预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱抗震性能试验研究

预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱是充分利用钢管混凝土叠合柱和预应力钢带约束柱的优点所开发出来的具有良好抗震性能的新型组合柱,为探究钢管约束内部混凝土和预应力钢带约束外部混凝土对柱抗震性能的改善规律,开展4个预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱试件和2个未采用预应力钢带约束的普通钢管混凝土叠合柱试件的拟静力试验,研究预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱在低周反复荷载作用下的破坏机理、破坏形态、滞回性能、位移延性、骨架曲线、耗能性能、刚度退化以及钢带应变变化等受力性能,分析了钢带间距、箍筋布置对预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱抗震性能的影响规律。研究结果表明:预应力钢带约束钢管混凝土叠合柱具有良好的延性、变形能力和耗能性能,相对普通钢筋混凝土柱和普通钢管混凝土叠合柱具有更加良好的抗震性能。     

复式钢管混凝土外加强环板节点抗震性能试验研究

外加强环板节点构造简单、传力路径明确,是目前比较成熟且被广泛应用的钢管混凝土结构节点,针对复式钢管混凝土柱设计了其与H型钢梁连接的外加强环板节点,对9个复式钢管混凝土外环板节点试件和1个单钢管混凝土对比节点试件进行了低周往复荷载试验,以轴压比、外环板宽度、梁柱线刚度比以及锚固腹板是否加肋作为主要变化参数,研究了新型节点破坏形态、破坏机制、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力及强度刚度退化等性能。试验研究结果表明:梁柱线刚度比小的节点试件易形成梁端弯曲破坏形态,而梁柱线刚度比大易形成柱端压弯破坏形态;复式钢管混凝土外环板强度和刚度退化均匀、持续、稳定,表现出了良好的耗能能力和变形能力,抗震性能较好;轴压比增大可提高节点试件初始刚度;环板宽度增加可提高节点的延性;锚固腹板加肋可提高节点的承载力。     

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。     

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。     

混凝土柱-蜂窝钢梁组合节点拟静力试验研究

为研究复合焊接环式箍筋混凝土柱-蜂窝钢梁组合节点的受力性能。对四种不同连接形式的8个复合焊接环式箍筋混凝土柱-蜂窝钢梁组合节点试件进行了低周反复荷载作用下的拟静力试验,分析了各节点的破坏形态、承载力、受剪性能、延性、耗能性能、滞回特性等。试验结果表明:试件的承载力与节点核心区的配箍率有关,对于钢梁贯通型的梁柱节点,宜加强节点核心区的箍筋配置,有利于提高试件的承载力和延性;外伸式端板连接型试件的承载力最高,但在极限荷载之后出现严重的刚度退化,耗能能力差;核心区加设箍筋的钢梁贯通型试件的承载力、延性和耗能能力均比较好,抗震性能好,能够满足工程实践的要求。     

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。     

圆钢管再生混凝土柱-H型钢梁外加强环式边节点抗震性能试验研究

以轴压比、梁柱线刚度比、核心区高强螺栓等因素为变化参数,研究了圆钢管再生混凝土柱-H型钢梁外加强环式边节点试件的抗震性能,共设计7个缩尺节点试件进行了拟静力试验。通过试验,观察了试件的受力过程及破坏形态,分析了试件的荷载-位移滞回关系曲线、骨架曲线、刚度和承载力退化、延性以及耗能能力等特性。结果表明:试件的破坏形态基本相同,圆钢管再生混凝土柱基本无变化,破坏前梁下翼缘靠近栓焊连接处出现屈曲,随后焊缝出现裂纹并被拉断;试件滞回曲线饱满,体现出良好的承载力、延性及耗能能力;随着轴压比的增大试件承载力稍有降低,降低幅度分别为1.9%和4.9%;增大梁柱线刚度比对节点刚度和承载力提升明显,承载力提升幅度在45%左右,但延性和耗能有所下降;楼板组合作用使节点刚度、承载力和耗能得到提高;节点核心区设置高强螺栓对抗震性能总体提升不大。     

高温后圆钢管再生混凝土偏压柱力学性能研究

为研究高温后圆钢管再生混凝土柱偏压力学性能的退化规律,考虑温度作用场、再生粗骨料取代率2个变化参数,对9个设计的圆钢管再生混凝土柱试件进行高温后的偏心受压加载试验。观察其受力破坏过程及形态,获取受力全过程的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、极限承载力等数据,并分析温度和取代率对高温后圆钢管再生混凝土偏压柱承载力、刚度退化、位移延性、耗能等力学性能指标的影响。结果表明:高温后钢管再生混凝土偏压柱的破坏过程和形态与常温试件相似,具有承载力高、变形性能好的特征;随着温度的升高,钢管再生混凝土偏压柱的极限承载力和初始刚度显著降低,随着取代率的变化,钢管再生混凝土偏压柱的承载力、刚度、位移延性、能量耗散等力学性能指标变化不大。     

