方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究与有限元分析

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作5个隔板贯穿式节点试件,通过低周反复加载试验,探讨此类节点的抗震性能,分析梁端翼缘两侧的侧板、钢管柱的宽厚比以及隔板的外伸长度等因素对节点抗震性能的影响。试验结果表明:各试件实测滞回曲线均比较饱满,没有明显的刚度退化现象,具有较好的耗能性能;梁端翼缘两侧增加侧板不仅可以缓解隔板与梁相交的角隅处应力集中现象,而且提高了节点的延性。运用ANSYS 8.0对各节点试件在低周反复荷载作用下的滞回性能进行非线性模拟计算,分析轴压比、核心区混凝土强度、隔板外伸长度等因素对节点受力性能的影响。结果表明:轴压比和隔板外伸长度对节点受力性能的影响较大;有限元计算所得的骨架曲线与实测骨架曲线吻合较好。     

损伤方钢管混凝土框架加固后滞回性能试验与理论研究

为了研究损伤方钢管混凝土结构加固后的抗震性能,基于一榀三层两跨的损伤方钢管混凝土框架加固后的拟静力试验,分析了反复水平荷载作用下框架的滞回性能,并根据滞回曲线进一步得出了框架顶层骨架曲线及相应的恢复力模型,研究了钢管混凝土框架的延性、强度与刚度的退化等性能。采用非线性有限元分析方法,将恢复力模型应用到混凝土弹性模量退化方程中,并对试验进行了数值模拟。结果表明:理论分析结果与试验结果吻合较好。     

高强箍筋高强混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为研究高混凝土梁柱节点的抗震性能,进行了4个高强箍筋混凝土节点和1个普通箍筋混凝土节点的低周往复荷载加载试验,研究了高强混凝土节点的破坏形态、滞回特性、耗能能力、受剪性能及箍筋的应力水平,分析了箍筋强度、体积配箍率和箍筋形式对节点承载力、延性、耗能和剪切变形的影响。结果表明：高强箍筋节点的破坏过程与普通箍筋节点类似;提高箍筋屈服强度对节点的承载力提高效果有限,但可有效提高位移延性和耗能能力,同时限制了节点核心区的剪切变形;试件达到极限位移时,普通箍筋试件箍筋已屈服,复合高强箍筋试件箍筋强度发挥比较充分,表现出较好的抗震性能。     

高轴压比方钢管高强混凝土柱抗震性能研究

为研究高轴压比方钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了8根轴压比从0.5―0.7的方钢管高强混凝土柱的往复水平加载试验。通过改变试件的轴压比、含钢率和长细比,研究其在往复水平荷载作用下的滞回性能、变形能力以及耗能能力,比较各参数对试验结果的影响。试验结果表明:试件破坏形态为柱底部截面钢管被压曲、核心混凝土被压碎的压弯型破坏;试件的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象;位移延性系数在3.05―4.07之间,等效粘滞阻尼比在0.25―0.31之间,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。表明高轴压比方钢管高强混凝土柱具有良好的抗震性能。基于ABAQUS分析平台,建立了有限元模型,对试验进行了往复水平荷载作用下的全过程模拟分析。分析结果表明:有限元模型分析得到的滞回曲线与试验滞回曲线总体上吻合较好。     

双钢板混凝土组合剪力墙-钢梁单边螺栓端板连接节点抗震性能研究

为解决双钢板混凝土组合剪力墙与钢梁难以实现现场免焊装配化连接的问题,提出了一种采用分体垫片式单边螺栓端板连接的装配式节点构造,设计并制作了两个足尺试件进行低周往复加载试验及有限元分析,研究了连接节点的变形机理、破坏形态、承载能力、延性、耗能能力以及刚度退化性能。研究结果表明：根据节点区竖放H型钢翼缘厚度不同,节点破坏模式可分为梁端塑性铰破坏和柱壁破坏;发生梁端塑性铰破坏的节点滞回曲线呈饱满的梭形,表现出良好的抗震性能,柱壁及节点区内填混凝土基本保持完好;发生柱壁破坏的节点表现为螺栓孔周钢板受拉形成圆形屈服面,内填混凝土压溃,承载力较低且刚度退化严重,耗能能力较差,加载后期节点的转角主要源于节点区的转动,该失效模式在设计中应予以避免。     

钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁连接节点抗震性能的机理分析

钢管混凝土结构因其具有良好的延性等抗震性能,在地震荷载作用下,具有较强的抗倒塌能力,使其在工程实践中得到广泛的应用。该文在已有的有限元数值分析模型基础上,通过将不同轴压比下方形和圆形钢管混凝土柱-钢筋环绕式钢筋混凝土梁连接节点的计算滞回曲线、骨架线与试验滞回曲线相比较,验证有限元模型并揭示节点的抗震特性。通过对典型轴压比下钢管混凝土结构节点的工作机理分析,研究受力全过程中节点裂缝和变形发展过程,明确节点极限状态和破坏模态;揭示节点核心区混凝土约束力、钢筋应变、核心区剪力的变化规律。基于比较不同轴压比下节点极限状态的核心混凝土应力和核心区剪力状态,确定轴压比对节点破坏模态的影响。     

