型钢混凝土十形柱空间节点受剪机理及抗剪强度研究

为了研究型钢混凝土(SRC)十形柱空间节点在斜向荷载作用下的受剪机理、抗裂承载力及抗剪承载力,开发一套加载装置,采用柱端斜向加载方式对5个型钢混凝土十形柱空间节点进行低周反复荷载试验。观察节点核心区剪切面破坏形态,分析节点区两个主轴方向的箍筋、水平腹杆、钢腹板的应变分布规律及空间节点受剪机理和抗剪影响因素。结果表明:节点受剪面破坏为典型的剪切斜压黏结破坏;两主轴方向的箍筋、水平腹杆及钢腹板应变分布规律基本相同;空间节点受剪机理与型钢混凝土异形柱框架平面节点有着共性,但斜向荷载作用下,空间节点抗剪能力变弱,受力更为复杂。斜向加载角度对抗裂承载力影响不明显,而对抗剪承载力的影响应予以考虑,抗剪承载力与斜向荷载角度相关曲线近似于菱形。最后,基于各种配钢形式的SRC十形柱空间节点单向受剪下(沿工程轴)抗剪承载力计算方法的研究,提出在斜向荷载作用下节点抗裂承载力及抗剪承载力计算公式,计算结果与试验值吻合较好。     

型钢再生混凝土梁柱中节点受剪承载力分析

为研究型钢再生混凝土梁柱中节点的受剪承载力,在型钢再生混凝土梁柱中节点试验研究的基础上,对其受剪机理进行了分析。结果表明:型钢再生混凝土梁柱中节点的破坏模式主要是剪切斜压破坏,其受力机理为钢筋再生混凝土斜压杆,钢"框架-剪力墙"和钢筋空腹桁架的综合作用,将节点域的受剪承载力分为三部分,即节点域型钢腹板"剪力墙"和翼缘"框架"、节点域再生混凝土斜压杆、节点域箍筋的受剪承载力;通过对试验数据的回归分析,提出型钢再生混凝土梁柱中节点受剪承载力计算公式,该计算式不仅考虑了梁、柱对节点域实际受力状态的影响,而且考虑了翼缘"框架"对再生混凝土的约束作用,采用计算式得到的结果与试验值吻合较好。     

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。     

低周反复荷载下型钢混凝土柱-钢筋混凝土梁异形节点破坏机理及受力性能研究

型钢混凝土框架-混凝土分散剪力墙火电厂主厂房结构体系中存在着大量钢骨混凝土柱-钢筋混凝土梁异形节点,该类节点属于变柱、左右梁高不等且存在错层的异形节点,通过低周反复加载试验研究该类节点的破坏机理和受力性能。研究结果表明:该类节点破坏过程均经历了初裂、通裂、极限、破坏4个特征阶段,最终均发生柱端塑性铰破坏。在强震作用下,型钢混凝土结构相对于普通钢筋混凝土结构构件具有良好的后期变形和承载能力。该类异形节点的受力机理可以通过斜压杆模型与钢桁架模型解释。     

型钢混凝土异形柱框架角节点抗扭承载力有限元分析

型钢混凝土异形柱结构是指在钢筋混凝土异形柱截面中配置型钢的结构。它结合了钢筋混凝土异形柱结构和型钢混凝土结构的优点,具有广阔的应用前景。本文利用ABAQUS软件对型钢混凝土异形柱框架角节点在纯扭荷载作用下的情况进行了有限元模拟分析。分析结果表明,型钢对于节点的抗扭承载力的提高作用明显。根据叠加方法并通过引入考虑组合作用的节点抗扭承载力影响系数对型钢混凝土异形柱框架角节点建立了抗扭承载力计算公式。     

型钢混凝土十形截面柱-梁平面与空间节点滞回性能试验研究

为了研究型钢混凝土十形截面柱-梁框架节点在平面受力与空间受力状态下受低周循环荷载作用的滞回性能,以柱截面配钢形式和水平加载角度为变化参数,进行了4个平面和3个空间十形截面柱-梁节点的低周反复加载试验。比较研究了两类节点在破坏形态、滞回曲线、承载能力、耗能能力及变形延性等抗震性能指标上的差异。研究结果表明:型钢混凝土十形截面柱平面节点主要发生核心区混凝土的剪切斜压破坏,垂直于加载方向左右两侧的柱肢对斜裂缝的发展有一定的抑制作用,而空间节点则发生核心区混凝土剪切斜压伴随黏结裂缝的破坏模式;与平面节点相比,空间节点的滞回环饱满,延性和耗能能力更大,但其承载力有所下降。基于试验与理论分析结果建立型钢混凝土十形截面柱-梁平面与空间节点的受剪承载力计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

