方钢管混凝土柱-冷弯U形钢梁隔板贯通节点的试验研究及有限元分析

提出了一种新型的方钢管混凝土柱-冷弯U形钢梁连接节点形式——上翼缘增设加强板式隔板贯通节点。设置了常规隔板贯通节点试件与增设加强板的隔板贯通节点试件的低周反复荷载加载试验,通过ABAQUS软件对低周反复荷载作用下节点受力性能进行分析,并结合试验结果验证了有限元模拟的适用性与准确性。对比发现:有限元分析得到的节点破坏特征、滞回性能与抗震性能等与试验结果吻合较好。在有限元分析基础上,研究了柱的宽厚比、U形钢梁壁厚及贯通隔板上的浇筑孔大小等因素对隔板贯通节点的影响。结果表明:柱的宽厚比、U形钢梁壁厚对节点滞回性能有显著的影响,而贯通隔板上的浇筑孔大小对节点的滞回性能影响较小。     

方钢管柱隔板贯通节点抗剪强度研究

结合低周反复荷载试验和有限元模拟,考察了T字形和十字形方钢管柱隔板贯通节点的抗剪强度。通过对节点破坏形式、滞回曲线和骨架曲线等结果的分析,发现T字形隔板贯通节点发生了节点核心区剪切破坏,十字形隔板贯通节点发生了梁端塑性铰破坏。依据《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)对隔板贯通节点核心区的抗剪强度进行验算的结果表明,对于十字形隔板贯通节点的抗剪强度,规范公式计算结果可行;而对于T字形隔板贯通节点的抗剪强度,规范公式计算结果偏于不安全。     

折线隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点抗震性能试验研究

通过对折线加强隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点和基本型异型节点试件进行低周往复加载试验,研究了隔板折线加强构造对节点破坏形态、承载力、塑性转角、滞回性能、骨架曲线、刚度退化和耗能等的影响。试验结果表明：基本型异型节点在刚度较大、几何尺寸变化较大的大截面梁翼缘对接焊缝侧边开裂,节点的塑性转角约为0.028 rad;隔板折线加强异型节点的主要破坏模式为隔板折线加强区形成塑性铰及延性拉断、梁腹板焊接孔开裂及梁翼缘对接焊缝断裂,其塑性转角可达0.034~0.057 rad,承载力和耗能能力较基本型异型节点分别提高16.5%~47.0%和21.2%~144.0%;隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点中,大截面梁先于小截面梁破坏,柱壁板间焊缝未发生撕裂破坏,轻骨料混凝土未发生压碎、拉裂、剥离或滑移破坏,节点的抗震性能主要受钢梁和隔板间焊缝破坏（而非轻骨料混凝土）的影响。     

设置隅撑的钢管混凝土柱-钢梁槽钢节点受力性能研究

针对常规钢管混凝土柱-钢梁节点核心区混凝土常发生斜压破坏引起钢管柱损坏的问题,研究了在梁柱结合部位设置槽钢过渡段的节点形式,考虑到该类节点刚度与承载力有限,在钢管柱与钢梁间设置隅撑并进行相关研究。通过对5个钢管柱-钢梁槽钢节点、两个钢管混凝土柱-钢梁槽钢节点与一个设置隅撑的钢管混凝土柱-钢梁槽钢节点的试验与有限元模拟,分析了该类节点的受力性能与破坏形态。结果表明:节点失效时,钢管柱钢梁节点柱壁与槽钢腹板均发生较大变形,钢管混凝土柱钢梁节点破坏则主要发生在槽钢腹板上,槽钢腹板厚度对节点承载力影响明显;槽钢节点具有较好的转动能力与承载力,为半刚性节点;设置隅撑后,破坏主要发生在隅撑上,结构刚度显著提高,降低了节点处的受力,槽钢翼缘所受剪力减小;通过对所设置隅撑进行局部削弱处理,可以实现预选塑性区,控制结构破坏顺序,保护梁柱结合部位并简化节点设计。     

隔板贯通箱形柱-箱形梁+H形钢梁异型节点强震灾变机理分析

对隔板贯通箱形柱-箱形梁+H形钢梁异型节点试验试件进行了数值模拟分析,对比研究了折线扩大头隔板贯通箱形柱-翼缘削弱箱形梁与H形钢梁异型节点和基本型异型节点在强震下的破坏模式、断裂风险区、节点区应变演化规律.结果表明,贯通隔板折线扩大头区形成塑性铰,节点域应变集中在上核心区.     