大径宽比钢管混凝土叠合柱轴压试验

为研究大径宽比钢管混凝土叠合柱的轴压性能,设计制作了外径在400～600 mm范围内、含钢管率在3.70%～6.75%范围内的6根大径宽比钢管混凝土叠合短柱试件,并对其进行轴压试验。使用亚克力棒测量了钢管内部混凝土的应变,给出了不同柱径试件各部位的典型应变增长曲线。结合试验结果,引入考虑试件尺寸效应的混凝土材料强度折减系数,提出了适应大径宽比钢管混凝土叠合柱的极限承载力计算公式。结果表明:大径宽比叠合柱达到峰值荷载后承载力下降缓慢,具有较好的延性; 含钢管率的提升直接增强叠合柱的承载力,含钢管率为6.08%的试件比含钢管率为3.70%的试件承载力高27.3%; 不同尺寸试件的破坏特点存在差异,一般表现为尺寸越大,破坏越显脆性,但不同尺寸试件的各部位典型应变增长模式基本一致; 叠合柱外部钢筋混凝土在加载中后期对承载力贡献较小。     

方钢管混凝土柱内隔板贯通式节点核心区抗震性能的试验研究

方钢管混凝土柱在建筑结构中已经得到越来越广泛的应用。为研究方钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁(钢梁)连接的内隔板贯通式节点的抗震性能,对10个节点试件进行低周反复荷载试验。在此基础上,对其核心区受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、强度退化和耗能能力等抗震性能进行较为深入的研究与分析。研究结果表明:节点试件的滞回曲线呈明显的梭形,且非常丰满,耗能能力强;内隔板贯通式节点具有较好的延性和承载力,即使在发生节点破坏的时候,也为延性破坏;节点在整个加载过程中刚度退化明显,强度退化很小,可以在抗震设防地区推广使用。     

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。     

十字形截面钢-混凝土组合异形柱的抗震性能

为研究十字形截面钢-混凝土组合异形柱的抗震性能,对5个不同轴压比、配钢形式的试件进行低周反复加载试验。研究了滞回曲线、骨架曲线、延性性能、刚度退化、耗能性能等抗震性能,对比分析了轴压比和配钢形式对抗震性能的影响。结果表明,轴压比较大的试件具有更高的承载能力,但延性降低、刚度退化速率加快;与普通钢筋混凝土异形柱相比,在异形柱内配置型钢可改善滞回性能、增强刚度、延性性能、承载能力和耗能性能,减轻破坏程度,从而提高抗震性能。配钢形式为T形钢加方钢管的试件除刚度退化外,其他性能均优于实腹型配钢试件。     

装配式混凝土梁柱节点抗震性能试验研究及参数分析

为研究装配式混凝土梁柱节点的抗震性能,对1个整浇节点和2个装配式节点进行了低周往复加载试验,分析了两类节点的破坏形态、滞回性能、刚度退化、延性和耗能能力等,研究了轴压比对节点抗震性能的影响。利用ABAQUS软件建立节点的有限元模型,扩充影响参数范围,进一步分析梁纵筋配筋率、后浇区混凝土强度及连接钢板的屈服承载力对节点抗震性能的影响。结果表明：与整浇节点相比,装配式节点具有较高的承载力、刚度和耗能能力,且变形性能相当;轴压比增大时,装配式节点的承载力、刚度及耗能能力显著提高,但延性降低;提高纵筋配筋率和后浇区混凝土强度等级均可改善装配式节点的抗震性能;改变连接钢板的屈服承载力可实现梁端塑性铰向柱外侧转移,当连接钢板与梁纵筋的屈服承载力接近时,钢板可辅助节点进行耗能。     

中空夹层钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁节点抗震性能试验研究

以中空夹层钢管混凝土柱与带钢筋混凝土楼板的钢-混凝土组合梁采用高强螺栓及T形钢连接件构成的组合节点的抗震性能为研究对象,对6个十字形组合节点以梁端反对称加载的形式进行拟静力试验。试验中以柱轴压比、加劲肋、T形钢连接件尺寸、楼板厚度和楼板配筋率等为变化参数,研究该组合节点的破坏特征、滞回性能、抗剪性能、承载力衰减、刚度退化规律、耗能特性以及应变变化等力学性能。研究结果表明：柱内置钢管在增加柱受压承载力的同时可以有效增加节点核心区受剪能力,改善了节点整体受力性能;增大楼板配筋率(当1%≤ρ≤ρmax时)和减小柱轴压比(当n≤0.3时)能增强节点总耗能能力,但会降低节点延性且对节点承载力无明显提高作用;T形钢翼缘厚度和设置加劲肋对节点抗震性能影响较大。     

