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。     

考虑楼板组合作用的复式钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为研究楼板的组合作用对复式钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能的影响,进行了4个考虑楼板组合作用的节点和1个不考虑楼板组合作用的钢梁节点的低周往复荷载试验,分析了不同构造和混凝土楼板对节点破坏形态、滞回曲线、承载能力、刚度退化、延性和耗能能力等的影响。结果表明:该类节点构造合理,满足"强节点弱构件"的抗震设计原则;不考虑楼板组合作用的节点试件的破坏形态为梁端破坏,考虑楼板组合作用的节点试件的破坏形态为梁端破坏和柱端破坏;楼板与钢梁的组合作用使节点承载力提高显著,但延性提高不明显,破坏时钢梁下翼缘的变形和焊缝撕裂程度增大;锚固腹板设置加劲肋有效延缓了钢梁下翼缘破坏,提高了组合节点的耗能能力;该组合节点试件滞回曲线较饱满,刚度退化明显,承载力退化不明显,等效黏滞阻尼系数介于0.282~0.311之间,转角延性系数和层间位移角均满足规范要求,具有较好的抗震性能。     

预制混凝土管组合柱-钢梁节点抗震性能有限元分析

针对采用不同加强形式的预制混凝土管组合柱-钢梁节点,通过建立精细化有限元模型,对节点的抗震性能进行了分析,研究了不同加强形式对节点抗震性能和承载力的影响。通过有限元参数化分析,研究了轴压比、钢梁翼缘加强宽度和加强长度对节点承载力的影响。分析结果表明:随着轴压比的增加,节点峰值荷载增幅在4%以内,轴压比对节点承载力影响较小;节点采取钢梁翼缘加强宽度后,峰值承载力提高约20%,节点钢梁翼缘加强宽度大于75mm后,增加加强宽度对节点峰值承载力的影响较小;钢梁翼缘加强长度对节点峰值承载力提升的效果有限,建议加强长度取翼缘宽度的1.7倍左右。     

预制混凝土柱-钢梁对拉钢筋连接节点抗震性能试验研究

为充分发挥装配式结构的施工优越性以及改善钢筋混凝土柱-钢梁节点(RCS)的抗震性能,提出一种预制混凝土柱-钢梁对拉钢筋连接节点。通过对6个节点试件的低周往复加载试验,研究了对拉钢筋直径、对拉钢筋与钢梁翼缘相对位置以及钢梁翼缘形式对节点抗震性能的影响。结果表明：节点试件破坏模式为梁端弯曲破坏和节点区连接破坏,主要表现为柱钢梁翼缘屈曲、钢梁翼缘撕裂、对拉钢筋断裂、钢套筒撕裂、对拉钢筋脱孔和钢套筒与混凝土柱脱空;梁端荷载-位移的滞回曲线形状较为饱满,刚度退化曲线较为平缓,位移延性系数在3.30～5.52之间,等效黏滞阻尼系数在0.15～0.30之间,节点具有较好的塑性变形能力和抗震性能;随着对拉钢筋和塞焊孔的直径增大,节点试件的承载力和耗能能力有所提高;对拉钢筋布置在钢梁翼缘内侧,节点试件的承载力、延性和耗能均有所降低,非加强翼缘节点试件的承载力显著降低,但延性有所提高。在试验基础上,建立了该种节点的有限元分析模型,对轴压比、钢套筒厚度等相关影响因素进行了研究。结果表明：随着轴压比的增大(由0.2增大到0.7),节点承载力有小幅增加8.8%;节点承载力随着核心区钢套筒厚度的增大(由10 mm...     

空间钢-混凝土组合节点抗震性能试验研究

空间钢-混凝土组合节点核心区的受力特征、破坏模式是建立双向地震作用下节点计算模型的基础,也是准确评估组合结构体系抗震性能的关键问题之一。完成4个方钢管混凝土柱-组合梁空间节点在双向加载条件下的抗震性能试验,重点研究混凝土楼板的组合作用、节点核心区混凝土、节点形式等对空间组合节点抗震性能的影响。各试验模型在加载过程中均产生明显的节点核心区剪切变形,并表现出较好的延性和耗能能力,最终则因核心区混凝土破碎和钢管开裂而丧失承载力。试验表明,混凝土楼板与钢梁的组合作用以及对节点核心区的约束作用、钢管柱内填混凝土均能够明显改善空间节点的受力性能。相对于中柱组合节点,角柱节点的核心区受力较小,整个节点具有更高的承载能力和刚度。     