异形柱框架中间层端节点抗震性能试验研究

完成了4个梁、柱均为T形截面的钢筋混凝土异形柱框架中间层端节点足尺组合体试件的低周交变加载试验。精确量测了不同受力阶段进入节点区上、下梁筋的应变分布状态、节点区腹板箍筋沿受力方向箍肢的应变量以及反复加载下梁筋由节点区的滑出量;分析了节点区的破坏形态和节点翼缘对节点区的抗剪作用,以及这类节点的综合抗震性能;检验了按我国《混凝土异形柱结构技术规程》(征求意见稿)设计的该类节点在梁端先屈服条件下的抗震受剪承载力。     

型钢混凝土十形柱及其节点抗震性能演变、传递机制及设计理念

为研究型钢混凝土十形柱与型钢混凝土十形柱框架节点在抗震性能方面的演变规律,通过13个型钢混凝土十形柱及其框架节点的反复荷载试验,揭示了型钢混凝土十形柱、十形柱平面节点、十形柱空间节点的震损机理及性能差异,深入分析了配钢形式、加载方向、剪跨比以及轴压比等关键参数对此类构件抗震性能的影响;考虑荷载加载方向对双向受剪性能的影响,提出了型钢混凝土十形柱及其节点的受剪承载力统一预测模型;采用OpenSEEs零长单元并引入荷载加载角对弯曲型破坏的型钢混凝土十形柱双向压弯承载力进行了全过程受力性能模拟并证实其可行性。结果表明：型钢混凝土十形柱及其节点由平面受力转变至空间受力时,其受剪承载力和耗能能力也随之提高;十形柱的位移延性系数最大,而平面节点的位移延性系数最小。试验轴压比在0.5范围内时,提高轴压比有利于构件和节点受剪承载力及耗能能力的增长;试验轴压比小于0.3时,随着轴压比的增大,十形柱及其节点的延性随之提高,而试验轴压比大于0.3时则随之降低。型钢混凝土十形柱及其框架节点的弹性及弹塑性层间变形能力均大于规范规定的要求。基于综合性能研究成果,给出了型钢混凝土十形柱合理配钢形式的设计建议、轴压比控制原理、最不利地震作用验算方向等结构设计理念。     

非对称配钢型钢混凝土柱受剪机理及承载力研究

为揭示非对称配钢型钢混凝土柱的受力特点和破坏机理,考虑剪跨比、轴压比、体积配箍率以及拉结筋等4个影响因素,对12个T形配钢型钢混凝土柱进行了水平低周往复荷载试验。对水平低周反复荷载和恒定轴向荷载作用下试件的受力过程和破坏特征进行了研究,结果表明:非对称配钢型钢混凝土柱具有较好的滞回性能和耗能性能,其破坏形态主要有弯曲破坏、剪切斜压破坏和剪切粘结破坏三类。通过实测型钢腹板和箍筋的荷载-应变滞回曲线,分析了试件在不同阶段的受力状态,基于破坏机理和力学分析推导了T形配钢型钢混凝土柱发生剪切斜压破坏和剪切粘结破坏时的受剪承载力计算公式,计算结果与实测值符合较好。     

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点受力性能非线性分析

在型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点拟静力试验基础上,采用ABAQUS有限元软件建立了组合框架节点的数值计算模型,对该组合框架节点在水平荷载作用下的受力非线性行为进行了有限元分析,获取了组合框架节点的破坏过程、破坏形态、应力云图、荷载-位移曲线及荷载特征值,并对节点的承载力计算值与试验值进行了比较,验证了有限元计算模型的合理性,进而分析了有限元拓展参数对组合框架节点受力性能的影响规律。结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合较好,该有限元模型能较好地模拟该组合框架节点在水平荷载作用下的受力性能;另外,提高再生混凝土强度或者箍筋强度对组合框架节点的抗剪承载力是有利的,但节点的延性变形能力有所降低;组合框架节点的抗剪承载力随着型钢强度的提高而显著增加,但节点的变形能力变化不大;增加体积配箍率或型钢配钢率可以明显提高组合框架节点的抗剪承载力和变形能力。     

