考虑楼板组合作用的方钢管混凝土组合框架受力性能有限元分析

为了对组合框架结构的抗震性能进行深入的研究,基于方钢管混凝土组合框架低周往复荷载试验的足尺试件,采用通用有限元软件Msc.Marc建立了壳-实体精细非线性有限元分析模型,考虑了钢材及混凝土的弹塑性性能,混凝土的开裂及受拉软化,钢梁与混凝土楼板交界面的滑移以及钢梁下翼缘断裂等非线性因素,对4榀组合框架及2榀组合节点进行了...     

考虑楼板组合作用的复式钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为研究楼板的组合作用对复式钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能的影响,进行了4个考虑楼板组合作用的节点和1个不考虑楼板组合作用的钢梁节点的低周往复荷载试验,分析了不同构造和混凝土楼板对节点破坏形态、滞回曲线、承载能力、刚度退化、延性和耗能能力等的影响。结果表明:该类节点构造合理,满足"强节点弱构件"的抗震设计原则;不考虑楼板组合作用的节点试件的破坏形态为梁端破坏,考虑楼板组合作用的节点试件的破坏形态为梁端破坏和柱端破坏;楼板与钢梁的组合作用使节点承载力提高显著,但延性提高不明显,破坏时钢梁下翼缘的变形和焊缝撕裂程度增大;锚固腹板设置加劲肋有效延缓了钢梁下翼缘破坏,提高了组合节点的耗能能力;该组合节点试件滞回曲线较饱满,刚度退化明显,承载力退化不明显,等效黏滞阻尼系数介于0.282~0.311之间,转角延性系数和层间位移角均满足规范要求,具有较好的抗震性能。     

竖向荷载下足尺半刚性连接组合框架试验研究

为研究半刚性连接组合框架在静载作用下的力学性能,进行了竖向荷载下两榀足尺的两层两跨半刚性连接组合框架试验。组合框架由H型钢柱和压型钢板混凝土组合梁组成,钢节点由焊接到钢梁端部的平端板通过螺栓与钢柱翼缘连接。为了解半刚性连接组合框架的结构性能和破坏特征,考察不同荷载水平作用下半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架结构整体性能的影响,重点分析框架整体性能、节点性能和梁性能。试验表明:平端板型组合节点为半刚性连接、部分强度节点,具有较高的强度和刚度,其极限转角可满足不小于30mrad的延性设计要求;半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架的强度、刚度和延性有较大影响,设计时应加以考虑。试验结果可为今后半刚性连接组合框架理论研究和工程实际应用提供参考。     

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。     

配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架抗震性能试验研究

进行两榀配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架试件在水平低周往复荷载作用下的试验研究,观察试验过程及破坏形态,研究试件的滞回特性、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形等抗震性能,同时对梁柱端纵筋、钢骨翼缘及钢管在不同加载位移下的应变变化规律进行分析,得到框架结构的出铰顺序。研究结果表明：两榀框架滞回曲线饱满,施加预应力后仍具有较好的耗能能力和延性,表现出良好的抗震性能;框架柱底塑性铰区的钢管环向应变在整个加载过程中呈不均匀变化趋势,截面受压区钢管环向受拉,能够对受压区混凝土提供有效约束;钢骨混凝土梁由于施加预应力的作用,可延缓其裂缝的出现;此外,两榀框架试件均呈现“先梁端后柱底”的出铰顺序,能实现梁铰耗能机制,延迟柱底出铰时刻。     

部分包裹混凝土组合柱-钢梁端板连接框架结构抗震性能试验研究

为了研究端板厚度和柱翼缘厚度对部分包裹混凝土组合柱(PEC柱)-型钢梁端板连接框架结构抗震性能的影响,对3榀PEC柱型钢梁端板连接框架进行低周反复荷载试验,得出各框架试件的滞回曲线、极限承载力、转角延性系数以及初始刚度等抗震性能数据。试验表明:端板厚度由12mm增加到20mm,试件承载力增加2%,试件初始刚度提高22.44%,转角延性系数提高10%,耗能能力增加12.87%。柱翼缘厚度由12mm增加到16mm,试件最大承载力提高13.00%,初始刚度提高50.77%,耗能能力增加9.80%,但转角延性系数降低3.4%。增加柱翼缘厚度可以明显提高框架的极限承载力。端板和柱翼缘厚度越大,框架节点初始转动刚度越大。增加端板厚度可以明显改善框架节点的转角延性,增加柱翼缘厚度会降低框架的转角延性。为探究上述规律的一般适用性,以试验为基础,进行有限元模拟拓展分析,得到与试验类似结论。     