薄壁方钢管新型梁柱节点抗震性能试验研究

为减少薄壁方钢管梁柱连接施焊次数,避免焊接区域脆性恶化,满足“强柱弱梁”的抗震设计要求,提出了一种分散焊接的新型节点。利用往复加载试验对不同轴压比下两类节点的8个足尺试件进行研究。通过对比分析得到新型节点试件的破坏模式、滞回曲线及评价节点抗震性能的主要参数(承载力、延性、刚度退化和能量耗散系数等)。同时,利用非线性有限元模型对两类节点进行了模拟计算,并将计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明：试验与有限元计算结果吻合良好;新型节点延性好,屈服平台长,弹塑性得到充分发挥,累计耗能能力强,能较好地吸收和耗散能量;轴压比对耗能能力及位移发展影响小;新型节点采用分散焊接的方式,提高了节点变形能力,降低了节点板件的脆性,破坏时以C钢腹板屈曲作为破坏准则,节点发生延性破坏,适合在高烈度抗震设防区使用。     

矩形钢管混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过三个矩形钢管混凝土框架节点(外加强环)模型的拟静力试验,以轴压比和梁柱线刚度比为参数,研究了该类框架节点的滞回曲线、延性、强度与刚度退化、耗能能力及其破坏特征。结论表明:矩形钢管混凝土框架节点滞回曲线呈饱满的"梭形",耗能能力强;强度与刚度退化缓慢;在达到极限荷载后具有良好的延性和后期变形能力,位移延性系数在3.5~4.48之间,满足延性节点的要求。经与钢筋混凝土框架、组合结构框架及钢框架节点抗震性能比较,可知:全钢管混凝土框架节点具有较好的受力性能和抗震能力,该文的研究成果可用于指导钢管混凝土结构的工程实践。     

钢管混凝土组合结构全螺栓隔板贯通节点的抗震性能试验研究

该文以方形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓隔板贯通连接节点为研究对象,以梁偏心为参数,进行了2个足尺的节点试件SJ1和SJ2的低周往复荷载试验,研究了该类型节点的破坏机理与抗震性能。通过试验数据处理与分析得出了该节点类型的破坏机理、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力及刚度变化规律;通过隔板应变分析验证了试件的破坏机理。试验结果表明：该类型节点具有很好的抗震性能,节点承载力高,滞回曲线饱满,延性系数较大,耗能能力强等特点;主要变形发生在梁端塑性铰区域,隔板与柱连接处容易出现应力集中现象。两组节点在设计时均考虑了抗震设计要求,破坏形式基本相同,以隔板端部梁翼缘及腹板屈曲破坏为主,但由于SJ2梁存在偏心,在荷载作用下节点下隔板与柱连接处被撕裂。     

内填钢板墙双肢冷轧C型钢框架抗震性能

内填钢板墙的双肢C型钢框架是一种新型的框架结构体系,建立三层该类框架进行低周往复加载试验,分析其破坏形态、模式及抗震性能,试验结果表明：钢板墙的屈曲起到了良好的耗能作用,内填钢板墙可以提高双肢C型钢框架的承载力和刚度,层间位移角满足抗震设计要求。在试验的基础上,考虑钢板墙的高厚比、钢板墙高宽比、框架柱刚度系数等参数,采用验证后的有限元模型,分析各个参数下内填钢板墙框架的抗震性能,得到了一定的参数设计建议。     

方钢管混凝土框架内置两侧开洞薄钢板剪力墙的抗震性能研究

分别对单跨2层1/3比例的方钢管混凝土框架内置两侧开洞薄钢板剪力墙和未开洞薄钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验,对比分析了方钢管混凝土框架内置薄钢板剪力墙的受力机理和破坏机制。采用有限元软件ABAQUS对试验试件进行了非线性数值分析,并将数值分析结果与试验结果进行对比,研究其抗震性能。结果表明：方钢管混凝土框架内置两侧开洞和未开洞薄钢板剪力墙均具有较高的承载力、良好的耗能能力和刚度,破坏机制符合“弱板强框架”的抗震理念,基本达到双重抗震设防目标。利用有限元足尺模型研究了钢板剪力墙开洞率、轴压比对结构抗震性能的影响,结果表明：开洞率的增大使结构承载力和耗能能力减小,但对刚度退化影响较小;轴压比对结构承载力、滞回耗能和刚度退化等影响很小。     

方形钢管混凝土叠合柱的力学性能研究

建立了方形钢管混凝土叠合柱的非线性有限元模型,对其在往复荷载作用下的滞回性能进行了数值模拟。有限元模型考虑了反复荷载作用下混凝土的损伤、构件的几何非线性以及钢筋和内钢管与混凝土之间的粘结滑移。算例分析结果表明,有限元计算和试验结果总体上吻合良好。采用有限元模型对方形钢管混凝土叠合柱在轴压力和侧向力共同作用下的工作机理进行了细致分析。     

