矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点力学性能试验研究EI北大核心CSCD

针对矩形钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点在高层建筑工程中存在传力不直接,施工难度大,施工质量难以保证的问题,结合北京CBD核心区Z13地块超高层项目,提出了矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点,对不同配筋率的矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点试件进行低周往复加载试验,研究节点的滞回性能、破坏形态、耗能能力和延性等力学性能。并与传统的矩形钢管混凝土柱-混凝土梁焊接牛腿式连接节点和矩形钢管混凝土柱-混凝土梁套筒牛腿式连接节点进行性能对比。在试验基础上,对矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点受力性能进行理论分析并推导适用的设计公式。结果表明:矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点与另外两种类型节点相比有较强的承载能力,能够满足“强节点,弱构件”及传递竖向荷载的结构设计要求,并且便于施工、质量可靠。在此基础上进行理论分析,提出节点受弯承载力设计公式并推荐型钢牛腿截面按照承担梁端剪力80%进行截面设计,为矩形钢管混凝土柱-混凝土梁穿筋节点设计提供技术支撑。     

矩形钢管混凝土边框组合剪力墙及筒体结构抗震研究

钢管混凝土边框组合剪力墙及筒体是一种新型抗侧力部件。该文对不同混凝土强度等级,不同轴压比,不同剪跨比,不同强弱抗剪连接键等设计参数的矩形钢管混凝土边框组合剪力墙的抗震性能进行了研究。进行了2个普通钢筋混凝土剪力墙和7个矩形钢管混凝土边框组合剪力墙的低周反复荷载试验,以及2个设置不同形式抗剪连接键的剪力墙节点的低周反复荷载试验。在试验基础上,对比分析了剪力墙的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征。建立了组合剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。研究表明:这种新型组合剪力墙及筒体可有效地将混凝土剪力墙侧向刚度和承载力大的优势与钢管混凝土柱抗震延性好的优势组合,钢管混凝土边框柱与混凝土剪力墙之间的抗剪连接键能可靠工作。工程应用效果良好。     

钢骨混凝土异形柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为了研究钢骨混凝土异形柱-钢梁节点的抗震性能,进行了4个T形钢骨混凝土柱-钢梁节点和4个L形钢骨混凝土柱-钢梁节点的拟静力试验。试验考虑了混凝土强度等级、核心区配箍率和轴压比等参数的影响,对骨架曲线、承载力、核心区剪切变形、延性和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明,在低周往复荷载作用下,钢骨混凝土异形柱-钢梁框架节点滞回曲线饱满,表现出良好的延性性能和耗能能力,典型破坏形态为节点核心区剪切斜压破坏和节点区焊缝失效破坏;高轴压力下节点具有较高的承载能力但延性性能降低;混凝土强度越高,节点承载能力越大,但延性性能越差;增大核心区配箍率对试件的延性和承载力有明显的提高,并能改善试件屈服后的耗能能力。     

中柱失效工况下方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能理论与试验研究

为研究中柱失效工况下方钢管混凝土柱-组合梁抗倒塌性能,基于对方钢管混凝土柱-组合梁的抗力机制及抗倒塌性能影响因素的分析,建立了方钢管混凝土柱-组合梁抗倒塌分析模型,该模型考虑了梁端柱的约束作用、正负弯矩作用下组合梁弯曲刚度的差异以及楼板与钢梁之间黏结滑移效应等影响因素,并对模型的抗力-变形计算公式进行了推导;设计了一榀2跨1/3缩尺的方钢管混凝土柱-组合梁框架试件并进行静力加载试验,分析了中柱失效后剩余结构的破坏模式、荷载传递机理以及主要的抗力机制。试验结果表明,倒塌过程中结构的抗力经历了从梁机制到悬链线机制的转化,其中压拱机制和悬链线机制可以有效提高结构的倒塌承载能力。最后基于理论与试验结果的对比分析,提出了理论公式的修正方法。     

钢管混凝土格构柱-组合箱梁节点抗震性能试验研究

为验证巨型组合结构体系中钢管混凝土格构柱-组合箱梁节点的破坏特征和抗震性能,进行了节点核心区连接分别为单肢斜撑、交叉斜撑和横隔板三种不同连接构造形式的节点低周反复循环加载试验。分析了各节点形式的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线及评价节点抗震性能的主要参数(承载力、延性、刚度退化规律、耗能指数和等效粘滞系数等)。同时,利用ABAQUS对各节点进行了有限元数值计算,并与试验结果进行对比分析进一步对组合节点进行了研究。结果表明:试验与有限元数值计算结果吻合良好,验证了理论分析的正确性;三种不同连接构造形式的节点试件正向具有良好的位移延性,但反向位移延性不及正向,随着节点连接方式的加强,节点的屈服位移逐渐减小,延性增大,节点承载能力逐渐增大。横隔板连接形式节点相对另两种连接构造耗能能力较好,改善了节点的抗震性能。     

