隔板贯通节点核心区抗剪性能试验研究

为研究钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通节点的核心区抗剪承载力,完成了5个"强构件,弱节点"试件在反复荷载作用下的抗震性能试验,探讨了节点核心区钢管和混凝土的破坏特征,核心区钢管应力-应变规律以及节点抗剪承载力。结果表明:隔板贯通节点核心区抗剪承载力主要由核心区钢管腹板部分和核心区混凝土组成;核心区混凝土裂缝沿2条对角线由内向外扩展,斜压杆受压宽度约为核心区混凝土高宽的1/4左右;隔板与钢管翼缘形成的钢框架对增强节点屈服后的塑性变形能力有明显作用。     

外隔板连接钢管混凝土柱-H型钢梁节点抗剪性能研究

通过对4个十字形外隔板连接钢管混凝土柱-H型钢梁节点试件进行低周反复荷载试验研究了该类型节点的抗剪性能,节点试件的核心区钢管厚度进行了一定程度的削弱。试验中研究的参数包括核心区钢管厚度、外隔板宽度和轴压比大小。4个试件的变形发生于核心区钢管翼缘和外隔板的弯曲、核心混凝土的压碎、钢管腹板的剪切变形甚至屈曲开裂,钢管腹板屈曲开裂是主要的剪切破坏形式。试验和有限元参数化分析均表明抗剪承载力与节点核心区钢管厚度正相关,外隔板宽度和轴压比对抗剪承载力的影响不大。对现有的3种针对于钢管混凝土柱-H型钢梁连接节点的抗剪承载力计算方法进行了对比评价,并结合混凝土核心区的剖切试验观测结果,提出了外隔板连接节点的抗剪承载力计算公式。新计算方法考虑了钢管翼缘和外隔板对抗剪承载力的贡献,其结果与试验值吻合良好,该方法的适用性得以验证,可用于外隔板连接节点的设计应用。     

隔板贯通式钢管混凝土节点有限元分析

基于ANSYS软件建立了隔板贯通式钢管混凝土梁柱节点有限元模型,研究了剪切破坏模式下节点核心区的传力机制,以及节点核心区组件几何尺寸和楼板作用对节点抗剪承载力的影响。结果表明,在剪切破坏模式下,节点剪力主要由核心区钢管腹板和混凝土承担,隔板和钢管翼缘的作用主要是传递梁端弯矩,核心区混凝土则以斜压杆机制抗剪;隔板厚度和核心区钢管壁厚对节点抗剪承载力有较大影响,而钢梁翼缘厚度和宽度的影响相对较小;楼板能提高节点抗剪承载力,并能影响节点核心区的破坏模式。继而利用优化设计为节点试件的方案设计提供一定参考。     

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。     

钢管混凝土柱-H型钢梁无隔板节点力学性能研究

为研究钢管混凝土柱-H钢梁节点在有、无隔板条件下的力学特性,基于有限元分析软件ABAQUS进行不同节点参数下的数值仿真模拟,在单调加载和拟静力加载工况下分别研究了内隔板、钢管柱壁厚度和H-型钢梁翼缘宽度对节点弯矩-转角关系的影响,考察了节点的整体变形、破坏形态以及滞回性能。结果表明:内隔板、钢管壁厚度能显著提高节点的初始转动刚度和极限承载能力,通过增大局部钢管柱的壁厚或钢梁翼缘宽度可使无隔板节点达到有隔板节点相近的弯曲性能,从而验证了无隔板节点的工程应用可行性。     

方管柱-H型钢梁隔板贯通式节点抗震性能的研究

方管柱和H型钢梁采用隔板贯通式连接而成的钢框架成为多高层建筑的结构体系的一种良好的选择,在我国还没有设计准则可循。为了促进方管柱-H型钢梁隔板贯通式节点的应用,在试验数据的基础上对其进行了有限元数值分析,对比隔板贯通节点与柱贯通节点的异同点,并分析了隔板挑出长度和轴压比对节点承载力的影响,提出改进方向。     

方钢管混凝土柱-H型钢梁外环板节点抗剪性能研究

设计了3个方钢管混凝土柱-H型钢梁外环板节点试件,通过低周往复荷载试验,研究节点抗剪性能.根据试验现象和结果对节点破坏形式、梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线进行分析.结果表明试件全部发生核心区剪切破坏,主要特征为核心区钢管腹板撕裂,随着轴压比增加还出现了外环板与钢管柱焊缝断裂的现象.分析轴压比对外环板节点抗剪性能的影响...     

