芯钢管连接的钢管混凝土半连通角节点试验研究

提出一种芯钢管连接的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的新型节点形式。在钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱连接区,局部间断钢管混凝土柱的外钢管,设置芯钢管连接上下钢管混凝土柱,使钢筋混凝土梁中的钢筋直接伸入节点,节点混凝土与梁中混凝土成为整体,简化了节点构造,保证了节点刚度。通过半连通角节点模型试验,研究了节点试件的破坏过程、破坏形态、节点区各组成部分的荷载-应变关系。研究表明,芯钢管混凝土对节点强度、刚度有重要作用。试件破坏是由梁和柱的破坏引起,直至试件达到极限状态,节点尚未破坏,证实了这种节点的可行性,且满足"强柱、弱梁、节点更强"的抗震设计原则。     

带有芯钢管的钢管混凝土节点的受力机理

在已破坏的钢管混凝土梁-柱节点试件上,截取尚未破坏的节点区域,研究带有芯钢管的钢管混凝土节点的受力机理。对节点采用不同加载方式使其破坏,从其破坏过程、破坏形态及荷载-位移曲线等方面,分析在不同加载方式下节点各组成部分的工作状态、特点及性能差异。研究结果表明:对节点全截面加载可得到节点的最大承载力,仅对芯钢管内混凝土加载可得到节点最小承载力,其最小承载力大于所连接的钢管混凝土柱的承载力,满足节点要求;对于不同加载方式,节点的芯钢管受力状态不同,但无论何种加载方式,芯钢管、外围密排环箍主要为间接受力,起约束核心混凝土的作用。     

新型钢管混凝土节点-芯钢管边柱节点的试验研究

提出一种在节点区间断钢管混凝土柱的外钢管、设置芯钢管的新型钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点。介绍了边柱节点模型试验的试件设计及试验现象和破坏过程 ,分析了新型节点存在的问题及改进的思路。研究表明 ,新型节点用于边节点是成功的。     

芯钢管连接的钢管混凝土中柱节点试验研究

提出了钢管混凝土结构的新型节点 ,这种节点将钢管混凝土柱的钢管在节点区间断 ,用节点区密排环形钢箍、竖向短筋和芯钢管来保证钢管混凝土柱在节点的连续性 ,梁中的纵筋在节点中连续 ,梁与节点区混凝土成为一体 ,能可靠传递梁中的弯矩、剪力及轴力 ;通过三个节点模型试验结果验证了新型节点的构思在概念上是正确的 ,试件的梁、柱破坏先于节点。主要分析了试验现象、破坏机理 ,提出有待深入研究的问题     

钢管混凝土组合节点的抗震性能及其影响因素研究

为研究钢管混凝土柱节点的抗震性能及其影响因素,采取柱端加载模式进行了4组钢管混凝土柱单边螺栓端板连接节点的拟静力加载试验,考察了柱截面空心率和端板连接形式对节点破坏模式、柱端载荷-位移滞回曲线、弯矩-转角关系曲线和耗能能力的影响。结果表明,平齐端板连接和外伸端板连接节点试件的破坏模式基本相同,都包含端板屈曲变形、M16螺栓出现部分滑移、梁端翼缘屈曲变形、局部栓钉剪切破坏、楼板柱根部出现裂缝和柱边混凝土破坏的过程;平齐端板和外伸端板连接节点试件,在加载过程中都未出现屈曲变形或者破坏,说明钢管混凝土柱在较大侧向位移作用下,具有较好的抵御撕裂和屈曲变形的能力;在相同空心率条件下,平齐端板连接节点柱边缘的裂缝相较于外伸端板连接节点试件更少,外伸端板连接节点试件的极限承载力、耗能能力、正向载荷和负向载荷作用下的极限承载力和初始刚度、正弯矩和负弯矩作用下的抗弯承载力和初始转动刚度要高于平齐端板连接节点试件;在相同端板连接条件下,空心率较低的节点试件的极限承载力、耗能能力、正向载荷和负向载荷作用下的极限承载力和初始刚度、正弯矩和负弯矩作用下的抗弯承载力和初始转动刚度要高于空心率较高的节点试件。在极限状态下,4种节点试件的等效粘滞阻尼系数ξ_c都保持在0. 204～0. 235之间,耗能能力优于钢筋混凝土柱节点,并与钢管混凝土柱外加强环节点的耗能能力相当,4种节点试件具有较强的耗能能力。     

环筋约束下超短混凝土试件的方形局部受压试验

为研究节点区柱钢管全断开式方钢管混凝土柱-混凝土梁节点的力学性能,对3个节点核心区试件进行轴压试验。研究节点核心区相对高度(环梁高度与环梁宽度的比值)对试件破坏形态、承载力的影响。试验结果表明,试件均具有较大的极限承载力与良好的延性,方钢管混凝土结构中采用全断开节点形式的思路可行;相对高度不同的试件破坏形态存在明显差异,随着试件相对高度的增大其极限承载力明显下降,但相对高度较大的试件具有更好的抗裂性能。钢管全断开式圆钢管混凝土柱节点的轴压极限承载力计算公式同样适用于钢管全断开式方钢管混凝土柱节点。     

