反复荷载作用后新型钢管混凝土柱-混凝土梁节点的轴压试验研究

为了解新型钢管混凝土柱-混凝土梁节点在地震后的力学性能,对经历了低周反复荷载作用的节点试件进行轴压试验,探讨该新型节点在轴压荷载作用下的破坏形态、极限承载力及其应变特点。试验结果表明,试件在轴压过程出现两种不同的破坏形式,其中节点截面尺寸较小的试件表现为节点的破坏,而节点截面尺寸较大的试件则表现为柱钢管屈曲失效,并明确两种不同的破坏形式中,节点钢筋网在震后带损伤的情况下仍能够充分发挥其强度,节点在钢筋网约束与扩大横截面的局压受力机理作用下其承载力得到提高。通过合理设计的新型节点的承载力可高于钢管混凝土柱的承载力,可实现"强节点,弱构件"的抗震理念。     

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。     

梁贯通式钢管混凝土柱-梁边节点拟静力试验后轴压试验研究

对4个已完成拟静力试验的梁贯通式钢管混凝土柱-梁边节点试件进行了轴压试验,从破坏形态、荷载-位移曲线、环筋应变等方面进行了研究,并将试验峰值荷载与规范公式计算值进行对比分析。结果表明,该节点的环梁在反复荷载下虽然产生了一定的损伤,但对节点区的峰值荷载影响不大,并表现出较好的延性。试件的柱插筋及环梁钢筋强度均能得到充分发挥,环梁对节点核心区仍能发挥约束和加强作用。合理的设计可使得节点的轴压承载力大于钢管混凝土柱的轴压承载力,保证破坏不发生在节点区,确保了节点区传递竖向荷载的可靠性。     

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。     

方钢管混凝土柱-钢梁外加强环节点滞回性能的实验研究

进行了8个方钢管混凝土柱-钢梁外加强环式节点试件在恒定轴力和水平往复荷载作用下的滞回性能实验研究,考察了钢管混凝土柱轴压比和环板宽度对节点力学性能的影响。结果表明:柱轴压比对节点的水平承载力和抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,节点的水平极限承载力下降,位移延性和耗能能力降低;不同环板宽度节点的滞回曲线均为饱满的梭形,强度和刚度退化不明显;本次试验的8个节点试件的层间位移延性系数μ=3.00～7.41,弹性极限位移角θy≈2.03[θe]～5.30[θe],弹塑性极限位移角θu≈1.78[θp]～3.90[θp],等效黏滞阻尼系数he=0.3576～0.5339,均满足抗震设计要求。     

方钢管活性粉末混凝土轴压柱力学性能试验研究

通过方钢管活性粉末混凝土轴压柱试验,以长细比、含钢率为试验变量,研究了试件的破坏形态、荷载-位移和荷载-应变曲线,并将试验承载力与普通钢管混凝土柱承载力计算公式得到的结果进行了对比。试验表明:方钢管活性粉末混凝土轴压柱的破坏形态分为腰鼓形破坏和剪切形破坏两种,其中剪切形破坏的试件试验后期强化作用明显,极限承载力随着钢管套箍系数的增大而逐渐增大,方钢管RPC柱的荷载-位移全曲线可分为:线弹性阶段、弹塑性阶段、下降段和强化阶段,部分试件还存在荷载持平阶段。     

钢管混凝土叠合柱节点环梁受弯承载力计算方法

钢管混凝土叠合柱环梁节点是一种连接叠合柱与钢筋混凝土梁的连接节点,其环梁受弯承载力计算方法有待研究。考虑管外混凝土的轴压作用,采取极限平衡法对环梁破坏隔离体受力分析,对现有钢管混凝土柱节点环梁受弯承载力计算方法进行了修正,使其更加适用于钢管混凝土叠合柱节点环梁,计算结果与静力试验结果对比显示,后者高约28%。根据试验结果研究对公式进行修正,采用ABAQUS有限元静力模型对不同轴压比下环梁的受弯承载力公式进行了验证,对比显示有限元分析结果略高于修正后的计算值,二者吻合较好。结果表明,考虑轴压力修正后的公式可以用于钢管混凝土叠合柱节点环梁受弯承载力的计算,公式计算结果偏于保守。     

