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。     

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。     

方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点抗剪性能试验研究

为研究隔板与核心区钢管翼缘组成的钢框架对方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点抗剪承载力的影响,设计3个足尺十字形方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点并对其进行低周反复荷载试验,变化参数为节点核心区钢管翼缘厚度。试验结果表明,钢框架体系对节点抗剪承载力的影响有限。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

钢梁-圆钢管混凝土柱穿心连接抗震性能试验研究

为研究钢梁-圆钢管混凝土柱穿心连接的抗震性能,进行了3个大尺寸钢梁根部翼缘不处理的标准型、翼缘削弱型及翼缘扩大型节点试件的拟静力试验。试验结果表明:试件的破坏形态为钢梁根部坡口焊缝与钢管之间开裂,钢梁端部翼缘局部屈曲;钢梁悬臂端的极限位移角达0.04左右;钢梁固端弯矩-悬臂端转角滞回曲线饱满;翼缘削弱型试件的极限承载力为标准型试件的78%。建议在抗震设计的建筑工程中,钢梁-圆钢管混凝土柱可采用梁端部翼缘不处理的标准型穿心连接。     

方钢管-H型钢梁隔板贯通节点核心区抗震性能研究

对3个十字形隔板贯通节点进行柱顶恒定轴力和梁端横向往复荷载作用下的试验.3个足尺试件设计变化的参数为隔板厚度和核心区柱壁厚度.基于试验结果,采用有限元软件ABAQUS对试件进行非线性分析和计算,得到梁端荷载-位移滞回曲线并与试验进行对比,且利用有限元软件对试验过程应力分布进行分析.试验结果及有限元分析表明:对于隔板贯通节点,其隔板的厚度以及核心区柱壁的厚度对核心区的承载力有重要影响;梁端塑性铰破坏模式与核心区凹曲剪切破坏模式下,试件的滞回曲线均饱满而稳定,且耗能能力均能满足要求;核心区在受剪破坏模式下,其承载力和性能基本上只与核心区柱腹板和隔板厚度有关,而与核心区柱翼缘厚度无关.     

方钢管混凝土柱节点抗剪受力性能的研究

为研究方钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁连接节点的破坏特征和抗震性能,进行了3个内隔板式节点、2个外隔板式节点和1个栓钉内锚固式节点的低周反复荷载试验。在此基础上,对方钢管混凝土柱节点的抗剪受力性能进行了分析,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、节点域钢管翼缘与内隔板或外隔板组成的钢板框架的抗剪贡献以及节点域混凝土的抗剪贡献,由此得到了相应各部分剪力-剪切变形曲线的计算方法。根据剪切变形协调的条件将上述三部分曲线进行叠加,就可以得到节点的剪力-剪切变形骨架线。此后,提出了卸载线和再加载线的简化确定方法,从而得到了方钢管混凝土柱节点剪力-剪切变形曲线的恢复力模型。理论模型与多组试验结果相比,基本吻合,虽然在再加载刚度和耗能性能方面存在一定的误差,但是整体而言仍然具有参考意义。在此基础上,提出了方钢管混凝土柱节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的计算公式,从而为工程设计提供了实际依据。     

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。     

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...     

型钢混凝土T形柱-钢梁空间边节点开裂剪力计算方法

为建立型钢混凝土T形柱框架边节点开裂剪力计算模型,对按"弱节点"设计的10个型钢混凝土T形柱-钢梁空间边节点进行低周反复荷载试验,获取了节点核心区的开裂模式及剪切裂缝的开裂部位。采用叠加原理和弹性理论对型钢混凝土T形柱框架边节点开裂剪力进行分析;基于截面置换法,将实腹式配钢节点核心区型钢腹板的抗剪贡献计入计算模型。研究结果表明:型钢混凝土T形柱-钢梁空间边节点最初于型钢的混凝土保护层出现竖向黏结裂缝;之后,于核心区柱肢面上出现剪切裂缝,其首条斜裂缝的产生部位与加载角度有关,加载角不超过45°时,剪切裂缝最先出现于腹板上,加载角在45°时,剪切裂缝在腹板和翼缘出现的概率一致,加载角为60°时,剪切裂缝最先出现在翼缘上。当加载角在0°~45°以及45°~90°时,T形柱框架空间边节点的开裂剪力验算肢分别以核心区腹板和核心区翼缘为主。无论是叠加原理还是弹性理论,所计算的开裂剪力均大于试验值;相比于实用性更强的叠加原理,弹性理论的计算值更加接近试验结果。     

