折线隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点抗震性能试验研究

通过对折线加强隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点和基本型异型节点试件进行低周往复加载试验,研究了隔板折线加强构造对节点破坏形态、承载力、塑性转角、滞回性能、骨架曲线、刚度退化和耗能等的影响。试验结果表明：基本型异型节点在刚度较大、几何尺寸变化较大的大截面梁翼缘对接焊缝侧边开裂,节点的塑性转角约为0.028 rad;隔板折线加强异型节点的主要破坏模式为隔板折线加强区形成塑性铰及延性拉断、梁腹板焊接孔开裂及梁翼缘对接焊缝断裂,其塑性转角可达0.034~0.057 rad,承载力和耗能能力较基本型异型节点分别提高16.5%~47.0%和21.2%~144.0%;隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点中,大截面梁先于小截面梁破坏,柱壁板间焊缝未发生撕裂破坏,轻骨料混凝土未发生压碎、拉裂、剥离或滑移破坏,节点的抗震性能主要受钢梁和隔板间焊缝破坏（而非轻骨料混凝土）的影响。     

隔板贯通方钢管柱-H型钢梁异型节点强震突变机理分析

为研究隔板贯通方钢管柱-H型钢梁异型节点强震灾变机理和延性节点构造,对常规异型节点进行了低周往复循环加载试验和基于结构钢椭球面断裂模型及偶联的椭球面屈服模型的断裂分析.结果显示,常规异型节点在大截面梁翼缘对接焊缝边缘开裂,节点的塑性转角约为0.015rad,达不到FEMA要求的0.03rad.提出隔板圆弧扩大头节点构造并进行数值分析,结果表明,扩大头构造消除了对接焊缝沿梁翼缘宽度的几何突变,降低了对接焊缝的应力集中程度和脆断风险,塑性转角均达到了0.03rad,承载力较常规异型节点提高15.9%~39%.     

变截面方钢管轻骨料混凝土柱-H钢梁隔板贯通节点抗震性能试验研究

通过对变截面方钢管轻骨料混凝土柱-H钢梁圆弧扩大头隔板贯通节点和基本型节点进行低周往复加载试验,分析了该类节点的破坏形态、滞回性能、延性、承载力、刚度退化与耗能能力等。结果表明：隔板圆弧扩大头节点先在隔板圆弧扩大区形成塑性铰,随后梁腹板焊接孔开裂,梁翼缘对接焊缝延性拉断;基本型节点在梁翼缘对接焊缝侧边开裂,裂纹扩展迅速至脆断;隔板圆弧扩大头构造明显提高了节点延性和耗能能力,有效降低了节点区焊缝过于密集和焊接热影响区的交叉影响,避免了梁翼缘对接焊缝处的应力集中和过早脆断;隔板圆弧扩大头节点的承载力、塑性转角和耗能能力较基本型节点分别提高16.09%~22.25%、17.34%~63.94%和24.97%~44.32%;加载到节点破坏时,节点域和柱内轻骨料混凝土未发生压碎、剥离、拉裂或滑移破坏,说明该类节点的抗震性能主要受钢梁与隔板间焊缝影响。     

圆弧扩大头隔板贯通式箱形柱-H型钢梁异型节点抗震性能试验研究

对5个圆弧扩大头隔板贯通式箱形柱-H型钢梁异型节点和1个基本型异型节点进行低周往复循环加载试验,研究圆弧扩大头构造对隔板贯通式箱形柱-H型钢梁异型节点在强震时的破坏模式、承载力、塑性转角、滞回性能、骨架曲线、刚度退化和耗能性能等抗震性能的影响规律。试验结果显示,基本型异型节点在刚度较大、几何变化剧烈(应力集中严重)的大截面梁翼缘对接焊缝侧边开裂,节点的塑性转角约为0.015rad,达不到FEMA要求的0.03rad。圆弧扩大头异型节点在隔板圆弧扩大区形成塑性铰,节点的塑性转角达到0.033~0.044rad,承载力和耗能性能较基本型异型节点分别提高41.7%~53%和173%~500%。隔板圆弧扩大区屈曲、对接焊缝延性拉断、贯通式隔板与柱壁板间焊缝剪切破坏、梁腹板焊接孔开裂是圆弧扩大头异型节点的主要破坏模式。隔板圆弧扩大头构造和梁翼缘对接焊缝移至远离节点区的措施,缓和了节点区焊缝过于密集和焊接热影响区的交叉影响,规避了梁翼缘对接焊缝处的几何突变(应力集中)和过早脆断。此次试验的隔板贯通式箱形柱-H型钢梁异型节点,大截面梁均先于小截面梁断裂,且均未出现以往内隔板式节点试验中常见的柱壁板间焊缝撕裂现象。     

隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形梁与箱形梁异形节点抗震性能试验

对圆弧加强隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形梁与箱形梁异形节点和基本型异形节点进行循环加载试验,研究了贯通隔板圆弧扩大头构造对异形节点抗震性能的影响,获得了该类节点的破坏模式、滞回性能、承载力和塑性转角等抗震性能参数。基于试验结果和力学分析,建议了异形节点域的抗弯、抗剪计算模型,推导了异形节点域的抗弯、抗剪承载力计算公式。结果表明:基本型异形节点滞回曲线劣化明显,节点在刚度较大、几何突变的箱形梁翼缘对接焊缝边缘脆断;隔板圆弧加强异形节点的滞回曲线饱满,承载能力和刚度退化不明显,主要破坏模式为在隔板圆弧加强区形成塑性铰,梁翼缘对接焊缝延性开裂;加载至节点破坏时,贯通隔板与柱壁板间焊缝未发生撕裂破坏,节点域内轻骨料混凝土未压碎或拉裂,轻骨料混凝土与隔板和柱壁板间未发生剥离或滑移;隔板圆弧加强异形节点的塑性转角可达0.038~0.056 rad,承载力较基本型异形节点提高21.5%~56.2%。     

隔板贯通式箱形截面梁柱节点边梁抗震性能研究

对5个折线加强隔板贯通箱形柱-翼缘开孔箱形边梁框架子结构试件和1个常规隔板贯通箱形柱-箱形边梁框架子结构试件进行了低周往复加载试验,并进行了基于结构钢椭球面断裂模型及耦联的屈服模型的数值分析,对比研究了隔板折线加强和梁翼缘开孔构造对箱形边梁破坏模式、滞回性能、承载力、塑性转角、刚度退化、耗能性能的影响,以及梁端对接焊缝断裂和屈服的演化规律。结果表明:箱形边梁梁端荷载-位移的滞回性能稳定,贯通式隔板"割断"柱的构造对箱形边梁的抗震性能并无影响。常规试件在几何变化剧烈、应力集中严重的箱形梁翼缘对接焊缝处脆断,箱形梁的塑性转角约为0.01 rad;折线隔板加强试件在隔板末端形成塑性铰,极限荷载下箱形梁翼缘对接焊缝被拉断,呈延性破坏。折线隔板加强试件箱形梁的塑性转角可达0.025~0.035 rad,承载力和耗能能力较常规试件分别提高36.3%~62.9%和136%~272%。     

隔板贯通变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-箱梁节点抗震性能试验

对折线隔板贯通变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-钢箱梁节点和基本型节点进行了循环加载试验,获得了节点的破坏模式、滞回曲线、塑性转角、耗能能力、节点域应变演化等抗震性能指标.结果 显示,上隔板与小截面柱间焊缝的剪应变远大于下隔板与大截面柱间焊缝;基本型节点在几何突变剧烈的梁翼缘对接焊缝侧边、梁腹板角焊缝端点及构造复杂的梁腹板...     

折线隔板加强的箱形柱-翼缘削弱箱形梁与H形梁节点抗震性能试验研究

对5个折线隔板加强的隔板贯通式箱形柱-翼缘削弱箱形梁与H形梁异型节点和1个基本型隔板贯通式异型节点进行拟静力试验,研究折线隔板扩大头和箱形梁翼缘削弱型隔板贯通式箱形柱-箱形梁与H形梁异型节点的破坏模式、滞回性能、承载力、塑性转角、刚度退化和耗能能力等。试验结果表明:基本型异型节点在几何尺寸变化剧烈(应力高度集中)的箱形梁翼缘对接焊缝侧边开裂,节点的塑性转角约为0.014 rad,达不到FEMA要求的0.03 rad;折线隔板扩大头异型节点的塑性转角达到0.032~0.046 rad,承载力和耗能能力较基本型异型节点分别提高22.2%~64.3%和6.32~9.94倍;箱形梁翼缘与隔板对接焊缝断裂、隔板与柱壁板间焊缝剪切撕裂是折线隔板扩大头异型节点的主要破坏模式;试验的隔板贯通式箱形柱-箱形梁与H形梁异型节点显示,刚度较大的箱形梁翼缘对接焊缝均先于H形梁断裂。     

隔板贯通箱形柱-箱形梁+H形钢梁异型节点强震灾变机理分析

对隔板贯通箱形柱-箱形梁+H形钢梁异型节点试验试件进行了数值模拟分析,对比研究了折线扩大头隔板贯通箱形柱-翼缘削弱箱形梁与H形钢梁异型节点和基本型异型节点在强震下的破坏模式、断裂风险区、节点区应变演化规律.结果表明,贯通隔板折线扩大头区形成塑性铰,节点域应变集中在上核心区.     