Comparison of progressive collapse behavior between inner-diaphragm stiffened and through-diaphragm stiffened concrete filled SHS column-H beam joints

以2种方钢管混凝土柱-H形钢梁栓焊连接刚性节点为研究对象,通过静力试验和数值模拟考察梁柱节点在结构连续性倒塌条件下的受力性能,并对比内隔板与贯通式隔板两种柱横向加劲板形式对节点子结构抗力机制发展以及承载能力的影响。结果显示,节点初始破坏均位于梁下翼缘的连接截面。节点子结构在加载前期主要通过弯曲机制提供竖向抗力,在加载后期逐渐转变为依靠悬链机制抵抗上部荷载。相比于内隔板构造,贯通式隔板构造使梁下翼缘更容易产生断裂,梁下翼缘断裂所对应节点子结构变形大小主要对弯曲机制的发展产生影响,进而影响到节点子结构所能承担的最大动荷载。     

内隔板式与隔板贯通式方钢管混凝土柱-H形钢梁节点抗连续倒塌性能对比

以2种方钢管混凝土柱-H形钢梁栓焊连接刚性节点为研究对象,通过静力试验和数值模拟考察梁柱节点在结构连续性倒塌条件下的受力性能,并对比内隔板与贯通式隔板两种柱横向加劲板形式对节点子结构抗力机制发展以及承载能力的影响。结果显示,节点初始破坏均位于梁下翼缘的连接截面。节点子结构在加载前期主要通过弯曲机制提供竖向抗力,在加载后期逐渐转变为依靠悬链机制抵抗上部荷载。相比于内隔板构造,贯通式隔板构造使梁下翼缘更容易产生断裂,梁下翼缘断裂所对应节点子结构变形大小主要对弯曲机制的发展产生影响,进而影响到节点子结构所能承担的最大动荷载。     

基于神经网络的方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸承载力分析

方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸承载力,存在现有计算方法与已有试验结果误差较大的问题。而采用BP神经网络方法,建立隔板贯通节点静力拉伸承载力的预测模型,预测值与试验结果吻合较好,验证了神经网络方法预测节点静力拉伸承载力的精度与可行性。采用该神经网络模型对节点静力拉伸承载力进行参数化分析,具体参数包括:钢管柱宽厚比、隔板强度、钢管强度、隔板厚度、隔板浇筑孔径和混凝土强度。参数化分析表明,宽厚比、隔板强度、钢管强度、隔板厚度和浇筑孔径对静力拉伸承载力影响较大;混凝土强度对承载力影响较小,可以忽略。     

方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点抗剪性能试验研究

为研究隔板与核心区钢管翼缘组成的钢框架对方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点抗剪承载力的影响,设计3个足尺十字形方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点并对其进行低周反复荷载试验,变化参数为节点核心区钢管翼缘厚度。试验结果表明,钢框架体系对节点抗剪承载力的影响有限。     