钢梁-钢筋混凝土柱梁柱边节点抗剪性能分析

本文采用ANSYS有限元软件分析了8个不同节点构造的"梁贯通式"钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)边节点的抗剪性能,详细分析了RCS节点柱上端相对侧移及其组成、侧向荷载-剪应变、节点区各组成元件的抗剪承载力、节点剪力-变形曲线、钢腹板应力的发展过程、试件破坏时的应力应变分布等。结果表明,RCS节点变形是三维空间变形,内、外混凝土之间存在相对转动;RCS节点总变形由剪切变形和承压变形组成,即使发生节点剪切破坏,承压变形也占有较大比例;RCS节点抗剪由三部分组成:钢腹板、内混凝土和外混凝土,如设有钢柱面板,还应包括钢柱面板的抗剪承载力;在节点区总变形小于2%时,节点的抗剪承载力随节点总变形的增大而增大,在节点区总变形大于2%时,节点的抗剪承载力随节点总变形的增大而基本保持不变;试件破坏时,钢腹板大部分已屈服,屈服区为柱截面高度的80%,内、外混凝土有明显的斜压带存在。这些信息对进一步研究RCS节点抗剪机理和抗剪模型具有重要意义。     

矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点抗震性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的破坏特征和抗震性能, 进行了5个中节点、2个边节点和2个角节点的低周反复加载试验。观察了节点的受力过程及破坏形态, 分析了试件的荷载-位移滞回曲线、承载能力、强度和刚度退化、层间位移角和延性以及耗能能力等力学特性。结果表明: 矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的典型破坏形态是节点域腹板的剪切破坏、节点核心区腹板与柱翼缘连接的竖向焊缝断裂; 试件滞回曲线饱满,层间位移延性系数介于1.44~2.74,弹塑性极限层间位移角约为1/43~1/21;等效黏滞阻尼系数介于0.227~0.316,表明节点域的变形和耗能能力较强。当柱截面肢高肢厚比为3、4时,破坏时节点核心区的剪切角约为0.01~0.03;当柱截面肢高肢厚比为2时,破坏时节点核心区的剪切角约为0.08~0.10。     

钢-UHPC组合桁式拱桥拱肋与腹杆节点性能试验研究

钢-UHPC组合桁式拱桥的提出,有望解决特大跨径拱桥造价高、难以施工等难题。对1000m钢-UHPC组合桁式拱桥拱肋与腹杆关键节点的受力性能进行了研究,计算表明,在荷载基本组合作用下节点拉、压杆的轴力均超过10000kN,为保证节点处钢和UHPC两种材料牢固结合,通过节点受力分析和优化研究,提出了一种带混合连接件钢接头的UHPC箱型拱肋与钢腹杆新型节点连接构造。对最不利受力的节点制作了1∶5缩尺模型,不考虑箱型拱肋底板和腹板对节点受力的贡献,开展了平面三向加载试验和抗拔试验。试验结果表明：平面三向加载试验中节点的破坏模式为UHPC拱肋一侧开裂,另一侧压溃,但节点连接保持完好;抗拔试验中节点的破坏模式为UHPC拱肋沿钢接头的轮廓剪切破坏;平面三向加载试验中,钢腹杆的极限荷载是设计荷载的2.72倍,且UHPC拱肋的名义开裂应力为13.36MPa,是设计应力的1.85倍,表明节点的承载能力和抗裂性能满足设计要求;钢接头与UHPC拱肋结合面的抗剪性能和抗拔性能满足正常使用极限状态和承载能力极限状态的要求。     

钢连梁与混凝土剪力墙内埋钢暗柱式连接节点受力性能——试验研究

为研究钢连梁与混凝土剪力墙之间采用内埋钢暗柱式连接的受力性能,按照钢暗柱长度设计两组节点试件,分别为长钢暗柱节点和短钢暗柱节点,每组分别进行单调加载和低周反复加载试验。对比长、短钢暗柱节点的刚度和承载力,并分析长、短钢暗柱两种节点的不同破坏模式,发现长钢暗柱连接节点的破坏主要由剪力墙节点域钢暗柱腹板剪切屈服而破坏,而短钢暗柱连接节点破坏主要由于剪力墙钢骨附近的水平分布钢筋屈服而无法约束钢骨刚体转动。因此,长钢暗柱连接节点可以通过增加腹板厚度和高度来提高节点承载力,而短钢暗柱连接节点的承载力可以通过增加钢连梁与混凝土墙连接区域水平分布钢筋的直径或者减小钢筋间距来提高。     