梁翼缘扩大头-圆孔削弱型内隔板式箱型柱-H型钢梁节点断裂分析

对1个内隔板式箱型柱-H型钢梁常规节点和3个梁翼缘扩大头-圆孔削弱型节点进行了循环加载试验,并进行了基于结构钢椭球面断裂模型及耦联的椭球面屈服模型的数值模拟和断裂分析.结果显示,常规节点裂纹起始于梁翼缘对接焊缝侧边,未能形成有效转动能力的塑性铰,节点的塑性转角约为0.02rad.梁翼缘扩大头-圆孔削弱型节点在圆孔削弱梁截面形成塑性铰,大孔侧边开裂风险较其他区域大,扩大头构造显著降低了对接焊缝的断裂风险.当内隔板与柱壁板间焊缝质量较好时,圆弧扩大头-圆孔削弱型节点的塑性转角可达到FEMA要求的0.03rad,承载力较常规节点提高39.8%~52.9%.     

钢箱梁和H梁翼缘三面围焊圆弧隔板贯通变截面箱形钢柱节点抗震性能试验

对钢箱梁和H梁翼缘三面围焊圆弧隔板贯通变截面箱形钢柱节点进行了循环加载试验,获得了该类节点的破坏模式、滞回曲线、承载力、塑性转角、耗能能力、节点域和关键部位的应变演化规律等抗震性能指标.试验结果显示:节点域柱壁板间焊缝、柱壁板与隔板焊缝开裂是该类节点的主要破坏模式;截面积较小的节点域上柱腹板剪应变远大于截面积较大的下柱腹板,节点域上柱壁板间焊缝先于下柱开裂,靠近箱梁侧柱壁板与隔板间焊缝先于H梁侧开裂;箱梁的滞回性能好于H梁,但承载力低于H梁;梁翼缘与贯通隔板采用三面围焊的连接方式,避免了以往的节点构造中狭窄的梁翼缘和宽大的隔板间对接焊缝过早开裂的问题.     

圆弧扩大头和梁翼缘圆孔削弱型箱型中柱-H型钢梁节点循环加载试验研究

对1个隔板贯通式箱型中柱-H型钢梁常规节点和3个圆弧扩大头及梁翼缘圆孔削弱型节点进行了低周往复循环加载试验.试验结果表明,常规节点在梁翼缘对接焊缝处脆断,节点塑性转角约为0.016rad;圆弧扩大头及圆孔削弱型节点在梁翼缘圆孔削弱处断裂,裂纹起始于圆孔侧边,塑性转角较常规节点提高约19%,承载力较常规节点降低5.5%~9.4%,滞回曲线的包络面积(耗能性能)较常规节点约提高0.2%~9.0%.圆弧扩大头构造降低了梁翼缘对接焊缝的应力集中程度,避免了对接焊缝过早脆断;圆孔削弱构造促使梁削弱截面形成塑性铰.     

梁翼缘、腹板开孔方钢管混凝土柱-H型钢梁节点力学性能试验研究

为研究梁翼缘、腹板开孔构造对方钢管混凝土柱-H型钢梁节点破坏模式的影响,对6个方钢管混凝土柱-H型钢梁节点（1个常规节点和5个开孔节点）进行了低周循环加载试验。试验结果表明：按现行规范设计的方钢管混凝土柱-H型钢梁常规节点在梁翼缘对接焊缝处脆性断裂,节点的塑性转角不能满足临时指南FEMA的要求;合理的梁翼缘和腹板开孔构造,显著减缓了方钢管混凝土柱-H型钢梁节点梁翼缘对接焊缝的应力集中,梁削弱截面形成塑性铰,节点塑性转角达到0.03 rad,满足了临时指南FEMA的要求;其滞回性能稳定,承载力和常规节点相当;内隔板与柱壁板间焊缝质量较差的节点在试验中发生柱壁外鼓、柱壁间焊缝撕裂,节点延性和承载力明显下降。     

方钢管混凝土柱-型钢梁节点断裂分析及延性节点研究

运用结构钢椭球面屈服模型和椭球面断裂模型,对梁柱节点试验进行了数值模拟分析,得出了等效考虑焊接残余应力和焊接缺陷的对接焊缝断裂因子CI的修正系数k。对方钢管混凝土柱-型钢梁节点进行了基于椭球面强度模型的数值模拟和断裂分析,结果显示:柱对梁的强约束使对接焊缝处应力集中严重,该处的等效应力和平均应力幅值均较高,当对接焊缝应力场函数达到建议的椭球面断裂准则临界值时,该处发生断裂。以结构钢椭球面断裂模型为评判依据,提出了降低对接焊缝等效应力和平均应力幅值(即提高节点延性)的构造建议。     

