Seismic behavior experimental study of frame joints with special-shaped column and dispersed steel bar beam

To overcome the problem that steel bars are put too close at a flame joint with special-shaped beam and column, mechanical performance of three groups of six RC flame joints with special-shaped (L, T and +) column and dispersed-steel bars-beam on the top floor under cyclic loads were studied. Experimental comparison was conducted between special-shaped (L, T and +) column and normal beams. The cracking load, yielding load, ultimate bearing capacity, failure patterns, and hysteretic properties at joint core area were investigated. The seismic behaviors of the joints with different proportions of dispersed-steel-bar beams were analyzed. The results of experimental analysis indicate that the mechanical and seismic behaviors of frame joints with T-shaped and +-shaped column are nearly not changed when suitable proportion steel bars are dispersed to flange plane. Stiffness degeneration of flame joint with L-shaped column is rather serious due to concrete damage stiffness. Theoretical result indicates that distributing area of the dispersed steel-bar beams in the flange plate should be strictly controlled to avoid anchor destroy.     

钢管混凝土异形柱与U形钢-混凝土组合梁穿心式连接抗震性能试验研究

为研究异形钢管混凝土柱与U形钢-混凝土组合梁穿心式连接的破坏特征和抗震性能,进行了3个足尺边节点试件低周反复循环加载试验,试验参数为节点域构造和轴压比,考察了试件的受力过程及破坏特征,分析了节点的荷载-位移滞回曲线、承载力、刚度和强度退化性能、耗能能力以及延性等力学指标。研究表明：该类型连接的典型破坏形态为节点域钢管柱壁鼓屈、节点域连接槽钢拉裂和组合楼板压溃;试件的滞回曲线较饱满;3个试件的层间位移延性系数μ为1.43~2.02,弹性层间位移角θy为1/62~1/48,弹塑性层间位移角θu为1/39~1/30,等效黏滞阻尼系数ξeq为0.140~0.170,节点的变形能力较好,也具有一定耗能能力;梁底布置贯穿节点域的钢筋能提高节点正向的承载力和刚度;提高轴压比可以提高该类型节点的耗能能力。     

实腹式型钢混凝土异形柱中框架抗震性能试验研究

通过1榀两跨三层实腹式型钢混凝土(SRC)异形柱中框架的低周反复加载试验,观察其受力过程及破坏形态,分析其荷载-位移滞回曲线和骨架曲线、承载能力、层间位移角、延性、耗能以及刚度退化等力学特性。结果表明：实腹式SRC异形柱中框架属于典型的“强柱弱梁”结构,破坏机制为梁铰机制;滞回曲线饱满,破坏时结构整体位移延性系数均值达到5.5,等效黏滞阻尼系数达到0.249;抗倒塌能力强,极限弹塑性层间位移角约为1/39～1/13。实腹式SRC异形柱中框架总体上表现出良好的抗震性能,可以应用于高抗震设防烈度区的多高层建筑中。     

装配式异形柱节点抗震性能试验研究

为了研究新型装配式异形柱节点的抗震性能,更好地推广新节点应用于实际工程,设计制作并进行了2组异形柱节点的拟静力试验。通过观察4个试件的裂缝开展破坏过程,分析每个试件位移、刚度、强度和耗能等抗震指标。结果表明:装配边柱节点与现浇节点的破坏过程和类型基本一致,而两个中柱节点的破坏过程及类型有明显区别;纵筋采用直螺纹套筒和灌浆套筒连接均能够有效传递双向应力,实现钢筋与混凝土的有效传力;叠合板滑移影响装配节点承载力;装配节点的刚度比现浇节点稍低,但因较早屈服,破损位移相近,延性变形优于现浇节点,能够满足基于性能设计的框架结构层间位移角限值2%(生命安全(LS)性能)要求。     