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%。     

薄壁方钢管混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

以轴压力为主要参数,对两种形式共6个薄壁方钢管混凝土柱-空心方钢管梁节点进行滞回性能的试验研究。通过试验,研究试件的破坏模式、滞回特性、延性及耗能能力等重要抗震性能指标。结果表明:直接焊接节点破坏主要由梁与柱的焊接处断裂引起,螺栓贯穿式连接节点主要发生梁与端板的焊接处断裂和端板与柱的连接焊缝拉裂;轴力对直接焊接节点的抗震性能指标影响较大,而对螺栓贯穿连接节点的影响不是很明显;螺栓贯穿式连接节点的初始刚度和极限承载力都比直接焊接节点要弱,但其屈服平台相对较长,达到极限承载力后其承载能力下降也相对缓慢,延性较好,耗能能力较强;螺栓贯穿式连接节点在破坏时由焊接端板构成第二道防线,对结构抗震更为有利。     

钢管再生混凝土轴压长柱试验研究及力学性能分析

设计5个圆钢管再生混凝土长柱和5个方钢管再生混凝土长柱,对其进行轴压静力单调加载试验,考虑截面形式、再生粗骨料取代率、长细比3个变化参数,观察试件受力的全过程和破坏形态,得到试件屈服应变、峰值变形、承载力等重要特征点数据,绘制出荷载-变形、荷载-应变、轴压刚度-变形等关系曲线,并分析变化参数对试件承载力的影响规律,采用相关规程计算2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力以及在正常使用极限状态下的刚度。试验研究和计算结果表明：钢管再生混凝土轴压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要有材料强度破坏和弹塑性失稳破坏;再生粗骨料取代率对钢管再生混凝土轴压长柱的承载力影响不大;长细比对圆钢管再生混凝土试件承载力影响较大,随长细比的增加,试件的承载力逐渐降低,而对方钢管再生混凝土试件承载力影响较小。基于计算结果,给出了2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力及轴压刚度的设计建议。研究结果可为钢管再生混凝土结构的进一步研究和推广应用提供参考。     

改进组合式T形钢管混凝土柱轴压性能试验研究

对18个改进组合式T形钢管混凝土柱进行静力试验,分析钢管厚度、混凝土强度和长细比对试件轴压性能的影响,采用国内外钢管混凝土规范对试件轴压承载力进行计算,并与试验结果对比分析,最后在规范AIJ-CFT:1997的基础上,提出了改进组合式T形钢管混凝土柱轴压承载力计算式。结果表明:试件主要呈现出剪切型破坏、局部鼓曲(或开裂)以及弯曲失稳三类破坏形态;钢管厚度对试件轴压承载力影响较大,而且试件长细比越大,钢管厚度对试件轴压承载力的影响就越显著;随着混凝土强度等级由C30提高到C50,试件轴压承载力有所提高,提高幅度基本在15%左右;当钢管厚度较小时,长细比对试件轴压承载力影响较大;采用各国现行规范计算的轴压承载力均偏于保守;提出了考虑钢管约束效应的轴压承载力计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

钢筋混凝土梁-方钢管混凝土柱环梁节点静力试验研究及设计方法

设计了11个RC梁-方钢管混凝土柱节点试件,考虑了节点形式、环梁截面尺寸、环梁纵筋和配箍率、抗剪环直径和数量及节点是否带楼板等因素,对其进行单调静力试验,研究梁柱节点受力性能及不同设计参数对其承载力的影响,分析试验现象及试件中钢筋应变发展规律。试验结果表明：环梁纵筋及箍筋的配筋率对RC梁-方钢管混凝土柱环梁节点的承载力具有显著的影响,可以通过调整环梁纵筋及配箍率使框架梁先于环梁破坏,达到强节点的目的;采用抗剪环筋传递剪力,能够可靠传力。在试验结果的基础上,以环梁破坏面的力平衡条件,推导了环梁节点承载力计算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

方钢管约束型钢混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的方钢管约束型钢混凝土短柱和1个相同用钢量的型钢混凝土对比试件的拟静力试验研究,试件的主要变化参数为轴压比(0.3,0.4和0.5)。试验结果表明：轴压比为0.3的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为弯曲破坏,而轴压比为0.4和0.5的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为剪切破坏和粘结破坏相结合。相同用钢量条件下,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力、延性、层间变形能力和耗能性能明显优于型钢混凝土柱。随轴压比的增加,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力提高,但延性和极限变形能力降低。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管在下降段屈服。图8表2参13     

L形无孔钢板连接式方钢管混凝土组合异形柱长柱轴心受压极限承载力试验研究

对4根具有不同长细比的无孔钢板连接式方钢管混凝土组合异形柱长柱进行轴压试验研究。结果表明:与单根方钢管混凝土柱相似,无孔钢板连接式钢管混凝土组合异形柱的极限承载力随着长细比的增大而减小,其破坏形态也随着长细比的变化而不同。由试验得到的异形柱的侧向挠度值及应变分布规律可知,试件绕着与X-X轴呈45°的X'-X'轴发生整体失稳破坏;通过对连接钢板的应变分析得到,连接钢板参与了整个异形柱的受力。     