中空夹层钢管混凝土组合框架的拟动力试验EI北大核心CSCD

以高强单边螺栓连接的中空夹层钢管混凝土柱与型钢-混凝土组合梁是一种装配式框架组合结构。为了研究该组合结构在罕遇地震时的动力响应和局部构件的变形损伤,使用OpenSees软件和MTS液压伺服加载设备进行了多层框架拟动力试验,其中易于损伤的底部两层框架设置为试验子结构。具有水平随动能力的轴力加载是试验的技术难点之一,将省略轴力的简化边界和具备水平随动轴力的近似边界进行对比试验,结果表明:罕遇地震作用下,装配式框架的梁柱节点率先屈服,节点转动耗散了地震能量,从而避免梁端出现塑性铰;使用高强单边螺栓连接的梁柱节点属于半刚性连接,导致框架的层间位移角略大于抗震规范2%的限制;轴力略微有利于增加中空夹层钢管混凝土柱抗侧移刚度,省略轴力的试验加载方案是一种可接受的边界简化。     

变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-钢箱梁折线隔板贯通节点破坏机理和承载力研究

对变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-钢箱梁折线隔板贯通节点进行了低周往复循环加载试验,考察了隔板折线加强构造对节点破坏模式、承载力、塑性转角和延性等抗震性能的影响。采用盲孔法对节点区关键部位进行了焊接残余应力测试,获得了节点区焊接残余应力分布。对节点试验试件进行了基于考虑焊接残余应力的结构钢椭球面断裂模型及耦联的椭球面屈服模型和轻骨料混凝土二次函数型破坏面模型的数值模拟和破坏机理分析,获得了节点区断裂与屈服演化规律和节点域内轻骨料混凝土的受力状态。根据节点试验和数值分析结果,提出了变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-钢箱梁折线隔板贯通节点的抗弯、抗剪承载力计算式。     

开槽钢管混凝土柱轴心受压试验研究

对１２个钢管混凝土短柱进行了轴心受试验，探讨了开槽长度对钢管混凝土柱承载力的影响，研究解决钢管混凝土柱的开槽方法及梁柱节点的构造等问题。     

矩形钢管混凝土柱-H形钢梁外顶板式节点抗震性能试验研究

针对钢结构住宅建筑中柱子宽度日趋减小的趋势,提出了柱内无隔板的矩形钢管混凝土柱-H形钢梁外顶板式节点。对7个新型节点试件进行拟静力试验,变化参数有钢梁截面、顶板厚度和顶板长边高度。试验主要研究了节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力、刚度退化、强度退化、延性和耗能能力等抗震性能。试验结果表明:外顶板式节点共有梁翼缘受拉破坏、梁翼缘与顶板连接焊缝破坏、顶板与柱连接处的柱壁破坏三种破坏模式。节点延性系数为2.17~3.67,等效粘滞阻尼系数在0.2~0.3之间,极限位移角平均值为1/49,节点抗震性能满足“强节点弱构件”要求。增大外顶板的厚度或长边高度可提高节点承载力,钢梁翼缘、翼缘和顶板连接焊缝或柱壁的过早开裂会降低节点延性和耗能能力。最后提出在验算柱壁和连接焊缝极限承载力时,节点连接系数应取1.4;另外可采取梁端翼缘加强或削弱措施,以保证外顶板式节点具有足够的塑性变形能力。     

内藏钢管超高强混凝土芯柱组合柱抗震性能试验研究

结合6个内藏钢管超高强混凝土芯柱组合柱试件和2个普通钢筋混凝土柱试件的低周反复加载拟静力试验,对内藏钢管超高强混凝土芯柱的组合柱的破坏形态、破坏机理和抗震性能开展研究,重点对箍筋布置和预应力钢带布置对组合柱抗震性能的影响进行分析。通过分析实测荷载-侧移滞回曲线,对试件的延性性能、耗能性能、刚度退化和强度衰减等抗震性能指标进行了对比分析。研究结果表明,内藏钢管混凝土芯柱可以明显提高柱的延性性能及耗能性能,加密箍筋和采用预应力钢带可以对组合柱产生有效约束,进一步提高内藏钢管混凝土芯柱组合柱的延性性能、耗能性能,改善其刚度退化、强度衰减。     