型钢混凝土异形柱框架节点抗震性能试验研究

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱框架节点的破坏特征和抗震性能,进行了9个中间层边节点、4个角节点和4个中节点的低周反复荷载试验。观察了各类型节点的受力过程及破坏形态,并分析了试件的荷载-位移滞回曲线、承载能力、层间位移角和延性以及耗能能力等力学特性。结果表明:SRC异形柱框架节点的典型破坏形态是节点核心区剪切斜压破坏和梁端弯剪破坏;滞回曲线饱满,层间位移角延性系数及位移延性系数介于1.80~5.63,弹塑性极限层间位移角约为1/67~1/28,等效粘滞阻尼系数介于0.150~0.294,破坏时节点核心区的剪切角约为0.03~0.04。并给出了节点设计建议。     

实腹式型钢混凝土异形柱边框架抗震性能试验研究

为研究实腹式型钢混凝土(SRC)异形柱边框架的抗震性能,对1榀两跨三层的框架模型进行低周反复荷加载试验。观察结构的受力过程及破坏形态,并分析结构的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线、承载能力、层间位移角、延性、耗能及刚度退化等力学特性。结果表明:实腹式SRC异形柱边框架破坏时形成梁铰机制,符合"强柱弱梁"的要求;滞回曲线饱满,刚度退化小;破坏时,等效黏滞阻尼系数和位移延性系数分别大于0.24和5.3;弹塑性极限层间位移角大于抗震规范规定的限值,抗倒塌能力强。实腹式SRC异形柱边框架显示出良好的抗震性能,可以应用于高抗震设防烈度区的建筑以及高层建筑中。     

型钢混凝土异形柱抗震性能试验研究

对17个型钢混凝土(SRC)异形柱试件采用“建研式”加载装置进行低周反复荷载试验,观察了不同配钢形式的SRC异形柱的受力过程和破坏形态;分析了SRC异形柱的破坏特点,荷载-位移滞回曲线及骨架曲线、承载力、位移延性、刚度退化和耗能能力等力学性能。试验研究结果表明:SRC异形柱的主要破坏形态是剪切斜压破坏和弯曲型破坏,破坏主要发生在与加载方向平行的柱肢,滞回曲线对称、饱满,试件延性好,极限侧移角大,具有良好的抗震能力,因此,可以推广应用于高抗震设防烈度区的建筑以及高层建筑中。     

混凝土异形柱-钢梁装配式节点受剪性能试验研究

为研究混凝土异形柱-钢梁装配式框架节点核心区的受剪性能,按照预制混凝土异形柱中预埋钢牛腿节点未加强、增配X形筋、增配X形钢板三种方式,分别制作3个预制混凝土异形柱-钢梁节点试件进行拟静力试验,得到其破坏特征、承载力、滞回曲线、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标。由节点剪切变形、节点区钢筋应变、钢板应变测量结果,分析了不同牛腿加设方式对节点核心区受力性能的影响。结果表明：试件位移延性系数在3.22~5.94之间,破坏时位移角都超过1/50,抗震性能良好;牛腿内侧加设的X形钢筋与X形钢板均与节点核心区混凝土协同受力,可有效提高节点核心区受剪承载力。采用有限元软件ABAQUS对采用X形钢板增强的试件进行了数值模拟和参数分析,依据试验分析结果,推导出X形钢板增强的预制异形柱-钢梁混合装配式框架节点核心区受剪承载力计算公式,计算结果与试验实测值和有限元模拟值吻合较好。     

Experimental study on seismic behavior of angle connection joints for concrete-filled square steel tubular column to steel beam

为了研究地震作用下方钢管混凝土柱-钢梁角钢连接节点的受力性能,设计了3个梁柱节点试件并对其进行低周往复循环荷载试验,分析了角钢短肢长肢比和角钢厚度对试件的刚度、承载力、耗能能力、延性性能及节点域剪切变形的影响。试验结果表明：角钢连接的塑性铰出现在角钢与柱壁相接触部位,往复荷载下最终破坏形态为角钢与柱壁焊接部位出现角钢撕裂现象,通过增加角钢短肢长肢比和增加角钢厚度可以将塑性铰外移,使角钢与柱壁相接触部位的撕裂程度减轻,从而有效保护节点核心区。增加角钢的厚度对节点的初始刚度及承载力影响明显,随着角钢厚度的增加,节点的初始刚度和承载力随之增加;增加角钢短肢长肢比能够提高节点的耗能能力和刚度。该节点具有较高的承载力、刚度及较大的变形能力,符合抗震设计理念。     

