方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点性能研究

提出一种新型穿心高强螺栓-端板方钢管混凝土柱-钢梁节点,并对3个节点试件进行柱端加载的伪静力试验研究。利用三维实体单元,建立同时考虑几何、材料及接触等三重非线性的有限元模型,采用有限元程序ANSYS对节点进行单调荷载和循环荷载作用下的有限元分析。试验及有限元计算结果表明,节点具有很好的强度、刚度、延性和耗能能力。     

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。     

钢梁-钢管混凝土柱穿心节点力学性能研究

对规范中推荐的钢梁-钢管混凝土柱穿心节点进行了力学性能研究,包括进行4个比例为1∶3的节点模型静力试验,量测节点区变形、梁端挠度、M-θ曲线等;用ANSYS建模进行有限元分析,利用试验结果对模型的适用性进行了评价;并采用有限元模型分析截面尺寸、梁柱线刚度比、轴压比等因素对节点刚度的影响;最后对该节点的适用性进行了探讨,并对其构造提出改进意见。     

外伸端板连接节点抗连续倒塌性能研究

基于ANSYS有限元分析软件,建立了外伸端板连接节点模型,分析了半刚性节点在连续倒塌中的力学性能,基于该模型进行了外伸端板连接节点抗连续倒塌能力影响因素的参数分析,为相关设计提供参考。     

外伸式端板连接蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点抗震性能试验研究

通过7个1∶2比例外伸式端板连接蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点的低周反复加载试验,研究不同螺栓数目、直径及排列方式的外伸式端板连接蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点在各受力阶段的抗震性能和合理的节点构造形式。基于试验数据,分析了节点在反复荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性和耗能性能等。试验结果表明：试件的破坏形态和变形与螺栓数目、直径及排列方式有关,外伸端板螺栓连接中螺栓数目多、直径大的节点连接形式的承载力高,抗震性能较好;8个端板螺栓4行2列的排列形式为最合理的抗震节点形式;外伸端板螺栓数量为8个时的延性和耗能性能都能满足抗震的要求。     

方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能试验研究

为了研究组合梁对方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能的影响,设计了带有混凝土现浇楼板方钢管混凝土柱-组合梁框架(CFSTCBF)及不带楼板的方钢管混凝土柱-钢梁框架(CFSTSBF),采用拆除构件法对两个试件的抗连续倒塌性能进行竖向加载试验研究,对其在中柱失效工况下的破坏模式、受力机理以及主要的抗力机制进行分析,同时对现浇混凝土楼板和节点在连续倒塌过程中的性能进行探讨。研究表明：两个试件的破坏均是由正弯矩区钢梁破坏引起,结构的倒塌阶段可分为弹塑性阶段、塑性阶段、过渡阶段和悬链线阶段,压拱机制和悬链线机制均能改善结构的抗倒塌性能;混凝土楼板可以有效增强结构的承载能力,提高结构的初始转动刚度,但在改善结构变形能力方面的作用较弱。     

复式钢管混凝土钢梁半穿心节点抗震性能研究

设计了复式钢管混凝土钢梁半穿心加肋加腋型节点,制作了4个梁柱试件组合体进行低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件建立了节点数值分析模型.半穿心节点刚度较大,破坏模式主要为梁端塑性铰破坏,节点试件的滞回曲线呈明显的纺锤形,耗能性能较好,有限元分析结果与试验结果吻合较好.利用有限元模型研究了节点构造、几何参数和材料参数对半穿心节点的破坏模式和承载力的影响.参数分析表明:梁柱线刚度比及轴压比对节点初始刚度影响显著;轴压比和钢梁强度对节点极限承载力影响较大;而节点的变形能力受轴压比影响较大;钢梁强度和轴压比的提高可导致柱端发生压弯破坏.通过试验和有限元模拟可知,半穿心节点能够满足刚性节点初始刚度、承载力及延性等方面的要求且抗震性能较好.     

复式钢管混凝土钢梁半穿心节点抗震性能研究

设计了复式钢管混凝土钢梁半穿心加肋加腋型节点,制作了4个梁柱试件组合体进行低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件建立了节点数值分析模型.半穿心节点刚度较大,破坏模式主要为梁端塑性铰破坏,节点试件的滞回曲线呈明显的纺锤形,耗能性能较好,有限元分析结果与试验结果吻合较好.利用有限元模型研究了节点构造、几何参数和材料参数对半穿心节点的破坏模式和承载力的影响.参数分析表明:梁柱线刚度比及轴压比对节点初始刚度影响显著;轴压比和钢梁强度对节点极限承载力影响较大;而节点的变形能力受轴压比影响较大;钢梁强度和轴压比的提高可导致柱端发生压弯破坏.通过试验和有限元模拟可知,半穿心节点能够满足刚性节点初始刚度、承载力及延性等方面的要求且抗震性能较好.     