钢管混凝土柱-双面组合作用梁框架节点抗震性能试验研究

为了研究钢-混凝土双面组合作用梁框架节点的抗震性能,设计了3个钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点和1个普通钢-混凝土单面组合作用梁十字形框架节点,并对其进行低周往复加载试验,对比分析其破坏模式、极限承载力、初始刚度、耗能能力、延性、刚度退化等抗震性能指标;通过改变下部混凝土板厚度和传力方式,研究下部混凝土板不同厚度和不同传力方式对双面组合作用梁力学性能的影响。结果表明:与普通钢-混凝土单面组合作用梁框架节点相比,钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点具有更高的承载力和刚度,适用于荷载较大的结构,但在延性、刚度退化和耗能能力等方面无明显优势;下部混凝土板采用集中传力和均匀传力的方式对双面组合作用梁抗震性能的影响无明显区别;下部混凝土板采用预制法制作和螺栓连接更加方便、可靠。     

火灾下钢-混凝土组合梁内力变化的试验研究

实际工程中,钢-混凝土组合梁大多具有轴向约束,从而使得组合梁在大变形时产生悬链线效应来继续承担外部荷载。为研究火灾下钢-混凝土组合梁的悬链线效应产生机制,开展了2块足尺钢-混凝土组合梁的火灾试验,测试组合梁截面内力随受火时间的变化过程。介绍了试件设计、加载方案和测量内容,描述了相关试验现象及破坏特征,得出以下主要结论:升温时,组合梁截面温度梯度分布变化较大且易产生附加弯矩,对组合梁极限承载能力产生不利影响;火灾下组合梁的破坏模式主要表现为梁端负弯矩处形成明显的塑性铰,同时板底钢梁的受拉下翼缘出现整体侧向失稳,这与常见单个钢梁的受压翼缘屈曲而整体失稳的现象相悖;荷载比是影响组合梁抗火性能重要的参数之一;通过实测得到火灾发生时组合梁内力的变化过程,分析出在同等条件下的相同时间内,荷载值越大组合梁悬链线效应越明显。     

基于ABAQUS的钢-混凝土组合结构纤维梁模型的开发及应用

在大量已有研究成果的基础上,基于大型通用有限元软件ABAQUS提供的用户子程序UMAT开发了一组适用于组合结构构件的单轴材料滞回本构模型,并编制了可用于组合截面纤维自动离散的前处理程序,由此集成了钢-混凝土组合结构纤维梁模型,可用于完全剪力连接的组合框架体系在竖向荷载及水平往复荷载作用下的整体弹塑性分析。与国内外大量试验的对比结果表明,该文开发的钢-混凝土组合结构纤维梁模型具有较高的精度和较为广泛的适用性。纤维梁模型虽然不能考虑钢梁与混凝土板之间的滑移效应,但与试验结果的对比表明是否考虑滑移效应对结构体系整体计算结果的影响不大,但建模工作量大大减少,计算效率显著提高,在分析组合框架体系在地震往复荷载作用下的受力性能时具有较大的优势。     

斜拉桥钢-混凝土结合梁的受力性能试验研究

斜拉桥钢-混凝土结合主梁的受力特点与常规结合梁有所不同。针对江津观音岩长江大桥钢-混凝土结合梁,设计并制作了1∶2大比例试验模型,对其进行了单项荷载与承载力极限状态荷载组合的加载试验,测试了试验模型主要断面的应变分布情况;结合有限元分析,对斜拉桥钢-混凝土结合梁的受力性能进行了研究。结果表明:斜拉桥结合梁承受较大弯矩时,截面上的应变并非线性分布,不满足平截面假定;轴力作用的加入能够有效抑制斜拉桥结合梁在弯矩作用下的滑移趋势,相比于常规结合梁,其钢与混凝土交界面的相对滑移量会更小;有限元分析结果与模型试验结果吻合较好,具有足够的工程精度;在该文所研究的斜拉桥主梁中,轴力主要由混凝土板承担,弯矩主要由钢梁承担。     

钢-混凝土组合梁抗剪研究中的塑性分析方法

为了研究钢－混凝土组合梁正弯矩区的组合抗剪性能，本文对16根密实截面钢－混凝土组合梁的组合抗剪性能进行了试验研究。在试验研究中，为了分离组合梁各抗剪部分承担的剪力，需要计算钢梁腹板所承担的剪力。本文介绍一个钢梁腹板在塑性流动阶段的剪应力计算方法，并且该方法还能判断钢材是否进入强化阶段。为了验证这一方法的正确性，作者还进行了2个纯钢梁试件的抗剪试验，试验结果与计算值吻合良好。     