两层钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓端板连接框架拟动力试验研究

为揭示半刚性钢管混凝土组合框架在地震作用下的动力特性和破坏形式,对2榀两层单跨钢管混凝土柱与 组合梁单边螺栓端板连接组合框架进行拟动力试验研究。该试件的梁柱连接节点形式为平齐端板或外伸端板连接 ,组合楼板采用钢筋桁架楼承板,试验影响参数为柱截面类型和端板类型。研究了El-Centro地震波作用下结构 的加速度反应和位移响应,分析了滞回性能、刚度、延性和耗能能力等,评价了梁柱半刚性连接和楼板组合效应 对组合框架结构整体性能的影响。试验表明：半刚性钢管混凝土组合框架具有良好的抗震性能和耗能特性。在柱 截面宽度和含钢率相同条件下,采用单边高强螺栓端板连接方式,圆钢管混凝土组合框架的最大位移响应和累积 耗能比方钢管混凝土组合框架大;方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始刚度优于圆钢管混凝土组合框架。 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。     

钢骨混凝土组合框架抗震性能研究

通过2榀钢骨混凝土柱-钢梁框架的低周反复荷载试验,对钢骨混凝土组合框架的滞回性能、延性、耗能性能、刚度衰减等抗震性能进行研究。并依据JGJ 138—2001《型钢混凝土组合结构技术规程》及YB 9082—2006《钢骨混凝土结构技术规程》计算组合框架的极限承载力。结果表明,钢骨混凝土柱-钢梁框架结构具有良好的抗震性能,两部规程的计算方法均有较高的精度。     

同跨受火时两层两跨组合钢框架抗火性能的试验研究

利用自行研制的火灾试验炉,对两榀两层两跨组合钢框架在同跨火灾作用下的性能进行了试验研究,火灾工况包括:梁、板、柱同时受火、节点不受火,梁、板受火而柱、节点不受火两种。试验中量测了各种工况的炉温,框架梁、柱及混凝土楼板中的温度分布及框架水平和竖向位移。结果表明:钢柱四面受火时,钢柱翼缘、腹板的温度相差很小;对于钢梁,除了与混凝土接触的上翼缘外,其余H型钢梁的裸露部分温度分布基本均匀;混凝土内部的温升一般滞后于钢梁,钢筋混凝土板对钢梁有约束作用,升温时混凝土限制钢梁的膨胀、降温时则限制钢梁的收缩,致使钢筋混凝土板中出现很多裂缝;组合梁的抗火性能明显优于钢柱,工程中应对钢柱和节点实施保护;钢框架未受火部分对受火部分约束很大,导致受火跨边柱与中柱的变形不对称,同样也产生了内力重分布。     

钢-混凝土组合转换框架试验研究

为研究钢-混凝土组合转换梁-矩形钢管混凝土柱构成的组合转换框架的受力性能,对1榀组合转换框架缩尺模型进行了竖向荷载和低周往复水平荷载试验。分析了组合转换梁在竖向荷载作用下的刚度及裂缝开展情况以及组合转换框架在水平往复荷载作用下的破坏特点、荷载-位移滞回曲线及骨架曲线、延性、屈服机制和耗能能力等力学性能。试验研究结果表明,在竖向荷载作用下,组合转换梁刚度大,抗裂性能好,满足结构正常使用要求;在水平荷载作用下,转换框架延性好,极限层间位移角大,滞回曲线对称、饱满,耗能能力强。     

装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙共同工作性能试验研究

提出了一种装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙抗震节能结构。为研究轻型钢管混凝土框架与复合墙共同工作性能，进行了3榀足尺装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙试件与1榀足尺装配式轻型钢管混凝土纯框架的低周反复荷载试验。复合墙分为无洞口墙，带窗洞口墙和带门洞口墙。对比研究了结构的承载力、刚度、延性、滞回特性和耗能，分析了轻型钢管混凝土框架与复合墙共同工作机理，提出了结构水平承载力的实用计算方法。结果表明：在合理装配连接条件下，装配式轻型钢管混凝土框架与复合墙共同工作性能良好；装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙结构比纯框架结构水平承载力高，耗能能力强，刚度退化快，变形能力好；复合墙洞口面积及洞口类型对结构性能有显著影响，门窗洞口降低了结构水平承载力和初始弹性刚度，而对结构的累积耗能影响不明显；提出的实用计算方法能够较好地计算结构的承载力。     