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。     

芯钢管连接的钢管混凝土半连通角节点非线性有限元分析

应用有限元分析软件ANSYS对一种新型的芯钢管连接的半连通钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁角节点进行非线性分析。确定单元类型、材料本构关系、破坏准则和梁端荷载,利用对称性建立的三维实体模型分析模型中梁、柱、外钢管、节点芯钢管、环箍、竖向钢筋和混凝土的应力状况。研究模型破坏过程、受力性能、破坏机理以及模型破坏的原因,并将有限元分析结果与模型试验结果进行了对比分析,互相验证了分析结果的正确性。证实这种新型节点的合理性、可行性,指出节点还有较大的承载潜力,满足"强柱、弱梁、节点更强"的抗震设计原则,用于实际工程有望解决节点传递弯矩能力弱、刚度差、构造复杂、施工不便等问题。     

新型钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点试验研究

提出一种钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的新型节点形式。在钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱连接区,钢管局部开矩形孔、节点区域钢管加强,使钢筋混凝土梁中的纵向钢筋直接伸入节点,节点混凝土与梁中混凝土成为整体,方便施工且保证节点刚度。通过对3个节点试件的试验,研究节点的破坏过程、破坏形态。研究结果表明,试件破坏是由梁和柱的破坏引起的,直至试件达到极限状态,节点尚未破坏,证实这种节点的可行性,且满足"强柱、弱梁、节点更强"的抗震设计原则。     

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。     

方钢管混凝土柱-钢梁外隔板节点拟静力试验研究

通过对2个方钢管混凝土柱-工字钢梁外隔板式节点试件进行的拟静力加载试验,研究节点在反复循环荷载作用下的滞回性能、耗能能力、延性、应力分布和传力机制。试验结果表明,节点具有较高的承载力以及较好的延性和耗能能力,外隔板式节点的梁端弯矩一部分通过柱腹板两侧隔板传递到柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分则主要通过柱角两内侧各0.25倍柱宽范围内的隔板直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土。柱角附近的隔板出现严重的应力集中,影响节点的耗能和延性。对节点建立同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型,模拟分析了节点的受力性能。结果表明,由有限元分析所得的位移曲线与试验所得的骨架曲线极为相似,由有限元模型所得的应变分布规律与试验结果一致。     

方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

基于非线性和再生混凝土损伤因子的塑性损伤本构,建立了外加强环全焊接刚性连接、外套管式端板连接半刚性连接以及顶底角钢全螺栓连接半刚性连接3种形式的方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析了各模型的抗震性能。结果表明:在低周循环加载下,柱内含有支撑骨架且没有穿柱构件时,有利于提高节点域核心再生混凝土的整体性,受力简单;采用外套管约束节点域,核心再生混凝土的应力、应变较小,有利于再生混凝土耐久性的提高;在相同轴压比、梁柱线刚度比的情况下,外加强环全焊接刚性节点承载能力和滞回耗能能力较高,但延性相对较差;顶底角钢全螺栓连接半刚性节点承载能力、滞回耗能能力相对较低,延性较好;外套管式端板连接半刚性节点的极限承载力、滞回耗能能力和延性性能都有良好的表现;在此基础上,对外套管式端板连接半刚性节点进行了荷载-位移影响参数分析。结果表明:轴压比在弹性阶段对节点的影响不大,在进入屈服和塑性强化阶段,随着轴压比的增高,节点的极限承载力和延性下降;在强柱弱梁的前提下,梁柱线刚度比的增加有利于节点弹性刚度和水平极限承载力的提高,屈服后梁柱线刚度比对节点刚度退化影响不大;钢材屈服强度影响主要体现在节点的极限水平承载力上;再生骨料取代率对节点的延性性能稍有影响;外套管和端板的厚度变化在一定范围时对节点的弹性刚度和极限承载力有一些影响,但增幅随着厚度的增加越来越小。     

复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点抗震性能试验研究

借鉴方钢管混凝土柱-钢梁外肋环板节点形式,将非梁柱连接面的柱两侧外肋环板改为竖贴于柱侧的竖向肋板并伸出与梁翼缘焊接,同时设置锚固腹板,形成复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点。通过7个梁柱组合体试件的低周反复荷载试验,分析各试件的破坏过程及特征,并对试件的滞回性能、承载力、延性、耗能能力和承载力及刚度退化等抗震性能进行研究。研究结果表明：节点的破坏形态基本相同,梁端先屈曲,形成塑性铰;锚固腹板可有效提高节点的承载力和变形能力;竖向肋板外伸长度可提高试件的初始刚度,使梁端塑性铰外移,有效保护节点核心区;试件的滞回曲线呈明显的梭形,具有良好的承载力、延性及耗能能力;试件在整个加载过程中刚度退化现象明显,承载力退化很小,可应用于抗震设防地区。     