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。     

矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点抗震性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的破坏特征和抗震性能, 进行了5个中节点、2个边节点和2个角节点的低周反复加载试验。观察了节点的受力过程及破坏形态, 分析了试件的荷载-位移滞回曲线、承载能力、强度和刚度退化、层间位移角和延性以及耗能能力等力学特性。结果表明: 矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的典型破坏形态是节点域腹板的剪切破坏、节点核心区腹板与柱翼缘连接的竖向焊缝断裂; 试件滞回曲线饱满,层间位移延性系数介于1.44~2.74,弹塑性极限层间位移角约为1/43~1/21;等效黏滞阻尼系数介于0.227~0.316,表明节点域的变形和耗能能力较强。当柱截面肢高肢厚比为3、4时,破坏时节点核心区的剪切角约为0.01~0.03;当柱截面肢高肢厚比为2时,破坏时节点核心区的剪切角约为0.08~0.10。     

装配整体式型钢混凝土框架节点抗震性能研究

本文通过对2组、每组2个足尺节点试件的低周反复荷载试验和分析,研究了装配整体式型钢混凝土框架节点的抗震性能,其中第一组试件为按“弱节点”设计的中节点,第二组试件为按“强节点”设计的边节点,且对第二组的1个试件的节点核心区附近梁端工字钢的上、下翼缘采取狗骨形削弱的构造措施。试验结果表明:4个节点试件的位移延性系数为5.1~7.27,均符合抗震设计的延性要求;在最大荷载时,4个试件的等效粘滞阻尼系数为0.19~0.34,耗能能力强。理论分析表明:在相同轴压比的条件下,两组试件均有较好的延性,且第二组试件的耗能能力明显高于第一组试件;对节点附近梁端工字钢翼缘采取狗骨形削弱,能够将框架梁的塑性铰从梁端根部转移到削弱部位,从而有效地提高节点的抗震性能。     

钢结构框架梁柱节点连接设计方法探讨

针对钢结构梁柱连接形式进行了介绍,结合螺栓连接,栓焊混合连接及全焊型连接各自特点进行了对比分析,得出了每种连接方式的优点和不足,并阐述了提高框架梁柱节点抗震性能的具体思路及措施,以指导实践。     

方钢管混凝土柱与钢梁框架节点的抗震性能试验研究

为验证方钢管混凝土柱与工形钢梁框架节点的破坏特征和抗震性能,本文进行了A、B两组共6个足尺节点试件的低周反复循环加载试验,其中A组三个试件梁端采用栓-焊连接;B组三个试件梁端为全对接焊接。试验结果表明:6个试件的层间位移延性系数μ≈2.28～3.86,弹性极限层间位移角y≈0.001～0.014,弹塑性极限层间位移角u≈0.0297～0.0424,节点梁柱的相对极限塑性转角θu≈0.0163～0.0343rad,能量耗散系数E≈2.029～2.494;A、B两类节点均有良好的抗震性能,在相同轴压比下A类节点的延性较B类略好一些,而耗能能力B类节点却略大一些,但二者相差不大,均满足结构抗震设计的要求。文章还分析了节点域的剪切变形,给出了改造节点设计的几点建议。     

型钢混凝土异形柱空间框架地震响应试验研究

为研究型钢混凝土异形柱空间框架的地震响应,首次对缩尺比为1/4的三榀两跨五层框架模型进行地震模拟振动台试验,输入El Centro波、Taft波和兰州波,分析模型的动力特性、应变响应、加速度响应、位移响应、基底剪力和滞回性能。结果表明：强震作用下,型钢混凝土异形柱框架形成典型的梁铰破坏机制,满足“强柱弱梁”的抗震设计要求|随着输入地震波加速度峰值的增大,结构累积损伤逐渐增加,自振频率逐渐降低,阻尼比增大,加速度和位移响应峰值出现时刻向后推迟;结构在进入塑性阶段的过程中发生扭转变形|基底剪力呈现出先快后慢的增长趋势|滞回曲线饱满,表现出良好的耗能能力。型钢混凝土异形柱框架能够满足强柱弱梁和大震不倒的抗震设防要求。     