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。     

轻质高强方钢管轻骨料混凝土加劲X形节点构造和承载力研究

为研制轻质高强桁架节点构造及其承载力,对Q345B方钢管轻骨料混凝土加劲X形节点和基本型节点进行了静力加载试验,考察了支主管间设置加劲板和支主管内浇灌轻骨料混凝土对节点破坏模式和承载力的影响。试验结果表明：加劲节点的破坏模式有加劲板与剪压支管焊缝开裂、剪压支管翼板被加劲板拉开、剪压支管在靠近加劲板外端截面剪压破坏;基本型节点的破坏模式为支主管焊缝开裂;支主管间设置的加劲板明显推迟了节点的屈服和断裂进程,支主管内浇灌轻骨料混凝土有效防止了方钢管屈曲,显著提高了节点承载力,加劲节点的焊缝开裂荷载和极限承载力较基本型节点分别提高63.3%和18.3%。根据加劲X形节点试验破坏模式,推导了考虑加劲板应力传递和扩散效应的方钢管轻骨料混凝土加劲X形节点的加劲板与剪压支管焊缝开裂、剪压支管翼板拉开、剪压支管剪压破坏的力学计算模型和承载力计算式。建议的加劲X形节点的承载力计算式的计算误差为-27.8%～+3.7%。     

高强轻骨料混凝土框架中节点抗震性能试验研究

完成了4个1/3缩尺比例的不同核心区配箍率的高强轻骨料混凝土框架中节点在不同轴压比下的低周反复荷载试验,系统研究了节点的破坏过程与破坏形态、滞回曲线与骨架曲线、刚度与强度退化、延性耗能、箍筋应变等,深入分析了该类构件破坏时的自身特性、承载力及与普通混凝土节点的区别。研究表明：与普通混凝土节点类似,试件破坏过程均经历了初裂、通裂、极限和破坏四个阶段,滞回曲线形态、节点区变形规律与普通混凝土无异;节点耗能和延性与普通混凝土接近;节点区混凝土的破坏在骨料和骨料与水泥浆界面处均有发生,破坏时混凝土剥落范围较大,部分保护层骨料被切掉,出现整体脱落;适当提高轴压比和配箍率能够改善节点区的抗剪强度,提高节点的延性和耗能,且因骨料强度的提高,节点区纵向钢筋与高强轻骨料混凝土的黏结性能较以往研究结果有所改善;节点区箍筋仅部分屈服,建议采用复合配箍或采用约束混凝土,增强约束效果。同时,通过计算表明：在未对轻骨料混凝土强度进行折减的情况下,各模型计算值与试验结果吻合较好,建议适当提高各个模型对轻骨料混凝土强度的折减系数。     

方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸试验及有限元分析

对于方钢管混凝土柱隔板贯通节点,通过静力拉伸试验和非线性有限元模拟,考察隔板贯通节点的承力机制和破坏形式。结合荷载-位移曲线、试件承载力等数据结果对比,验证有限元模拟与静力拉伸试验结果的一致性。对于静力拉伸荷载作用下的隔板贯通节点,其破坏形式表现为钢梁破坏、焊缝破坏或节点域破坏;钢梁传来的拉伸荷载在节点域内主要依靠方钢管柱壁和隔板传递;方钢管柱壁的塑性区主要集中在柱壁与贯通隔板相交线处附近;贯通隔板的塑性区,主要集中在隔板浇筑孔中心与透气孔中心的连线、透气孔中心与方钢管柱壁角部的连线附近。     

方钢管混凝土边柱节点抗震性能试验研究

通过柱端加载的3个内隔板三面焊接的方钢管混凝土柱-H形钢梁节点的低周反复荷载试验,研究其不同轴压比情况下节点的破坏模式、延性、耗能性能等。试验结果表明,内隔板与柱壁未焊一侧受力约为内隔板与柱壁焊接一侧的1/3,内隔板未焊一端梁翼缘侧面柱壁间焊缝被撕裂,内隔板与柱壁板焊接一侧梁翼缘在柱顶位移约70mm时发生局部屈曲。研究结果表明,节点具有很好的延性和耗能能力,层间转角位移延性系数μ=3.40~3.45,弹性和弹塑性层间位移角分别为φy=0.0075~0.0083 rad、φu=0.0279~0.0286 rad,等效粘滞阻尼系数he=0.247~0.462。满足现行抗震规范的要求。三面焊接的内隔板式节点可以用于方钢管混凝土边柱节点。     

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.