方钢管混凝土框架-侧边开洞薄钢板剪力墙受力性能研究

采用大型通用非线性有限元软件ABAQUS 6.10分别对4个方钢管混凝土框架-侧边开洞薄钢板剪力墙进行数值分析,明确其受力性能和破坏形态,分析侧边加劲构件对结构刚度、承载力、延性及滞回性能的影响,提出侧边加劲构件截面设计方法。结果表明:方钢管混凝土框架-侧边开洞薄钢板剪力墙具有良好的受力性能和滞回性能;当侧边加劲构件与钢梁铰接时,侧边加劲构件能够显著提高方钢管混凝土框架-侧边开洞薄钢板剪力墙的极限承载力、初始刚度、延性和耗能能力;有限元计算结果与侧边加劲构件设计公式计算结果吻合较好,可供工程应用参考。     

后包钢管混凝土框架节点抗震性能试验研究

结合工程实践,进行了三个不同形式的后包钢管混凝土框架节点和一个普通钢管混凝土框架节点的低周反复加载试验。研究后包钢管混凝土框架节点承载能力和抗震性能,以及不同钢管厚度、不同加劲肋形式对节点承载能力和抗震性能的影响。试验结果表明,后包钢管混凝土框架节点的抗震性能不低于普通的钢管混凝土框架节点。研究为加固钢筋混凝土柱提出了一种新方法。     

矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点抗震性能试验研究及有限元分析

以天津泰达广场CBD工程A、B区超高层项目为背景,进行了不同连接方法的6个足尺矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点试件拟静力试验,分析了试件的破坏特征、承载力、延性、耗能能力、刚度退化、强度退化等性能。结果表明：在保证焊接及安装质量的前提下不同连接方法节点均具有较高的承载力及良好的抗震性能;在梁翼缘两侧焊接加强板有利于节点承载力的提高,矩形钢管中填充混凝土有利于减小节点核心区的剪切变形,提高节点的强度及刚度。利用ANSYS 10.0软件对试件在循环荷载作用下的滞回性能进行非线性模拟计算,并将理论分析结果与试验结果进行对比。对比结果表明,非线性有限元分析得出荷载-位移曲线与试验结果吻合较好,矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点均具有良好的耗能能力。     

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。     

高轴压比下复式钢管混凝土柱 钢梁连接节点抗震性能试验

为了研究高轴压比下复式钢管混凝土柱 钢梁连接节点的抗震性能,按照现行规范设计了3个强柱弱梁型复式钢管混凝土外环板节点试件,进行了低周往复加载试验,研究其在高轴压比下的破坏形态、承载能力、变形能力以及耗能能力等。结果表明:增加水平环板的宽度可以有效提高节点的延性;锚固腹板加肋可以增加梁柱连接节点的初始刚度,增强节点的整体性,从而提高节点的承载能力和耗能能力;节点试件的破坏表现为钢梁翼缘首先发生屈服,随着水平荷载加大,试件同时出现梁端塑性铰和柱端塑性铰的破坏形态,锚固腹板加肋和水平环板加宽的试件在加载后期出现明显的柱端压弯破坏,各节点核心区应力较小,基本处于弹性阶段,因此高轴压比下复式钢管混凝土柱 钢梁连接节点可实现强节点要求,但不能满足“强柱弱梁”的抗震设防要求。     

角部连接钢框架-玻璃纤维增强无机板组合墙体抗震性能试验研究

为研究角部连接钢框架 玻璃纤维增强无机板组合墙体的抗震性能,考察人字形斜撑和玻璃纤维增强无机板对钢框架 组合墙体的影响,设计2榀足尺的双层双跨钢框架和2榀足尺的双层双跨组合墙体进行拟静力试验。观察不同形式钢框架和组合墙体在低周往复荷载下的破坏过程及破坏形态,得到了各试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、累积耗能、关键部位应变、延性系数等性能指标,对比分析人字形斜撑和玻璃纤维增强无机板对钢框架 组合墙体耗能性能、延性、承载力的影响。试验结果表明：组合墙体抗侧承载力高,刚度大,而变形能力与耗能能力较差;人字形斜撑能有效提高钢框架承载力、延性及耗能能力,但在组合墙体中人字形斜撑作用不明显,且圆钢管人字形斜撑易发生平面外失稳,建议设计时采用平面外刚度大于平面内刚度的H型钢;玻璃纤维增强无机板可以较大程度提高钢框架的抗侧承载力,由于玻璃纤维增强无机板过早开裂破坏,导致其延性降低,刚度退化速度加快,耗能能力变弱。基于已有的侧移刚度公式,对其进行参数修正并给出组合墙体侧移刚度简化计算式,理论值与试验初始抗侧刚度吻合较好,可为后续研究提供理论基础。