复式钢管混凝土钢梁半穿心节点抗震性能研究

设计了复式钢管混凝土钢梁半穿心加肋加腋型节点,制作了4个梁柱试件组合体进行低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件建立了节点数值分析模型.半穿心节点刚度较大,破坏模式主要为梁端塑性铰破坏,节点试件的滞回曲线呈明显的纺锤形,耗能性能较好,有限元分析结果与试验结果吻合较好.利用有限元模型研究了节点构造、几何参数和材料参数对半穿心节点的破坏模式和承载力的影响.参数分析表明:梁柱线刚度比及轴压比对节点初始刚度影响显著;轴压比和钢梁强度对节点极限承载力影响较大;而节点的变形能力受轴压比影响较大;钢梁强度和轴压比的提高可导致柱端发生压弯破坏.通过试验和有限元模拟可知,半穿心节点能够满足刚性节点初始刚度、承载力及延性等方面的要求且抗震性能较好.     

复式钢管混凝土柱-钢梁半穿心节点拉拔性能试验研究

对3种复式钢管混凝土柱-钢梁半穿心节点试件(腹板半穿心节点试件AJ1、腹板-翼缘半穿心试件AJ2和腹板-横隔板半穿心节点试件AJ3)进行了拉拔试验,探讨了节点的破坏形态和拉拔性能。结果表明试件AJ2、AJ3的承载力比试件AJ1分别提高了14.2%和13%,表明内外钢管间设置横向水平半穿心构件有利于改善节点抗拉传力机制并可明显提高其抗拉承载力。为进一步研究半穿心构件对节点拉拔性能的影响,进行了纯钢梁翼缘节点试件AJ1-R、AJ2-R、AJ3-R的拉拔试验。结果表明,3种半穿心节点试件AJ1、AJ2、AJ3的极限荷载较纯翼缘节点试件AJ1-R、AJ2-R、AJ3-R分别提高了60.1%、22.7%、73.8%,初始刚度提高约2倍;半穿心腹板为主要传力构件,保证了节点具有较强的承载能力和抗拉刚度;半穿心翼缘能直接传递梁柱之间拉力,而半穿心横隔板有利于发挥斜向腋板传递拉力的作用,达到与半穿心翼缘相当的承载能力,且能较好地保证核心区混凝土的密实性和节点变形性能。     

Seismic performance of CFST column to steel beam joint with RC slab: Experiments

The objective of this research is to investigate the seismic behaviour of the composite joint consisting of circular concrete filled steel tubular (CFST) column and steel beam with reinforced concrete (RC) slab. Six specimens, including four interior and two exterior joints, were tested under constant axially compressive load on the top of the columns and cyclic loads at the ends of the beams. The main experimental parameters were the type of the joint, the axial load level on the CFST column and the section configuration of the beam. Several indexes that could reflect the seismic behaviour of the composite joint, such as the ductility, the strength degradation, and the energy dissipation capacity were analyzed. It was found that the composite joints exhibited favorable seismic performance.     

Seismic performance of CFST column to steel beam joint with RC slab: Joint model

Based on the previous experimental and numerical investigations presented in Han and Li (2010)and Li and Han (2011), this paper studies the joint model for the composite joint consisted of circular concrete filled steel tubular (CFST) column and steel beam with external diaphragm. The elastic shear stiffness and the shear deformation of the joint panel zone are investigated by parametric study using the finite element analysis (FEA) model. A hysteretic model incorporating the shear stiffness, shear strength, shear deformation and the hysteretic rules is proposed for the panel zone of the composite joint. This hysteretic model is then integrated in a fiber-based joint macro element. The joint macro element is validated by both FEA and experimental results. The overall and the local behavior of CFST joints and frame with macro elements are investigated. The proposed model is featured with a favorable accuracy and amenable modeling method, and could be applied to simulate the seismic behavior of large-scale and complex composite structural systems.     