方钢管柱-H形钢梁隔板贯通节点核心区弹性刚度计算方法研究

对方钢管柱-H形钢梁隔板贯通节点梁端承受弯矩时的核心区弹性刚度进行研究,分析核心区的变形机制,在合理假定的基础上,进行理论推导,提出以剪切变形为核心区主要变形机制的隔板贯通节点核心区弹性刚度计算式。基于经试验验证的有限元模型,对隔板贯通节点进行参数化分析,将计算所得理论值与有限元结果进行对比,两者吻合良好,表明所提出的计算式能够准确地计算隔板贯通节点核心区弹性刚度。     

方钢管柱-焊接工字形钢梁钢框架隔板贯通式节点滞回性能试验研究

针对贯通隔板相关参数对方钢管柱-焊接工字形钢梁钢框架节点抗震性能的影响,设计了4个隔板贯通式节点试件,对其进行了低周反复循环荷载作用下滞回性能的试验研究。试验表明,该类型节点具有较好的延性和承载力,强度退化和刚度退化稳定。隔板的厚度对节点承载力有明显影响,厚度越大,承载力越高;在一定范围内,隔板的平面尺寸越大,越能将应力有效分散到更大区域,对承载力有一定贡献。     

方钢管混凝土柱-H钢梁上环下贯栓焊混合节点抗震性能数值模拟北大核心CSCD

为了解决钢结构中钢梁下翼缘焊缝根部易发生脆性断裂的问题,提出一种兼有外环板和贯通隔板的新型栓焊混合装配方钢管混凝土柱-H钢梁连接节点。采用有限元ABAQUS对其进行数值模拟,研究该节点的传力机理、屈服机制、破坏模态和耗能性能。通过有限元参数分析,深入研究轴压比、宽厚比以及外环板厚度对节点抗震性能的影响。结果表明:节点呈现典型弯曲破坏模式,塑性铰发生在梁上翼缘与外环板连接处,节点屈服始于翼缘塑性铰区,经由翼缘扩展至腹板,继而钢管混凝土柱屈曲,最终上翼缘焊缝断裂破坏,且节点表现出良好的转动性能;增大钢管宽厚比和外环板厚度均可提高节点承载力,建议钢管宽厚比取值为35~45,钢梁翼缘与外环板厚度及钢材强度一致。     

波纹侧板钢管混凝土组合柱-钢梁框架节点的抗弯性能研究

提出一种新型波纹侧板钢管混凝土组合柱-钢梁框架节点形式——在节点核心区沿钢梁上下翼缘方向设置贯通隔板,梁翼缘设置加强板,柱四角布置方钢管并沿高度方向焊接波纹侧板形成钢骨架,骨架腔内灌注混凝土。利用ABAQUS软件建立有限元数值模型,并与常规节点的滞回性能、受力特性和破坏模式进行对比,发现设置加强板能有效提高节点的承载力,且能使塑性铰沿翼缘外移,两类节点的滞回曲线均较为饱满,耗能性能和延性较好。分析加强板厚度、混凝土强度、柱钢材强度等因素对此类节点抗弯承载力的影响,结果表明：加强板厚度、钢梁钢材强度、钢梁极限弯矩和梁柱线刚度比对节点抗弯承载力有显著影响。在参数分析的基础上建议了波纹侧板钢管混凝土组合柱-钢梁节点的抗弯承载力简化计算公式,简化计算公式所得结果与有限元结果吻合良好。     

方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能研究

翼缘削弱型节点可将塑性铰外移到梁端,从而有效地保护节点,避免发生脆性连接破坏。基于ABAUQS软件,参照目前钢框架节点的削弱参数取值,对方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能的影响进行了数值模拟,结果表明:合理选择相应的翼缘削弱参数,可在承载力降低不明显的情况下实现此类节点塑性铰外移,且位移延性有所提高。基于前述模型,对此类节点的翼缘削弱参数对其承载力和位移延性的影响进行了参数分析,最终建议了此类节点削弱深度的合理取值范围。     