方钢管混凝土柱-钢梁节点承载力试验研究

基于隔板贯通节点在地震作用下的破坏调查结果,提出了一种改善钢梁翼缘与隔板连接处受力性能的新型节点--倒角放坡型隔板贯通节点。对7个十字形节点试件进行了静力拉伸试验,研究了隔板贯通式连接中方钢管混凝土柱与钢梁受拉翼缘的连接性能,分析了钢梁翼缘与隔板连接构造以及浇注孔直径、隔板厚度、钢管的宽厚比等参数对节点局部受拉承载力的影响,并将试验得到的承载力与规程公式计算结果进行了比较。研究结果表明:倒角放坡型隔板贯通节点具有较好的承载力和延性;影响节点承载力的主要因素是隔板的厚度、浇注孔径和钢管的宽厚比,在钢管中填充混凝土有利于提高节点的屈服承载力和刚度;对于填充混凝土的试件,采用公式计算节点承载力偏于保守。     

隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形梁与箱形梁异形节点抗震性能试验

对圆弧加强隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形梁与箱形梁异形节点和基本型异形节点进行循环加载试验,研究了贯通隔板圆弧扩大头构造对异形节点抗震性能的影响,获得了该类节点的破坏模式、滞回性能、承载力和塑性转角等抗震性能参数。基于试验结果和力学分析,建议了异形节点域的抗弯、抗剪计算模型,推导了异形节点域的抗弯、抗剪承载力计算公式。结果表明:基本型异形节点滞回曲线劣化明显,节点在刚度较大、几何突变的箱形梁翼缘对接焊缝边缘脆断;隔板圆弧加强异形节点的滞回曲线饱满,承载能力和刚度退化不明显,主要破坏模式为在隔板圆弧加强区形成塑性铰,梁翼缘对接焊缝延性开裂;加载至节点破坏时,贯通隔板与柱壁板间焊缝未发生撕裂破坏,节点域内轻骨料混凝土未压碎或拉裂,轻骨料混凝土与隔板和柱壁板间未发生剥离或滑移;隔板圆弧加强异形节点的塑性转角可达0.038~0.056 rad,承载力较基本型异形节点提高21.5%~56.2%。     

变截面方钢管轻骨料混凝土柱-H钢梁隔板贯通节点抗震性能试验研究

通过对变截面方钢管轻骨料混凝土柱-H钢梁圆弧扩大头隔板贯通节点和基本型节点进行低周往复加载试验,分析了该类节点的破坏形态、滞回性能、延性、承载力、刚度退化与耗能能力等。结果表明：隔板圆弧扩大头节点先在隔板圆弧扩大区形成塑性铰,随后梁腹板焊接孔开裂,梁翼缘对接焊缝延性拉断;基本型节点在梁翼缘对接焊缝侧边开裂,裂纹扩展迅速至脆断;隔板圆弧扩大头构造明显提高了节点延性和耗能能力,有效降低了节点区焊缝过于密集和焊接热影响区的交叉影响,避免了梁翼缘对接焊缝处的应力集中和过早脆断;隔板圆弧扩大头节点的承载力、塑性转角和耗能能力较基本型节点分别提高16.09%~22.25%、17.34%~63.94%和24.97%~44.32%;加载到节点破坏时,节点域和柱内轻骨料混凝土未发生压碎、剥离、拉裂或滑移破坏,说明该类节点的抗震性能主要受钢梁与隔板间焊缝影响。     

方钢管混凝土柱-外包钢混凝土组合梁连接节点滞回性能分析

提出了一种新型的方钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁连接节点形式：隔板贯通部分钢筋贯穿式节点。设计了3个节点试件,对其进行低周反复荷载试验,利用ANSYS软件对低周反复荷载作用下的节点试件进行非线性有限元分析并与试验结果对比。结果表明:有限元分析得到的节点破坏形态、应力分布、滞回曲线、骨架曲线与试验结果吻合较好。在此基础上,对发生梁端塑性铰破坏模式的节点滞回性能进行参数分析,研究楼板厚度、U形钢壁厚、组合梁纵向受力钢筋配筋率、贯通隔板厚度以及轴压比对节点滞回性能的影响。研究结果表明：楼板厚度和U形钢壁厚对节点滞回性能有显著的影响,组合梁纵向受力钢筋配筋率对节点滞回性能影响较为显著,贯通隔板厚度和轴压比对节点滞回性能影响很小。     