大悬挑钢箱梁与折线形钢箱柱连接节点试验研究

为研究大悬挑钢箱梁与折线形钢箱柱连接节点在不同工况组合下的受力性能,对其进行了1∶3的缩尺试验研究和有限元数值分析。试验借助改进型几何可变框式试验架,实现了设计要求的2种荷载工况,并分析了节点在各种工况组合下的受力性能和变形情况。运用有限元软件对节点进行了弹性分析,得到了节点的应力分布与变形情况。研究结果表明：试验结果与有限元分析结果吻合良好,验证了理论分析的正确性;节点在设计荷载作用下始终处于弹性工作状态,其受力最不利位置位于左梁与折线柱的翼缘相交部位。     

轴拉力作用下异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱抗震性能试验研究

针对某超高层建筑巨型柱在罕遇地震作用下轴向受拉的情况,研究了异形截面多腔钢管混凝土巨型分叉柱抗震性能,考虑水平力作用方向和分叉界面下一层构造的影响,进行了4个模型试件的低周反复荷载试验。试验结果表明：分叉柱的破坏大多发生在截面突变的分叉界面处,其水平力-位移角滞回曲线饱满程度一般,但无明显捏拢现象;分叉柱均出现了承载能力退化现象;分叉柱的变形和耗能主要在上柱部分,并随位移的增大,所占比例提高;较沿截面短轴方向加载,沿截面长轴方向加载时分叉柱的抗震性能明显提高;分叉界面下一层增加腔体加强的分叉柱较未加强分叉柱的承载力提高16.6%~29.7%,极限位移角增大13.1%~13.2%,位移角为1%时综合耗能提高10.0%~16.7%。     

不同构造多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能试验研究

为研究不同构造的八边形钢管混凝土异形柱抗震性能,设计了4个1/30缩尺试件并进行低周反复荷载试验,从破坏特征、承载能力、滞回性能、刚度、延性以及耗能等方面分析其抗震性能。其中,四种截面构造包括13腔体基本构造、5腔体简化构造、角部角钢加强构造、角部圆钢管加强构造。试验结果表明：八边形异形截面钢管混凝土柱四种截面构造中,角部圆钢管加强试件抗震性能最好,角部角钢加强试件抗震性能其次,5腔体简化型试件和13腔体基本型试件承载力有较大差异,但5腔体简化型试件具有更好的延性,耗能能力差异不显著;试件屈服位移角均值为1/111,破坏时位移角均大于1/37,具有良好的延性。采用条带法计算试件承载力,计算值与试验值吻合良好。     

装配式钢框架节点带Z字形悬臂梁段和削弱梁段连接的抗震性能研究

为研究装配式钢框架节点带Z字形悬臂梁段和削弱梁段拼接的抗震性能,采用拼接区和削弱梁段共同耗能设计了4个试件。对4个试件进行了低周往复加载试验以及单调及往复加载的有限元分析。通过对试件的破坏模式和拼接区的滑移情况进行了分析,研究了以梁端弯矩 转角表征的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、转动能力等。结果表明：试件主要利用削弱梁段的塑性变形和拼接区的滑移实现耗能;其失效模式为螺孔或者焊缝处撕裂、削弱梁段处局部屈曲和削弱梁段处弯扭失稳;为保证节点充分发挥耗能能力,应增大削弱梁段处的侧向约束,防止发生弯扭失稳;为满足现场安装方便的要求和应对工厂加工精度不足的现状,可以在悬臂梁段翼缘开大孔;为降低工厂加工难度,可以将方钢柱内隔板替换为三角形垂直加劲肋。