明:预应力对试件的破坏类型几乎没有影响,破坏均为梁端受弯破坏;梁下部为受拉区时,预应力的施加使刚度退化加快,耗能性能降低;梁上部为受拉区时,预应力试件极限承载力较非预应力试件更高,刚度退化和延性、耗能性能略比非预应力试件好。     

装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架节点抗震性能试验研究

通过4个1/2比例装配式钢筋混凝土柱 钢梁框架节点低周往复荷载作用下的试验研究,分析了节点区加劲腹板厚度及开孔的影响,研究该新型节点连接构造的受力性能及装配式钢筋混凝土柱 钢梁框架单元的抗震性能。基于试验结果对试件的破坏特征、滞回性能及变形组成进行分析。研究结果表明：装配式钢筋混凝土柱 钢梁框架节点滞回曲线呈纺锤形,梁端塑性铰区充分耗散能量,具有良好的抗震性能;装配式螺栓连接钢筋混凝土柱 钢梁混合节点具有良好的连接质量;加劲腹板厚度的增加一定程度上减小了节点的剪切变形,加劲腹板开孔对节点受力性能影响不大;梁弯曲变形引起的层间侧移在强柱弱梁型钢筋混凝土柱-钢梁框架节点总侧移中所占比例最大,节点剪切变形所占比例较小。     

扩大十字形截面型钢混凝土柱-SRC梁节点抗震承载力试验研究

提出了内置扩大正、斜向十字形截面型钢混凝土柱-工字钢型钢混凝土（SRC）梁节点的构造方式。通过对4个内置扩大正十字形和斜向十字形截面的型钢混凝土柱-SRC梁节点试件和1个内置普通十字形截面型钢混凝土柱-SRC梁节点试件的低周反复荷载试验,研究了试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、剪切变形和钢材应变,分析了配钢形式、加载角度和构造措施（直接焊接、竖向隔板连接）对节点受力性能的影响,并在此基础上对节点核心区受剪承载力进行了计算。试验结果表明：上述两种新型截面型钢混凝土梁柱节点均发生节点区剪切破坏,达到极限状态时,节点区箍筋及型钢腹板应力均达到屈服强度,试件型钢及翼缘框内混凝土仍能承担较大荷载,并趋于稳定;新型SRC梁柱节点核心区剪力-剪切角滞回曲线饱满,无捏缩现象,其受剪承载力比相同破坏模式的普通型钢混凝土梁柱节点试件大;柱内采用斜向布置十字型钢以及梁柱正交时,节点试件的剪切承载力更大,所提出的两种构造措施对节点承载能力影响不大。     

世博会主题馆预应力混凝土梁-钢骨变截面劲性柱节点设计及试验研究

为研究预应力混凝土梁-钢骨变截面劲性柱节点的破坏特征及受力性能,进行了4个模型试件的低周反复荷载试验。观察了各节点的受力过程及破坏形态,并分析了试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力和延性等力学特性。结果表明：预应力混凝土梁-钢骨变截面劲性柱节点典型破坏形态是梁端弯剪破坏,该类节点的延性与混凝土梁柱节点相似,位移延性系数为2.0,柱内钢骨可提高节点的承载能力及刚度;柱内钢骨变截面可有效改善节点的延性性能,而对承载能力没有影响;节点处混凝土的浇筑质量对节点的整体受力性能影响较大。最后对该类节点给出了设计及施工建议。试验研究成果可为预应力混凝土梁-钢骨变截面劲性柱节点工程研究及应用提供参考。     