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。     

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。     

钢筋混凝土柱-钢梁组合节点抗剪承载力分析

根据钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)组合节点的破坏模式,分析了节点的受力机理。RCS组合节点的传力机构大致分为四种:钢梁腹板框架-剪力墙机构、内部混凝土斜压机构、外部混凝土斜压机构及桁架机构,同时分析各传力机构能够承担的抗剪承载力贡献值。根据国内外研究资料,考虑节点区混凝土受力机理不同,重点介绍了RCS组合节点抗剪承载力公式的研究进展,为后续RCS组合节点抗剪承载力研究提供参考。     

考虑楼板组合作用的方钢管混凝土组合框架受力性能试验研究

为研究钢梁与混凝土楼板的组合作用对钢-混凝土组合框架体系的刚度、承载力及耗能能力的影响,并考察组合框架结构在大震作用下进入弹塑性阶段的受力性能,进行了2榀足尺方钢管混凝土组合框架的低周反复荷载试验。2榀组合框架分别为组合梁-钢管混凝土框架及纯钢梁-钢管混凝土框架。试验中结构的最大层间位移角达到1/21。试验结果表明：组合框架结构具有稳定的滞回性能及良好的延性;钢梁与混凝土楼板的组合作用能显著提高结构的刚度、强度及耗能能力,并且能有效保证钢梁上翼缘的局部稳定性及钢梁的整体稳定性;楼板组合作用将使钢梁下翼缘应变显著增大,导致楼盖梁转动能力的减小;两个试件的破坏均是由梁端失效引起,说明试验中采用的梁翼缘贯通式节点能够满足强柱弱梁、强节点弱构件的抗震设计要求。     

钢筋混凝土框架边节点现浇板受拉有效翼缘宽度研究

现浇板参与受力会影响甚至改变钢筋混凝土框架节点的破坏模式,其对结构抗震性能的影响可通过计算有效翼缘宽度来反映。通过3个钢筋混凝土梁-柱-板边节点试件的低周反复荷载试验,对带现浇板的边节点破坏形态、滞回曲线以及现浇板纵向钢筋应变等进行了分析。研究结果表明：由于现浇板参与受力,增大了框架梁端弯矩,使得钢筋混凝土梁-柱-板边节点的下柱顶部发生破坏,未能实现“强柱弱梁”预期破坏机制;现浇板纵筋应变随层间侧移角增加而增大,在相同层间位移角下,板筋应变值随距梁侧距离的增大而减小。为进一步对钢筋混凝土梁-柱-板边节点的受力机理进行研究,以力学模型为基础建立了现浇板受拉有效翼缘宽度计算方法,根据建议公式对8组钢筋混凝土梁-柱-板边节点现浇板的有效翼缘宽度进行分析,计算结果与试验结果吻合较好,建议的计算方法有效解决了设计规范中经验公式计算结果离散性大的问题。     

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.     

胶合木-混凝土组合梁与木柱组合体抗震性能试验研究

木-混凝土组合楼盖已经得到了广泛的应用,但在木结构节点设计中一般均忽略混凝土楼板对节点受力性能的影响。为研究混凝土楼板的组合作用和混凝土板内纵向钢筋配筋率对胶合木-混凝土组合节点抗震性能的影响,对3个胶合木-混凝土组合梁与木柱组合体和1个胶合木梁柱组合体试件进行了低周反复加载试验,研究了试件变形特征与破坏模式、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及组合梁界面相对滑移等的变化规律,探讨了试件承载力、刚度退化及耗能能力等抗震性能指标,并对比分析了纯木与带有混凝土楼板的试件的抗震性能。研究结果表明,胶合木梁与混凝土板的组合作用能显著提高试件的承载力和耗能能力等,且混凝土板对节点的约束作用可以有效抑制其刚度退化;在一定范围内,混凝土板配筋率越大,其对节点的约束作用越大,对刚度退化的抑制作用也越强,从而可有效提高试件的抗震性能。     