十字形钢管混凝土柱-H形钢梁框架节点抗震性能研究

为了研究十字形钢管混凝土柱-H形钢梁框架中节点的抗震性能和破坏机理,进行了6个缩尺比为1∶2的节点拟静力试验。观察节点的损伤过程及破坏模式,分析柱端荷载-位移滞回曲线、节点核心区剪力-剪切变形曲线、层间位移角组成、耗能能力及应力分布。采用ABAQUS软件建立钢管混凝土异形柱-H形钢梁框架节点的有限元分析模型,分析结果与试验结果吻合良好,并对节点核心区受剪承载力和节点刚度进行参数分析。研究结果表明：节点的滞回曲线饱满,延性系数介于2.63～4.45之间,等效黏滞阻尼系数介于0.202～0.241之间,节点域的变形和耗能能力较强;建立的有限元分析模型可用于模拟节点的抗震性能,有限元参数分析结果表明增加节点区钢管厚度可以明显提高核心区受剪承载力,增加竖向肋板尺寸可以有效提高节点刚度。为保证竖向肋板节点达到刚性节点要求,建议柱钢板宽厚比不大于30;竖向肋板翼缘外高度、翼缘内高度以及竖向肋板与梁翼缘连接长度分别不应小于梁翼缘宽度的30%、15%和150%;竖向肋板厚度不应小于梁翼缘厚度。     

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%。     

Research on seismic behavior of cruciform special-shaped CFST column to H-section steel beam joint

为了研究十字形钢管混凝土柱-H形钢梁框架中节点的抗震性能和破坏机理，进行了6个缩尺比为1∶2的节点拟静力试验。观察节点的损伤过程及破坏模式，分析柱端荷载-位移滞回曲线、节点核心区剪力-剪切变形曲线、层间位移角组成、耗能能力及应力分布。采用ABAQUS软件建立钢管混凝土异形柱-H形钢梁框架节点的有限元分析模型，分析结果与试验结果吻合良好，并对节点核心区受剪承载力和节点刚度进行参数分析。研究结果表明：节点的滞回曲线饱满，延性系数介于2.63～4.45之间，等效黏滞阻尼系数介于0.202～0.241之间，节点域的变形和耗能能力较强；建立的有限元分析模型可用于模拟节点的抗震性能，有限元参数分析结果表明增加节点区钢管厚度可以明显提高核心区受剪承载力，增加竖向肋板尺寸可以有效提高节点刚度。为保证竖向肋板节点达到刚性节点要求，建议柱钢板宽厚比不大于30；竖向肋板翼缘外高度、翼缘内高度以及竖向肋板与梁翼缘连接长度分别不应小于梁翼缘宽度的30%、15%和150%；竖向肋板厚度不应小于梁翼缘厚度。     

蜂窝钢梁-焊接环式箍筋砼柱节点抗震受剪承载力

为研究焊接蜂窝钢梁-复合焊接环式箍筋砼柱连接节点的破坏特征和受力性能,进行了4个蜂窝梁贯通型接点、2个外伸式端板连接节点、2个平齐式端板连接节点的低周反复荷载试验。试验表明前三组试件为节点核心区剪切破坏,第四组试件为钢梁翼缘屈服破坏;外伸式端板的约束作用以及高强螺栓预压力的存在,使得节点域混凝土开裂较少,大大改善了节点域的抗剪能力,同时也能增大节点刚度。对节点的抗震受剪承载力进行了分析,并根据试验结果得到了节点核心区抗震受剪承载力计算公式,可供工程实际参考。     

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。     

方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸试验及有限元分析

对于方钢管混凝土柱隔板贯通节点,通过静力拉伸试验和非线性有限元模拟,考察隔板贯通节点的承力机制和破坏形式。结合荷载-位移曲线、试件承载力等数据结果对比,验证有限元模拟与静力拉伸试验结果的一致性。对于静力拉伸荷载作用下的隔板贯通节点,其破坏形式表现为钢梁破坏、焊缝破坏或节点域破坏;钢梁传来的拉伸荷载在节点域内主要依靠方钢管柱壁和隔板传递;方钢管柱壁的塑性区主要集中在柱壁与贯通隔板相交线处附近;贯通隔板的塑性区,主要集中在隔板浇筑孔中心与透气孔中心的连线、透气孔中心与方钢管柱壁角部的连线附近。     

圆钢管混凝土柱框架节点抗剪承载力计算方法

圆钢管混凝土(CFCT)柱承载力高、延性好,可与不同类型的混凝土梁、钢梁或钢-混凝土组合梁可靠连接,形成满足不同功能需求的CFCT柱框架结构。CFCT柱框架节点抗剪承载力主要由节点核心区混凝土、钢管和加劲构造等抗剪元件承担,并受柱轴压力影响。总结提出了CFCT柱框架节点的抗剪机理以及各抗剪元件的抗剪贡献计算方法。基于课题组前期完成的CFCT柱框架节点抗剪试验结果,确定了柱轴压力对节点承载力的定量影响,并提出了CFCT柱框架节点抗剪承载力计算方法。该方法计算结果与国内外相关试验结果吻合良好。     

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。