高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱框架节点抗震性能试验研究

为解决现有单边螺栓容易拔出、钢管柱壁板撕裂等锚固不足问题,提出高强钢板-螺栓组合连接副,用于钢管柱框架节点。为研究该类节点的抗震性能和破坏模式,设计4个足尺比例的高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱框架节点试件,变化参数为螺栓规格和钢梁端板厚度,分别进行单调加载静力试验和循环加载拟静力试验,考察节点破坏模式、转动能力、连接系数、耗能能力及螺栓拉力。研究表明:M20-20、M24-25两种钢板螺栓组合连接节点可达到抗震规范的节点承载力连接系数限值要求,为半刚性节点;单调和循环两种加载方式下节点的破坏模式相近,节点域应变和变形都较小,对节点转动角度影响可以忽略;循环加载下节点的破坏位移明显较单调加载的小,梁端受弯承载力略有提高,芯筒端部钢管柱应变显著增长,M24-25节点的耗能能力较M20-20的高约10%;循环荷载作用下的螺栓最大实测拉力大于单调荷载作用下的螺栓最大拉力,组合连接副承载力的设计方法有待进一步研究。     

施工初应力作用下内配十字形型钢的圆钢管混凝土 轴压短柱力学性能分析

利用ABAQUS有限元软件分别建立考虑外钢管施工初应力和同时考虑钢管与型钢施工初应力的内配十字形型钢圆钢管混凝土轴压短柱数值模型,并对建模方法进行验证。计算施工初应力存在时内配型钢钢管混凝土轴压短柱的荷载-位移全过程曲线及其各部件的承载力分配曲线,并分析混凝土与钢管、混凝土与型钢的接触应力及应力发展状态。最后对初应力系数、构件长细比、钢管和型钢的含钢率、钢管和型钢的屈服强度以及混凝土的抗压强度等因素进行了参数分析。结果表明:考虑外钢管施工初应力对内配型钢钢管混凝土轴压构件力学性能的影响规律与其对钢管混凝土轴压构件力学性能的影响规律基本一致; 外钢管和型钢施工初应力的同时存在使混凝土与钢管、型钢的相互作用时间延迟,减弱钢管对混凝土的套箍作用和混凝土对型钢的局部约束,使组合构件提前进入弹塑性阶段并扩大此阶段的范围,导致组合柱极限承载力随着初应力值的增大逐渐减小; 构件长细比对轴压短柱的承载力影响系数有显著影响。     

矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点受剪承载力研究

在矩形钢管混凝土异形柱-钢梁节点试验研究的基础上,对节点的破坏特征及影响因素进行分析,结果表明矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的破坏模式主要是节点域发生剪切斜压破坏,其受力机理为钢桁架、混凝土主斜压杆和约束斜压杆的综合作用。在此基础上,将节点域抗剪贡献分为三部分进行研究,包括节点域钢管腹板的抗剪贡献、节点域混凝土主斜压杆的抗剪贡献和约束斜压杆的抗剪贡献。根据试验结果和力学分析,推导了节点区柱腹板剪力计算式;由虚功原理得出节点区混凝土约束斜压杆的承载力计算式;通过对试验数据的回归分析,得到核心区混凝土主斜压杆的承载力计算式;最后提出了矩形钢管混凝土异形柱 钢梁框架节点屈服剪力和极限剪力的计算式,该计算式不仅考虑了柱轴力对节点区实际受力状态的影响,而且考虑了钢管对混凝土的约束作用。对比结果表明,采用计算式得到的结果与试验结果吻合较好。     

钢管约束的钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为增强核心混凝土约束作用并改善其力学性能,在钢管混凝土外部增设圆钢管形成钢管约束的钢管混凝土组合柱,以构件类型、内层和外层钢管含钢率及核心混凝土强度等级为参数,设计并完成了14个钢管约束的钢管混凝土短柱和14个钢管混凝土短柱的轴压试验;观察试验现象和不同试件的破坏模式,研究各关键参数对试件轴压力学性能的影响,分析内层和外层钢管应力和应变发展规律,对比分析钢管混凝土和钢管约束的钢管混凝土的承载力和变形性能。研究结果表明:当钢管约束的钢管混凝土套箍系数不小于0.87,可使钢管混凝土柱的剪切脆性破坏转为截面压溃破坏,外观表现为腰鼓形破坏;达到承载力时,外层钢管横向应力可以达到钢材屈服强度,对核心混凝土的约束作用较强;钢管约束的钢管混凝土短柱轴压承载力较含钢率相近的常规钢管混凝土承载力可以提高20%左右,较内部钢管混凝土承载力可提高约70%。基于叠加法和GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》,提出两种钢管约束的钢管混凝土轴压承载力计算方法,预测结果与试验结果吻合良好。