钢梁-钢筋混凝土柱组合结构研究的进展

近年来,在组合结构中出现一种新型的结构形式,即由钢筋混凝土柱和钢梁(RCS)组成的框架结构。本文较为系统地阐述国际上RCS组合结构抗震性能的研究情况。主要包括RCS梁柱节点的试验研究、RCS组合框架的试验研究和有限元分析、RCS组合结构的抗震设计及性能分析,以及美日“设计指南”的完善与发展。最后指出RCS结构研究存在的问题和今后的研究趋势。     

钢管混凝土柱与钢梁组合节点的抗震试验

研究了由带钢筋混凝土板的钢管混凝土柱与钢梁组成的组合节点的抗震性能。进行了4个内部节点和2个外部节点的试验,柱顶承受恒定轴力,梁端承受循环荷载。主要参数有:节点形式,柱顶轴力大小及梁截面构造形式。对能反映组合节点韧性、强度退化、耗能能力等抗震性能的几个指标进行分析,结果证明组合节点的抗震性能非常好。     

Experimental investigation of the influence of steel joints upon the flexural capacity of precast concrete columns

In previous studies, the authors have shown that successful modular construction depends on using the correct types of joint connections. In this experimental study, steel beam–column joint connections were shown to be very efficient in facilitating the construction of modular frames while ensuring sufficient flexural moment capacity at the joints to resist lateral loads. This research also included an investigation of the behavior, the crack pattern, and the flexural moment capacity of concrete columns with hybrid composite joints by means of structural experiments on three specimens. Three column specimens were subjected to cyclic loading under displacement control using an oil jack. The influence of including steel sections at the beam–column joint upon the flexural moment capacity of the column was studied, and the use of concrete–steel hybrid composite joints was found to increase the flexural structural performance of the concrete columns. The flexural moment capacity in the maximum load limit state of a concrete column with steel joints was 43.2% greater than that of a conventional reinforced concrete column without steel joints. The steel section in the joint was found to greatly contribute to the flexural moment capacity and to the modular construction technologies.     

装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架节点抗震性能试验研究

通过4个1/2比例装配式钢筋混凝土柱 钢梁框架节点低周往复荷载作用下的试验研究,分析了节点区加劲腹板厚度及开孔的影响,研究该新型节点连接构造的受力性能及装配式钢筋混凝土柱 钢梁框架单元的抗震性能。基于试验结果对试件的破坏特征、滞回性能及变形组成进行分析。研究结果表明：装配式钢筋混凝土柱 钢梁框架节点滞回曲线呈纺锤形,梁端塑性铰区充分耗散能量,具有良好的抗震性能;装配式螺栓连接钢筋混凝土柱 钢梁混合节点具有良好的连接质量;加劲腹板厚度的增加一定程度上减小了节点的剪切变形,加劲腹板开孔对节点受力性能影响不大;梁弯曲变形引起的层间侧移在强柱弱梁型钢筋混凝土柱-钢梁框架节点总侧移中所占比例最大,节点剪切变形所占比例较小。     

半刚性连接梁柱组合节点低周反复荷载试验研究

为研究半刚性连接梁柱组合节点的抗震性能,开展了1个纯钢框架梁柱中节点、2个组合框架梁柱中节点的低周反复荷载试验。梁柱采用平齐式高强螺栓端板连接,试验采用柱顶加载模式。对试件的试验现象、变形、应变和耗能能力等进行了分析和比较。试验结果表明,组合节点相对于纯钢节点而言,由于负弯矩作用下钢筋的抗拉作用和正弯矩作用下混凝土板的抗压作用,其受弯承载力和转动刚度均有较大程度地提高;连接弯矩-转角关系的滞回曲线饱满、稳定,具有良好的耗能能力;平端板连接梁柱组合节点在反复荷载作用下具有较高的承载力和良好的延性,抗震性能良好。     

Experimental behaviour of thin-walled steel tube confined concrete column to RC beam joints under cyclic loading

This paper describes eight tests carried out on thin-walled steel tube confined concrete (TWSTCC) column to reinforced concrete (RC) beam joints subjected to cyclic loading, where the column cross-sectional type and the level of axial load in the column were selected as test parameters. In addition, two concrete filled thin-walled steel tubular column to RC beam joints were also tested for comparison. Each TWSTCC joint specimen consisted of a TWSTCC column and a RC beam pass through the column to represent an interior joint in a building. The experimental results are analysed to evaluate the influences of different testing parameters on the performance of the beam-column joints. It was found that the TWSTCC joints show generally excellent seismic performance and is adoptable in practical engineering, particularly in earthquake zone.     

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.