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。     

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。     

超大截面钢管混凝土柱分配梁构造节点下轴压荷载传递试验研究

为保证超大截面矩形钢管混凝土柱中钢管和混凝土的共同工作性能,在前期研究的基础上对荷载作用于管壁的超大截面矩形钢管混凝土柱1∶5缩尺模型进行轴压承载力试验研究,试件在节点核心区采用压力分配梁构造参与荷载传递,试验参数考虑钢管宽厚比、压力分配梁刚度。结果表明:所有试件试验承载力均基本达到90%以上名义承载力(Nu=fyAs+fckAc),表明采用压力分配梁构造具有良好的荷载传递性能;竖向荷载通过界面黏结强度及滑动摩擦力传递至核心混凝土非常有限,主要通过分配梁传递至核心混凝土;分配梁刚度的变化会导致试件破坏模态的转变,分配梁H200×100×10×10试件为混凝土压溃破坏,分配梁H130×70×6×6试件为钢梁剪切撕裂破坏,且分配梁刚度相对较小时尽管试验承载力达不到名义承载力,但具有更好的延性性能;采用分配梁构造无法保证钢-混凝土之间变形协调,主要原因是分配梁加载过程中产生较大塑性变形,但试验荷载-位移曲线及破坏模态表明分配梁与钢梁周围混凝土的组合作用能够保证竖向荷载直接有效地传递至核心混凝土。     

薄壁方钢管混凝土柱轴压承载力试验研究

通过对10个薄壁方钢管混凝土柱的轴压试验，研究了长细比、壁厚、混凝土强度三种因素对试件破坏形态、荷载-位移曲线、极限承载力及泊松比等力学指标的影响。结果显示，薄壁钢管混凝土柱试件的加载过程与普通钢管混凝土柱试件类似，总体上可分为弹性、弹塑性和下降三个阶段。本试验试件破坏均表现为核心混凝土被压碎，钢管外部出现环向屈曲带。利用有限元软件建立了薄壁钢管混凝土柱模型并验证了其有效性与可靠性，分析结果表明：当构件截面含钢率一定时，混凝土强度对钢混结构的组合效率影响十分明显，对于含钢率为0.02～0.06的薄壁构件，采用强度等级为C20～C50的混凝土能明显提高钢混结构的组合效率；对于稳定承载力，发现不同变化参数下的稳定系数均可以采用以正则长细比为自变量的单一方程来表示。参考GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》提出了薄壁方钢管混凝土柱轴压承载力的简化计算式，计算值与实测值吻合良好。     

组合式十字形钢管混凝土柱轴压力学性能试验研究

基于钢筋混凝土异形柱的设计思路,提出了一种组合式十字形钢管混凝土柱。利用方钢管和槽钢焊接形成有多腔室的钢管混凝土柱。以试件长度和截面形式为主要参数,共设计制作5个试件。通过对其进行轴心受压试验研究,考察了试件的破坏形态和荷载-应变关系曲线,并分析了各参数对此新型截面形式钢管混凝土柱轴压承载力和延性的影响。组合式十字形钢管混凝土试件最终破坏形态为沿试件长度方向分布多个较小鼓曲。试验结果表明,钢管对混凝土约束良好,该组合形式有效提高了十字形异形柱的承载力并改善了其延性;相同截面形式的组合式十字形钢管混凝土极限承载力随着柱高的增加,略有下降;相同柱高、不同截面形式的钢管混凝土柱,随着柱肢长度的增加,其极限承载力显著增加;在现行规范的基础上,提出了组合式十字形钢管混凝土柱轴压承载力计算公式,根据该公式计算所得理论值与试验值吻合较好。     

芯钢管连接的钢管混凝土半连通边节点试验研究

提出一种芯钢管连接的钢管混凝土半连通边节点形式。该种节点在有梁的3个方向间断外钢管,设置芯钢管补偿间断外钢管对节点的削弱。在无梁一侧保持钢管混凝土柱的外钢管连通,梁中纵筋在节点直通,梁、柱、节点的混凝土一次整浇。通过模型试验,研究节点的破坏过程、破坏形态、梁和局部连通钢管的作用及试件各组成部分的荷载-应变关系。使用ANSYS程序对模型试件进行分析,试验结果和数值计算结果吻合良好,均证实了新型节点具有良好的强度和刚度,节点承载力大于所连接梁、柱的承载力。试件破坏时,节点芯钢管还具有较大的承载潜力。局部连通的钢管对节点混凝土有一定保护作用且有利于施工中上下钢管的对中。