方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙边框柱刚度研究

钢框架-薄钢板剪力墙竖向边缘构件刚度限值源于经典薄腹梁理论,其仅适用于钢框架,对于方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙,该刚度限值公式不再适用。该文基于薄腹梁理论,提出了方钢管混凝土竖向边缘构件的刚度限值计算公式。构建了不同宽高比和宽厚比分析模型,进行了非线性数值分析,研究了不同柱刚度对方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙力学性能、边框变形和破坏机制的影响。结果表明,按照该文公式设计的方钢管混凝土竖向边缘构件可充分发挥薄钢板剪力墙的结构性能,实现理想的破坏机制。     

钢管柱-钢筋混凝土框架转换节点设计研究

在传统钢管柱与钢筋混凝土框架转换方式的基础上,提出了一种适用性较强的新型转换节点。框架柱纵向受力钢筋与节点域钢管侧壁焊接,框架梁纵向受力钢筋与节点钢牛腿翼缘焊接。该转换节点钢管下插长度小,节约钢材效果明显。通过钢牛腿翼缘的叠层式连接构造,既能解决框架梁钢筋焊接的问题,又可减小牛腿翼缘偏心受力的影响,焊接施工方便。在清华大学教育部重点实验室进行了4个转换节点的缩尺模型试验,并采用非线性有限元软件Marc对转换节点的受力机理进行深入分析。结果表明：在水平往复荷载作用下,试件加载至最大位移时,牛腿端部混凝土压溃、剥落,纵向受力钢筋弯折变形显著,形成塑性铰。框架柱顶部混凝土裂缝数量较少,试验结束时框架柱基本完好。钢管柱底部管壁可能进入屈服,钢管柱及节点域均未出现面外变形。试件的荷载-位移滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力。钢管柱的最大应力均出现在框架的顶部附近,过渡段钢管的应力低于钢管柱。在达到极限变形状态时,钢牛腿、内环板及竖向加劲肋应力较低,均处于弹性状态。该钢管柱-钢筋混凝土框架转换节点具有良好的技术经济性能,能够达到“强节点、弱构件”的抗震性能目标。     

具有PBL加劲的方钢管混凝土构件受弯性能

为研究具有PBL加劲的方钢管混凝土构件的受弯性能,该文进行了无加劲肋、钢板加劲肋和PBL加劲肋三种方钢管混凝土构件受弯性能的试验研究,同时考察PBL加劲肋孔径大小和间距的影响,试验结果表明,无加劲肋构件为单波鼓曲破坏,钢板加劲肋和PBL加劲肋构件均为双波鼓曲破坏;PBL加劲肋试件管内受拉混凝土裂缝分布更为均匀,裂缝宽度和间距更小,钢管与混凝土共同受力更好;PBL加劲肋对方钢管混凝土抗弯承载力提高不明显,抗弯刚度提高约20%;钢板加劲肋是否开孔对试件的刚度影响不大。该文还进行了PBL加劲肋构造参数的影响分析,结果表明：具有PBL加劲的方钢管混凝土构件抗弯承载力随着PBL加劲肋高度、宽度的增加而增加,随着开孔孔径d₀的增大而减小;开孔间距对承载力的影响很小。在试验研究和数值分析基础上,提出了具有PBL加劲的方钢管混凝土构件抗弯承载力的简化计算方法,建议在实际工程中,相对开孔孔径和间距分别取0.5和2.0为宜。     

方钢管混凝土柱节点的试验研究及非线性有限元分析

基于方钢管混凝土柱内隔板式节点及外加强环式节点的低周反复荷载试验,在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱内隔板式节点和外加强环式节点进行了单调加载及循环加载作用下的受力性能分析。有限元分析得出的荷载-位移曲线及剪力-剪切变形曲线与试验结果吻合较好。在此基础上对外加强环式节点进行了参数分析,研究了方钢管混凝土柱的轴压比、宽厚比、核心混凝土强度及混凝土楼板高度对节点受力性能的影响,结果表明轴压比、宽厚比的影响较大。     

方钢管钢骨高强混凝土压弯剪承载力分析

进行了6根方钢管钢骨高强混凝土压弯剪试件的试验研究。试验参数为轴压比、剪跨比及配骨指标。试验结果表明：在试验轴压比范围内,随着轴压比及配骨指标的增长,承载力逐渐增加;随着剪跨比的减小,抗剪承载力迅速增加,构件明显呈现剪切破坏特征。通过有限元法建立的计算模型,其计算结果经回归分析,得出了纯剪、压弯剪、压弯构件的界限剪跨比限值及实用的压弯剪构件极限承载力计算公式。在试验参数范围内,公式计算结果与试验结果吻合较好。