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。     

钢筋混凝土柱-钢梁组合节点抗剪承载力研究

为了获得适用范围更广的钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)组合节点抗剪承载力公式,利用12个RCS组合节点的试验数据对6组抗剪承载力公式进行计算分析,指出了各公式的特点和适用范围。通过分析节点区混凝土、钢梁腹板以及箍筋等的受力机理和其对节点承载力的贡献,提出了改进的RCS组合节点抗剪承载力公式;通过17个节点试验数据对改进公式进行验证,结果表明:改进后的公式计算结果准确且适用性好;通过分析节点区各组成部分对节点抗剪承载力的贡献,结果表明混凝土和钢梁腹板对RCS组合节点抗剪承载力的贡献占90%以上。研究成果为设计计算RCS组合节点抗剪承载力提供参考。     

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。     

RCS组合节点的构造措施与破坏模式分析

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)组合节点受力复杂,不同的节点构造措施对其破坏模式和承载力影响显著。根据试验和数值模拟结果,分析了8种RCS节点构造措施的传力机理及其对节点承载力的贡献,并提出设计建议。分析了已有节点破坏模式的特征、受力机理、影响因素等;并根据国内外试验,提出了两种新的破坏模式:部分剪切破坏和节点-梁混合破坏。通过分析其破坏特征、发生条件、受力机理等,给出了承载力计算建议。研究成果为进一步建立RCS组合节点的受剪承载力公式提供依据。     

钢梁贯通型RCS组合节点构造措施及抗剪强度探讨

基于国内外有关RCS组合节点的研究,分析了RCS组合节点的破坏模式及相应的构造措施。根据RCS组合节点的受力特点,探讨了RCS组合节点核心区各抗剪机构的作用机理。通过对RCS组合节点试件抗剪承载力的计算分析,比较了现有国内外RCS组合节点抗剪强度计算公式,指出公式存在的问题,研究结果表明,以强度为基础的公式对于中节点的抗剪强度计算偏于保守,以变形为基础的公式计算结果离散性较小。综合目前RCS组合结构的研究现状,提出了RCS组合节点的研究建议,以期为RCS组合框架结构的进一步研究提供参考。     

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。     

翼缘板切除型钢筋混凝土柱-钢梁组合节点破坏模式和构造措施改进

针对所提出的钢梁腹板贯通、翼缘板部分切除的钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)组合节点,在试验时发生局压破坏的现象,通过有限元建模和分析,探讨了翼缘板切除程度对节点破坏机制和破坏模式的影响,给出了翼缘伸入节点区长度的建议值来保证钢梁对混凝土的约束作用。为充分发挥节点区混凝土的抗剪作用,使其形成斜压杆机构来保障节点的高效传力,进一步探讨了柱端箍筋加密、设置延伸面承板等构造措施对节点破坏模式、破坏机制和承载力的影响。结果表明:柱端箍筋加密对节点的变形性能和延性影响较大;设置延伸面承板不仅可以提升节点区混凝土的抗剪作用,还可以改善节点的破坏模式,提高节点的承载力。最后,给出了该类型节点的设计构造建议:钢梁翼缘伸入节点区的长度不应小于柱截面高度的30%;节点应采取设置延伸面承板、柱端箍筋加密等构造措施。     

Failure modes and structure improvement of RCS composite joints with tapered-flange-type details

针对所提出的钢梁腹板贯通、翼缘板部分切除的钢筋混凝土柱-钢梁（RCS）组合节点,在试验时发生局压破坏的现象,通过有限元建模和分析,探讨了翼缘板切除程度对节点破坏机制和破坏模式的影响,给出了翼缘伸入节点区长度的建议值来保证钢梁对混凝土的约束作用。为充分发挥节点区混凝土的抗剪作用,使其形成斜压杆机构来保障节点的高效传力,进一步探讨了柱端箍筋加密、设置延伸面承板等构造措施对节点破坏模式、破坏机制和承载力的影响。结果表明：柱端箍筋加密对节点的变形性能和延性影响较大;设置延伸面承板不仅可以提升节点区混凝土的抗剪作用,还可以改善节点的破坏模式,提高节点的承载力。最后,给出了该类型节点的设计构造建议:钢梁翼缘伸入节点区的长度不应小于柱截面高度的30%;节点应采取设置延伸面承板、柱端箍筋加密等构造措施。     

带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点设计研究

本文根据试验和理论研究结果,对用于高层建筑的带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁刚性节点的受力和变形特征进行了分析研究。结合《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159∶2004)的设计规定,首先对方钢管混凝土柱-钢梁节点的梁-柱连接,给出了不同抗震设防要求时的受弯、受剪计算公式及建议;其次通过对节点核心区受力机理的分析,建立了钢“框架-剪力墙”加混凝土“斜压短柱”的受力模型及其屈服机制,根据塑性极限分析,给出了节点核心区受剪承载力计算的叠加公式,并与“规程”公式和非线性有限元近似模拟分析结果进行了比较。本文提出的节点核心区受剪承载力计算公式,能够反映出轴压比的影响,其计算结果安全合理,可供实际工程设计参考。     