钢-混凝土组合简支梁滞回性能非线性有限元分析

为实现钢-混凝土组合简支梁滞回性能三维非线性有限元分析,该文提出混凝土在单轴拉、压应力下的损伤变量计算方法,给定了混凝土的卸载规则,完善并提出混凝土应力-应变滞回本构关系和钢材循环本构关系,应用ABAQUS有限元软件建立混凝土棱柱体试件、钢材试件和钢-混凝土组合简支梁有限元三维非线性有限元模型,对混凝土棱柱体试件在单轴受压和受拉反复荷载下的试验结果进行分析,对钢材试件在单轴拉压循环荷载下的试验结果进行分析,对钢-混凝土组合简支梁在循环荷载下的荷载-挠度滞回关系、梁端荷载-滑移滞回关系以及栓钉的荷载-侧向变形滞回关系曲线等试验结果进行分析,计算结果与试验结果符合较好。     

钢-混凝土组合梁收缩徐变分析的有限元方法

基于按龄期调整的有效模量法,提出了部分剪力连接钢-混凝土组合梁在长期荷载作用下收缩徐变分析的简化有限元模型,并通过建立特殊的剪力连接件单元刚度矩阵和利用Newton-Raphson迭代方法考虑滑移效应,同时考虑了负弯矩区混凝土板开裂对组合梁刚度和强度的影响。利用该模型计算了连续组合梁在长期荷载作用下的挠度、应力、滑移量,计算结果与已有的理论计算结果和实验结果吻合,证明本模型用于分析钢-混凝土组合梁收缩徐变是可靠的。     

螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱偏压性能及承载力计算

为研究复合约束效应对螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱偏压性能的影响,设计并完成了30个螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱(15个角钢试件、15个钢管试件)的偏心受压试验,观察了试件的破坏过程及模式,获取了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,对比分析了各变化参数对试件偏压性能指标的影响,并讨论了复合约束下2类组合柱的刚度退化规律。结果表明：组合柱偏压破坏模式分为大、小偏压破坏;内置螺旋筋可显著提升钢-混凝土柱的偏压承载力和变形性能,抗弯刚度也有所改善,但过密布置螺旋筋将导致组合柱的承载力和抗弯刚度提升程度下降;增大螺旋筋径宽比和角钢/钢管纵向配钢率能显著增大组合柱的承载力和抗弯刚度,但纵向配钢率对变形性能的影响远小于螺旋筋配箍率;螺旋筋间距减小及径宽比增大可减缓组合柱的刚度退化速率;此外,复合约束效应对角钢混凝土柱偏压性能的改善显著优于钢管混凝土柱;基于压溃理论推导的组合柱偏压承载力解析公式的计算结果与试验结果吻合较好。     

考虑滑移、剪力滞后和剪切变形的钢-混凝土组合梁解析解

通过在Newmark 模型中引入(1)描述横向非均匀分布的纵向位移的翘曲形函数和(2)描述钢梁腹板剪切变形的Timoshenko 梁假定,建立了一个能考虑滑移、剪力滞后和剪切变形的钢-混凝土组合梁模型,并推导了均布荷载作用下的解析解。最后通过4 个算例验证了模型和解析解的正确性和适用性,并显示了考虑组合梁剪切变形的必要性。另外,算例还表明,在组合梁的三维有限元建模中采用Timoshenko 梁单元来考虑钢梁的剪切变形会导致显著的误差。     

混凝土翼板完全断开的钢-混凝土组合梁纯钢梁段的受压翼缘局部稳定性分析

为解决实际工程中遇到的混凝土翼板完全断开的钢-混凝土组合梁受压翼缘局部稳定性问题,基于薄板理论,对组合梁混凝土翼板开洞处纯钢梁段受压翼缘的临界屈曲应力计算公式进行了推导,考虑了弯矩梯度的影响,并用通用有限元软件ANSYS验证了公式的准确性。根据临界屈曲应力计算公式得出了合理的受压翼缘宽厚比限值,与现行《钢结构设计规范》中的规定进行了对比。对比结果表明:将《钢结构设计规范》中的宽厚比限值直接用于组合梁开洞处的纯钢梁段,显得过于保守。最后通过算例分析,进一步验证了该文的结论。