外加强环不等高H型钢梁-方钢管柱节点受力性能有限元分析

在外加强环不等高H型钢梁-方钢管柱节点抗震性能试验研究的基础上,采用有限元分析软件ABAQUS,建立了考虑不同参数影响的三维实体模型并进行了非线性有限元分析。三维实体模型分析得到的有限元结果与试验结果吻合良好,有限元模型能够较高精度地模拟节点的受力行为。研究表明：节点的破坏形式分为整体节点域剪切破坏和局部节点域剪切破坏两种;节点单侧框架柱端部弯矩增大系数是节点域形成不同破坏模式的重要控制参数,两种破坏模式的分界线是节点单侧框架柱端部弯矩增大系数约为0.92;方钢管柱的宽厚比是影响节点域屈服剪力和塑性剪力的主要因素,梁截面高度比对节点域受剪承载力影响较大,而节点域高宽比对节点域屈服剪力和塑性剪力影响并不明显。     

L形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓装配节点抗震性能研究

为同时实现梁柱之间和柱柱之间装配,提出一种适用于多高层钢结构的异形钢管混凝土柱与H型钢梁的全螺栓连接节点.上柱、下柱、L形件与H型钢梁4个模块在工厂制作完成,在施工现场通过螺栓进行装配,可实现梁与柱、柱与柱之间的快速连接.通过改变盖板螺栓数量、加劲肋种类设计了4个节点,对其进行了拟静力试验与有限元分析,获得了节点的滞回...     

方钢管混凝土柱新型节点和异形柱在住宅钢结构中的应用

介绍了住宅钢结构的发展概况,提出了两种方钢管混凝土柱与H型钢梁连接的新型刚接节点——外肋环板节点和隔板贯通节点,分析了方钢管混凝土异形柱的特点。结合一栋6层钢结构住宅工程,阐述了这两种新型节点的构成和优点,并设计了分别应用于角柱、边柱和中柱节点的不同节点形式。设计了应用于异形柱结构中的L形、T形和十字形柱的外肋环板节点和隔板贯通式节点,提出了一体化的外肋环板节点和隔板贯通式节点,并分析了其在结构中不同部位的应用,为在工程中进一步推广应用这两种新型节点和异形柱结构体系奠定了基础。     

方钢管混凝土柱-钢梁双侧板贯穿式节点抗震性能试验研究

双侧板贯穿式节点是基于钢管混凝土柱横向受力特点而提出的一种新型梁柱连接节点。对6组17个十字形节点进行静力和拟静力试验研究,分析节点核心区的受力特点及抗震性能,结果表明:塑性铰均发生在穿心板外的钢梁上,调整竖向穿心板长度可以控制塑性铰发生的位置;双侧板贯穿式节点可有效地减缓钢梁上翼缘与钢管柱连接处的应力和应变梯度,减小节点核心区所受剪力,削减梁柱连接焊缝应力峰值,从而提高结构体系的耗能能力;所有节点试件的滞回曲线饱满,强度和刚度退化不明显,延性好,耗能能力强;不同类型和尺寸竖向穿心板的节点试件整体抗震性能差别不大。研究成果可供矩形钢管混凝土组合结构抗震设计参考,丰富钢管混凝土柱-钢梁节点的类型,促进钢管混凝土组合结构在工程中的进一步推广应用。     

削弱梁端的方钢管混凝土柱-钢梁栓焊连接节点的有限元分析

对内隔板式方钢管混凝土柱-钢梁栓焊连接节点提出了三种新型的梁端削弱方式,应用通用程序ANSYS对其进行三维非线性有限元分析,将计算结果与无削弱节点、狗骨式节点的分析结果进行对比。研究结果表明:翼缘开孔和翼缘腹板同时开孔的削弱方式能使梁端塑性铰明显外移,防止连接节点脆性破坏,可供实际工程设计参考。