框架外节点核心区斜压破坏承载力研究

本文针对钢筋混凝土框架结构外节点的受力状态，进行了有限元计算，计算结果验证了外节点核心区中斜压杆的存在；探讨了斜压杆的极限抗压强度及外节点水平抗剪承载力的计算方法，并在有限元计算中得到了证明；研究分析了框架外节点核心区斜压破坏的受力机理，讨论了柱轴力对斜压杆的极限抗压强度及外节点水平抗剪承载力的影响。     

型钢混凝土梁柱节点抗剪承载力研究

文章根据型钢混凝土节点的受力机理,分析了节点的抗剪承载力计算的方法。在已有的节点试验资料基础上,对《钢骨混凝土结构设计规程》(YB 9082-97)、《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138-2001)、我国梁柱节点专题组、西安建筑科技大学关于型钢混凝土节点抗剪承载力公式进行了比较,指出了我国型钢混凝土梁柱节点研究中的不足。     

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。     

传统风格钢筋混凝土梁-柱节点抗剪机理分析与抗剪承载力计算

结合传统风格钢筋混凝土梁-柱中节点的低周反复荷载试验结果,分析了传统风格钢筋混凝土梁-柱节点的受力机理及影响节点抗剪承载力的主要因素。结果表明:传统风格钢筋混凝土梁-柱节点受力机理及抗剪承载力与常规梁-柱节点有显著区别,其开裂荷载及抗剪承载能力大小主要取决于下核心区强度;节点抗剪承载力主要影响因素为混凝土强度、节点体积配箍率、轴向力及上、下梁间距。基于抗剪机理分析及主要影响因素分析,提出了传统风格钢筋混凝土梁-柱节点的开裂荷载和抗剪承载力的计算公式,根据试验结果确定了相关系数。研究成果可为该类结构的工程实践提供参考。     

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。     

基于有限元的新型RCS组合节点抗剪性能分析

新型RCS组合节点由RC柱、钢梁与型钢节点3部分组成,其中型钢节点包括外围的钢桶端板、条带钢板及内部的开孔腹板、弧形强化肋。用仿真模拟的方法分析不同RC柱轴压比及材料强度下组合节点的抗剪性能。受P-Δ效应影响,新型RCS组合节点在RC柱轴压比增大后抗剪承载力显著降低,实践应用时建议将轴压比控制于0.3之内。组合节点的形变主要发生在梁端“塑性铰”区域,强化肋对钢梁端部加强效果显著,梁端应力及变形减小,“塑性铰”区域外移。较小位移下,新型RCS组合节点的抗剪强度及形变主要由型钢节点的钢材强度决定;较大位移下,提高钢梁材料强度可增强组合节点的抗剪能力。混凝土强度对于组合节点抗剪能力影响较小。     

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)空间组合节点的有限元研究

节点是影响钢梁-钢筋混凝土柱(RCS)组合框架结构体系受力性能的关键部件。借助ABAQUS有限元分析软件,对RCS空间组合节点在静力荷载作用下的受力性能进行有限元分析。研究表明,通过合理设置参数,ABAQUS有限元软件能够模拟RCS梁柱节点在静力荷载作用下的性能,并与试验结果吻合较好。结合ABAQUS有限元模拟,比较了轴压比、混凝土强度、楼板厚度、楼板宽度等参数对RCS空间组合节点承载力和刚度的影响,并提出RCS组合结构设计建议。     

方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点抗剪承载力研究

根据试验和理论研究成果,对方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点核心区的受力机理进行了分析,建立了节点核心区的受力模型和屈服机制,推导了节点核心区的抗剪承载力计算公式。公式不仅考虑了螺栓和柱轴力对节点核心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。用推导的公式计算了3个方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点试验模型节点区的抗剪承载力,计算结果与试验结果吻合较好。     

基于等效斜压杆机理RC框架变梁中节点参数分析

在已有试验研究的基础上,重点分析变梁中节点的破坏特点,结合该类非常规节点左右梁高不等的特性,提出决定变梁中节点破坏模式的等效斜压杆机理:节点区剪力由等效斜压杆机构承担,核心区混凝土达到极限抗压强度是等效斜压杆机构失效的标志。基于等效斜压杆机理,分析大小梁高差变化、混凝土强度等级等因素对变梁中节点抗剪性能的影响。结果表明:大小梁高差是影响变梁中节点受力性能的一个决定性因素,大小梁高差与柱验算截面高度比值为0.9时,变梁中节点抗剪强度达到最大,当大小梁高差大于一倍柱验算截面高度后建议按中间层边节点进行分析;提高混凝土强度等级可以有效提高变梁中节点抗剪强度,但当混凝土强度超过50MPa后该类非常规节点抗剪强度增加有限。     

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。     

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。