方钢管混凝土柱—钢梁外隔板式节点非线性有限元分析

选择合适的材料本构模型,利用三维实体单元,对方钢管混凝土柱-钢梁外隔板式节点建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型,模拟分析了单调加载下节点的受力性能,较为精确地分析了节点区应力分布.结果表明,由有限元模型所得的位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线极为相似,由有限元模型所得的应变分布和发展规律与试验结果一致.外隔板式节点的梁端弯矩一部分通过柱腹板两侧隔板传递到柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分则主要通过柱角两内侧各0.25倍柱宽范围内的隔板直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土,柱角附近的隔板出现严重的应力集中,节点因受压翼缘屈曲、梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰而破坏.节点核心区混凝土符合斜压杆受力机制.     

带混凝土楼板的钢框架梁柱弱轴连接节点滞回性能试验研究

为研究组合效应对梁柱弱轴连接滞回性能的影响,进行了梁端截面形式分别采用标准型、削弱型、盖板加强型、扩大翼缘型及加腋型的5个纯钢中节点及5个部分抗剪连接的钢-混凝土组合中节点试件的循环荷载试验。对各试件的试验现象、破坏特征、滞回曲线、钢梁应力(应变)分布及耗能进行了分析。结果表明,除了加腋型试件,钢-混凝土组合节点试件梁下翼缘焊缝均发生不同程度的开裂,但梁上翼缘焊缝及腹板螺栓仍可继续承担较大荷载,而纯钢节点试件梁上下翼缘焊缝均出现开裂,承载力迅速降低;纯钢节点的滞回曲线较组合节点的更为饱满,钢-混凝土组合节点试件的滞回曲线受到腹板螺栓滑移的影响而逐渐呈反S形;正弯矩作用下钢-混凝土组合梁截面中和轴显著上移,梁下翼缘应变水平基本高于纯钢节点的;梁端削弱型节点能较有效地实现塑性铰外移,且其滞回曲线最为稳定,推荐优先选用;焊接质量是影响节点滞回性能的关键,建议蒙皮板采用抗层间撕裂的Z向钢材。     

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。     

矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱轴压性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱(STHCC)的轴压性能,进行了16根STHCC短柱的轴压静力试验。主要研究参数包括约束效应系数、混凝土立方体抗压强度、翼缘钢管腹板厚度和柱长细比。通过轴压试验得到STHCC短柱试件的试验现象和破坏形态、荷载-位移曲线、钢管翼缘和蜂窝钢腹板的荷载-应变曲线,分析了四参数对STHCC短柱轴压承载力的影响规律及受力机理。结果表明：钢管的外表面会产生吕德尔滑移线,所有试件钢管混凝土翼缘均呈剪切型破坏;试件荷载-位移曲线大致可分为弹性、弹塑性、荷载下降和残余变形等四段。随着约束效应系数和蜂窝钢腹板厚度的增加,试件的轴压承载力逐渐提高;随着长细比的增大,试件的轴压承载力却逐渐下降。最后,通过引入组合效应修正系数和综合影响变量,建立了与试验结果吻合较好的STHCC短柱轴压承载力计算式,并给出了该类轴压短柱的设计建议。     

方钢管混凝土柱-H形钢梁不同构造隔板贯通节点力学性能研究

为研究具有不同连接形式、隔板厚度和外伸长度的隔板贯通节点的力学性能,使用ABAQUS对不同构造节点进行数值模拟研究。基于试验结果验证了建模方法的准确性,并分别建立了全焊接、腹板栓接-翼缘焊接、下栓上焊、全螺栓四种连接形式的隔板贯通节点模型,对比了不同连接形式节点的力学性能,对产生差异的原因进行了机理分析。并进一步针对下栓上焊连接形式节点的隔板厚度、外伸长度对力学性能的影响进行了参数化分析。研究发现,具有翼缘螺栓连接形式的节点承载力更高且塑性铰远离节点核心区,基于此且考虑到施工因素,认为下栓上焊的连接形式具有显著优势;隔板过薄或隔板外伸长度过长均会降低该种节点的承载力和延性,隔板也会发生明显变形导致在核心区形成塑性铰,劣化节点受力性能。推荐工程中采用的隔板厚度宜比钢梁翼缘厚度厚3mm左右,隔板外伸长度宜控制在50~75mm。