配置斜筋单排配筋混凝土双肢剪力墙抗震性能试验研究

在水平地震作用下,低轴压比的单排配筋混凝土剪力墙易在底部施工缝处产生剪切滑移现象,影响其耗能能力,在剪力墙底部配置斜向钢筋可以较好地避免此现象发生。为研究配置斜筋单排配筋混凝土双肢剪力墙的抗震性能,对3个1/2缩尺的单排配筋混凝土双肢剪力墙进行了拟静力试验,研究了在墙肢及连梁中配置斜筋对混凝土双肢剪力墙破坏机制与抗震性能的影响。对比分析了配置斜筋双肢墙与未配置斜筋双肢墙的破坏形态、滞回特性、承载力、延性、刚度和耗能能力。试验结果表明:在墙肢配筋量相同的条件下,在墙肢底部设置适量的斜筋,可提高双肢墙的延性和耗能能力,并对其破坏机制产生影响;在墙肢分布钢筋量不变条件下,在墙肢底部和连梁中增设斜筋,可明显提高双肢墙的延性和耗能能力。     

基于修正软化拉-压杆模型的型钢#br# 混凝土深梁受剪承载力研究

为研究型钢混凝土深梁的受剪承载力,完成7组型钢混凝土深梁的静力试验和有限元分析,主要考虑剪跨比、型钢腹板高度及翼缘宽度等影响因素。试件的破坏模式为斜压破坏和剪切破坏。剪跨比对破坏形态有较大影响,较大的型钢腹板高度和翼缘宽度显著提高试件受剪承载力。在试验研究和有限元分析的基础上,考虑钢筋混凝土部分的软化效应、非软化混凝土与型钢翼缘的协调变形作用及腹板部分的受剪贡献,建立修正软化拉-压杆模型,并采用叠加原理推导型钢混凝土深梁受剪承载力实用计算方法。结果表明：修正软化拉-压杆模型能较好地反映型钢混凝土深梁的破坏特征和受力机制,文中提出的受剪承载力计算方法与试验数据吻合较好,对受剪影响因素考虑更加全面,能较好地预测型钢混凝土深梁的受剪承载力。     

RCS组合结构节点受力机理及承载力分析

近年来钢梁-钢筋混凝土柱框架结构(RCS)在美日等国获得广泛研究和应用,为了解这种新型结构节点的受力机理,建立了节点受力模型,详细分析了RCS组合结构节点抵抗剪力的三种传力机构的受力机理与传力方式。指出节点承载力主要是由钢梁腹板及混凝土斜压杆所提供,根据节点受力模型建立承载力公式是可行的,最后根据国外的研究资料,分析比较了业已提出的RCS节点抗剪计算公式。     

H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件纵向受剪性能试验研究

通过13个在单调荷载作用下H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件的推出试验,对其破坏形态、荷载-滑移特性和纵向剪力传递性能进行了研究,分析了栓钉数量、栓钉直径、栓钉布置方式、型钢翼缘宽度、腹部混凝土箍筋布置方式及加载方式等对受剪承载力的影响。试验结果表明：H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件的主要破坏形态为外包混凝土劈裂破坏和栓钉剪断破坏;典型的荷载-滑移曲线可分为3个特征阶段,分别为无滑移阶段、荷载上升段及荷载下降段;腹部栓钉有效地提高了部分外包混凝土组合构件的纵向受剪承载力,且受剪承载力随栓钉直径的增大和栓钉数量的增加而增大;腹部栓钉纵向布置优于横向布置,栓钉纵向偏心布置对受剪承载力影响较小;宽翼缘型钢能更好地约束腹部混凝土,提高其受剪承载力;腹部箍筋不同布置方式对极限荷载的影响较小;通过分析构件的受力机理和纵向剪力传递模式,提出了H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件纵向受剪承载力算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

配置斜筋的单排配筋混凝土低矮剪力墙动力性能试验研究

在单排配筋混凝土低矮剪力墙的墙体或底部配置斜筋,可限制墙体斜裂缝开展,提高剪力墙的基底抗剪切滑移能力,改善其抗震性能。为了解不同斜筋布置形式对其动力性能与地震损伤破坏机理的影响,进行了3个不同配筋形式的混凝土低矮剪力墙模型振动台试验,包括1个普通单排配筋混凝土剪力墙,1个墙体内配置45°斜筋的单排配筋混凝土剪力墙,1个墙体底部配置45°斜筋的单排配筋混凝土剪力墙。在试验基础上,分析了3个剪力墙模型在弹性、开裂及弹塑性损伤破坏等不同受力阶段的自振特性与地震反应,比较了其破坏形态和加速度、位移时程反应。研究结果表明,配置斜筋能有效地提高单排配筋混凝土低矮剪力墙的抗震能力。