钢板-砖砌体组合框架抗震性能试验研究

为了研究钢板-砖砌体组合框架的抗震性能,制作了2榀缩尺比例为1∶2的单层单跨组合框架,考虑竖向压应力水平分别为0.1和0.2,进行低周往复荷载试验。根据试验结果,分析其破坏特征,研究其滞回曲线、骨架曲线、承载力、承载力退化、刚度退化、延性和耗能能力等受力性能。结果表明：钢板-砖砌体组合框架的破坏特征主要表现为梁端与柱脚处钢板的局部屈曲、焊缝撕裂与砖砌体压碎;竖向压应力水平在0.2以下时,其对钢板-砖砌体组合框架的刚度退化、承载力尚未构成显著影响,但已经对承载力退化、延性与耗能能力产生较明显的影响;钢板-砖砌体组合框架屈服后延性好,滞回曲线饱满,具有较好的抗震耗能能力。     

基于梁柱节点性能的钢-竹组合框架结构地震反应分析

为研究钢-竹组合框架中连接钢-竹组合柱和钢-竹组合梁的节点性能,通过拟静力试验得到不同参数下半刚性节点的弯矩与转角的多项式拟合关系,在此基础上建立了6榀2层钢-竹组合框架的数值模型,进行了地震作用下的有限元分析,探讨了节点对钢-竹组合结构抗震性能的影响。为充分考虑节点的半刚性特性,采用Combin39非线性弹簧单元模拟节点,研究了6榀框架在不同情况下的最大水平位移与最大基底剪力、水平位移与基底剪力时程曲线和滞回曲线等指标。结果表明:钢-竹组合框架滞回曲线饱满,抗震性能突出,提高节点处螺拴的强度和设置加劲肋对提高钢-竹组合框架的抗震性能有明显效果,节点的构建因素对框架的抗震性能有显著影响。     

水平荷载作用下半刚性连接组合梁框架承载能力极限状态验算方法

本文分析了半刚性连接组合梁框架的在水平荷载作用下的受力特性,提出了对于具有合理构造措施的半刚性连接框架,采用塑性分析方法进行在水平荷载作用下的框架整体极限承载能力、组合梁的承载能力及框架柱的承载能力验算。采用塑性分析方法可使设计计算工作量极大地降低,而且能给出较为安全和准确的分析结果,这可供半刚性连接框架的实际设计参考。     

Seismic behavior analysis for composite structures of steel frame‐reinforced concrete infill wall

The composite structure of steel frame–reinforced concrete infill wall (CSRC) combines the advantages of steel frames and reinforced concrete shear walls. Reinforced concrete infill walls increase the lateral stiffness of steel frames and reduce seismic demands on steel frames thus providing opportunities to use partially restrained connections. In order to study seismic behavior and load transfer mechanism of CSRC, a two‐story one‐bay specimen was tested under cyclic loads. With that, the main characters such as, strength, stiffness, ductility, energy dissipation, load distribution, performance of steel frames, partially restrained connections and studs, are analyzed and evaluated. The experimental results show that the structure has adequate strength redundancy and sufficient lateral stiffness. The CSRC system has good ductility and energy dissipation capability. Partially restrained connections could enhance ductility and avoid abrupt decreases in strength and stiffness after the failure of infill walls. The composite interaction is ensured by headed studs, which have failed because of low‐cycle fatigue. Steel frames bear 80%–100% of overturning moments, and the remainder is undertaken by infill walls; steel frames and infill walls resisted 10%–20% and 80%–90% of lateral loads, respectively. Furthermore, relevant design recommendations are presented. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

钢筋混凝土柱-组合梁节点的研究进展

随着对钢筋混凝土柱和钢梁组成的组合框架结构研究的逐步深入,近年来出现了一种新型的框架结构形式,即钢筋混凝土柱-组合梁框架结构.文章介绍了钢筋混凝土柱-组合梁框架结构的优点,综述了国内外钢筋混凝土柱-组合梁节点的研究现状,归纳了目前已进行了研究的节点连接形式及主要研究成果,并指出了目前研究存在的问题.     

钢-混凝土组合框架梁的稳定设计方法

在已有的钢-混凝土组合梁和钢框架理论研究基础上,分析了影响组合梁负弯矩区转动能力的主要因素,建立了组合梁连续和钢柱连续两种组合框架结构体系的节点塑性极限转角的求解方法,提出了相应的计算公式及一种简化的组合框架梁稳定设计方法,并得出了组合梁负弯矩极限调幅系数的计算方法.结果表明,该设计方法可以使组合框架塑性铰处的内力充分重分布,使梁柱连接的转动刚度合理,也能使组合梁的设计达到充分利用组合效应及节点延性的目的.