T形截面钢管混凝土组合柱－钢筋混凝土梁加强环筋连接节点抗震性能试验研究

在传统外加强环节点的基础上,提出一种T形截面钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁加强环筋节点。以牛腿长度、环筋直径和环筋设置方式为主要参数,设计了7个节点试件,并通过静力和拟静力试验,探讨了试件的破坏特征、受力和抗震性能。研究结果表明：设置环筋的试件表现出典型混凝土梁端塑性铰破坏,未设置环筋的试件破坏源于牛腿翼缘与管壁间焊缝撕裂,呈脆性破坏;屈服前梁端纵筋承担了绝大部分弯矩,并通过环筋和牛腿实现了弯矩和剪力在梁柱间的可靠传递;带环筋试件滞回曲线呈饱满的弓形,而无环筋试件滞回环捏拢严重,呈耗能能力很差的Z形;各试件承载力退化趋势基本一致,且均出现明显刚度退化,具有相似的割线变化规律;节点域剪切变形对结构变形的影响几乎可以忽略不计;加大牛腿长度能显著提高节点初始刚度与极限荷载,小直径环筋在往复荷载作用下能够达到屈服,减少节点域环筋数量虽对初始刚度及耗能性能影响较小,但承载力却出现了一定幅度的降低。钢管混凝土组合柱 钢筋混凝土梁加强环筋节点抗震性能良好,能够实现“强节点弱构件”的抗震设计目的。     

十字形钢管混凝土柱框架中节点抗震性能试验研究

以十字形截面钢管混凝土异形柱-钢梁框架中柱节点为研究对象,按1∶2比例设计了4个弱节点和强节点模型,通过施加恒定轴压比的竖向荷载和低周反复水平荷载,对节点模型进行了加载破坏试验。试验结果表明:弱节点试件破坏形态为节点核心区剪切破坏,随轴压比增大,试件受剪承载力提高,但其延性性能降低;强节点试件破坏形态为梁端受弯破坏,破坏前经历了较大的塑性变形,延性系数达到了5.65。由此可见,合理地设计钢管混凝土异形柱-钢梁框架中节点,可保证其延性破坏,实现"强柱弱梁,节点更强"的设计原则,满足抗震性能要求。     

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。     

钢管混凝土柱-环梁节点抗震性能的试验研究

混凝土环梁节点是钢管混凝土柱与混凝土梁连接的一种新型节点。通过14个钢管混凝土柱-环梁节点模型的低周反复荷载试验,研究了环梁节点的抗震性能。试验结果表明:无论塑性铰出现在框架梁端还是在环梁上,试件都有很好的弹塑性变形能力;达到最大承载力时,大部分试件的钢管柱转角即层间位移角已超过1/120,滞回曲线比较饱满;承载力下降时,滞回曲线虽有不同程度的捏拢,但不严重,试件有较好的耗能能力;环梁节点的钢管混凝土柱与环梁相对独立,节点的破坏基本上不影响钢管混凝土柱的承载力。     

型钢混凝土柱-混凝土梁混合节点抗震性能试验研究

为了研究强节点系数对型钢混凝土(SRC)柱-混凝土(RC)梁混合节点破坏形态的影响,对6个SRC柱-RC梁混合节点开展低周反复荷载试验。通过调整梁端纵筋配筋率和节点箍筋配置以构造不同的强节点系数,实现SRC柱-RC梁混合节点梁端弯曲破坏、梁端弯曲-节点剪切破坏和节点剪切破坏3种不同的破坏模式。在试验研究基础上,考察该类混合节点的滞回曲线、骨架曲线和各受力阶段变形特性。研究结果表明,强节点系数是控制SRC柱-RC梁混合节点破坏形态的重要参数,强节点系数小于1.1时,一般发生节点剪切破坏,应通过合理设计加以避免;由于柱型钢穿越节点核心区,增强了对核心区混凝土的约束,使得SRC柱-RC梁混合节点发生节点剪切破坏后的受力性能优于RC节点;通过对试验数据的分析,提出SRC柱-RC梁框架结构满足四个抗震性能水平的位移角限值。     