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。     

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。     

Seismic performance of CFST column to steel beam joints with RC slab: Analysis

This paper presents a finite element analysis (FEA) model for the concrete-filled steel tubular (CFST) column to steel beam joint with a reinforced concrete (RC) slab under cyclic loading. The feasibility of the FEA model is verified by a set of experimental results presented in the companion paper as well as available test data from other researchers. Stress analysis is conducted by using this FEA model to investigate the failure mode and mechanism of the composite joint. Parametric studies are then carried out to study the influence of the following parameters for the composite joint: material strength, the thickness of RC slab, the slenderness ratio and steel ratio of the column, the dimension of the diaphragm and the axial load level of the CFST column.     

复式钢管混凝土柱-钢梁外加强环板节点滞回性能及核心区变形研究

为了研究复式钢管混凝土外加强环板节点滞回性能及核心区变形场,基于数字散斑方法(DSCM)进行了复式钢管混凝土外加强环板节点低周往复加载试验,对节点的梁柱相对转角变化、核心区受剪性能、节点初始转动刚度以及滞回耗能特性等进行了分析。结果表明:节点弯矩-转角和核心区剪力-剪切变形滞回曲线没有捏拢,呈饱满的梭形,说明节点耗能性能良好;提高环板宽度、锚固腹板加肋和轴压比增大均可提高节点初始转动刚度和节点域抗剪刚度;提高梁柱线刚度比可提高节点的受弯能力、耗能能力和节点域剪切变形能力。节点域剪切变形对复式钢管混凝土柱-钢梁相对转角贡献较大,占比超过30%。测得的核心区剪应变云图分布基本发展为沿对角线对称,后期随着荷载增加,破坏形态为梁端弯曲的试件节点域剪应变发展较缓,而柱端压弯破坏的试件剪应变发展充分,在整个加载过程中,其节点核心区剪应变为梁端弯曲破坏试件的2～3倍。     

Seismic behaviour of steel beam to circular CFST column assemblies with external diaphragms

This paper presents experimental and analytical studies on the seismic behaviour of steel I-beam to circular CFST column assemblies with external diaphragms. In the experimental study, four specimens, i.e. two exterior joints and two interior joints in a frame structure, are tested under constant axial loads on columns and cyclic vertical loads on beam ends. The specimens are designed to be strong column-weak beam for exterior joints and strong beam-weak panel zone for interior joints. The failure modes of local buckling on beams and shear deformation of the panel zone are observed in the test. The seismic performance of the beam to column assemblies is assessed by analysing the load–displacement hysteretic curves, the energy dissipation ability and the ductility of the load–displacement skeleton curves. In the analytical study, finite element models of the four test specimens are developed to predict the hysteretic behaviour and the stress distribution. The nonlinear mixed hardening model and the concrete damaged plasticity model are used to define the material properties of steel and concrete, respectively. The steel to concrete interfaces are modelled by hard contact with friction. The fidelity of the model is verified by comparing the prediction with the experimental data. The stress distribution of model components, including steel beams, steel tubes, and concrete cores are illustrated. The results indicate that failure modes have significant effects on the characteristic of stress distribution.     

型钢混凝土梁与钢管混凝土柱节点加强环研究

探讨了型钢混凝土梁与钢管混凝土柱节点的外加强环板受力特性，基于既有的试验结果和理论计算，分析了加强环板的应变分布规律，研究了环板宽度对节点的承载力和刚度的影响，并通过建立承载力—变形双控原则来确定外加强环板尺寸的计算公式。     

节点域柱壁加强型方钢管柱-H型钢梁节点抗震性能试验研究

对节点区附近的钢管柱壁进行加厚,设计了一种无横向加劲肋的节点域柱壁加强型方钢管柱-H型钢梁节点.通过5个节点试件的低周反复加载试验,研究了轴压比、节点区柱宽厚比和有无竖向加劲肋对节点试件抗震性能的影响.结果 表明:各试件的滞回曲线形状较为饱满,刚度退化较为平缓,位移延性系数在3.0～4.1之间,等效黏滞阻尼系数在0.27～0.31之间,节点具有较好的塑性变形能力和抗震性能.随着轴压比的增大,节点的承载能力、延性和耗能能力均有所减小;随着节点区柱宽厚比的减小,节点的承载能力、延性和耗能能力均有所提高;节点区柱内设置竖向加劲肋,节点的承载能力显著提高,但延性和耗能能力相对较低.