方钢管混凝土柱-外包钢混凝土组合梁连接节点滞回性能分析

提出了一种新型的方钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁连接节点形式：隔板贯通部分钢筋贯穿式节点。设计了3个节点试件,对其进行低周反复荷载试验,利用ANSYS软件对低周反复荷载作用下的节点试件进行非线性有限元分析并与试验结果对比。结果表明:有限元分析得到的节点破坏形态、应力分布、滞回曲线、骨架曲线与试验结果吻合较好。在此基础上,对发生梁端塑性铰破坏模式的节点滞回性能进行参数分析,研究楼板厚度、U形钢壁厚、组合梁纵向受力钢筋配筋率、贯通隔板厚度以及轴压比对节点滞回性能的影响。研究结果表明：楼板厚度和U形钢壁厚对节点滞回性能有显著的影响,组合梁纵向受力钢筋配筋率对节点滞回性能影响较为显著,贯通隔板厚度和轴压比对节点滞回性能影响很小。     

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。     

方钢管混凝土柱-H型不等高钢梁框架节点抗震性能试验研究

为了研究方钢管混凝土柱-H型不等高钢梁框架节点的抗震性能,基于现行规范按缩比1∶3设计并制作了4个方钢管混凝土柱-H型不等高钢梁外加强环式框架节点模型,对其进行拟静力加载试验,以梁高差为参数,研究该类节点的滞回曲线、延性、强度与刚度退化、耗能性能。试验结果表明:4个试件的破坏均发生在梁端,节点核心区均没有破坏,满足"强剪弱弯、强节点弱构件"设计要求;所有试件的滞回曲线均有捏缩现象,呈弓形;节点在反向加载时的承载力要高于正向加载时的承载力,且随着梁高差的变化,试件破坏形态有所不同;该类节点强度衰减、刚度退化明显;4个试件的延性系数为3.956～4.388,能量耗散系数为1.383～1.811,等效黏滞阻尼系数为0.220～0.288,说明该类节点具有较强的耗能能力,但随着左右梁高差的增大,耗能能力逐渐降低。     

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。     

新型装配式方钢管混凝土柱-H型梁空间节点滞回性能分析

提出了一种新型装配式方钢管混凝土柱-H型梁空间连接节点,设计了2个系列的节点试件,利用有限元软件ABAQUS对低周反复荷载作用下的试件进行模拟分析并与试验结果对比,结果表明有限元分析得到的节点破坏形态、滞回曲线与试验结果吻合较好。在此基础上,选取新型中层空间连接节点来研究此类新型空间节点的滞回性能,研究结果表明:平面节点与空间节点的破坏模式一致,均为梁端塑性铰破坏;角柱节点的滞回性能弱于平面节点,边柱与中柱节点的滞回性能与平面节点相似。     

钢筋混凝土梁-钢管混凝土组合柱节点抗震性能试验

介绍了3个钢筋混凝土梁-钢管混凝土组合柱节点试件在梁端竖向往复荷载作用下的试验研究,其中一个为梁弯曲破坏的"强核芯区弱梁"试件,两个为核芯区剪切破坏的"强梁弱核芯区"试件。试验结果表明,三个试件都有大的变形能力,但峰值荷载时弱核芯区试件的核芯区剪切变形占节点总变形的50%以上,而强核芯区试件的这一比例很小;弱核芯区试件核芯区的箍筋和钢管屈服,而强核芯区试件核芯区的箍筋和钢管未屈服;弱核芯区试件的耗能能力小于强核芯区试件的;对于核芯区破坏的试件,减小核芯区的箍筋间距,可以增大节点的耗能能力和减小核芯区的剪切变形。     

桁架式钢骨混凝土梁-钢筋混凝土柱节点抗震性能试验研究

为研究桁架式钢骨混凝土框架梁-钢筋混凝土柱连接节点的抗震性能,制作12个考虑钢骨含量、腹杆截面面积及轴压比三个变化参数的节点试件,对其进行低周反复荷载试验。试验观察了构件破坏过程,得到了节点梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线以及各阶段的应变、荷载和位移值,并分析了节点的延性、能量耗散能力、抗剪性能。试验研究表明,该节点形式具有很好的延性和耗能能力,证明在节点区及梁端配有交叉腹杆的桁架式钢骨混凝土梁与钢筋混凝土柱节点连接方法是可靠的,节点能够有效传递弯矩和剪力。在试验研究的基础上建立了恢复力模型,模型和试验能够较好地吻合。研究成果可为工程实践提供参考。