带Z字形悬臂梁段拼接的装配式钢框架节点抗震性能试验研究

提出一种适用于装配式钢结构的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点。以滑移耗能的理念设计了基础试件,通过关键参数的变化得到六组试件。对六组试件进行了低周往复荷载作用下的试验研究,对节点的破坏模式和拼接区的滑移情况进行了分析,获得了节点的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、转动能力以及刚度退化等抗震性能。结果表明：带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点属于半刚性连接节点,节点变形性能良好。节点能有效利用拼接区摩擦面滑移、螺栓和孔壁挤压以及板件屈服实现耗能。适当减少翼缘高强螺栓数目能有效提高节点延性性能和塑性转动能力。翼缘和腹板螺孔开大孔和使用三角形垂直加劲肋对节点的耗能能力和承载能力影响很小。     

方钢管混凝土柱-H形钢梁螺栓连接节点受力性能试验研究

对适用于装配式钢结构的钢管混凝土L形柱-H型钢梁Z字形节点的抗震性能进行研究。建立并基于节点试验结果验证了ABAQUS有限元模型,通过有限元分析获得了节点的荷载-位移曲线、骨架曲线、破坏模式和性能指标。结果表明：设置腹板拼接板、增加梁高、减小上翼缘最外排螺栓与拼接区中心距离等措施,能够提高节点的屈服荷载和峰值荷载;增加翼缘高强度螺栓数量能够提高节点的滑移荷载,但是会降低延性;增加悬臂梁外伸距离,可以提高滑移荷载、屈服荷载和峰值荷载,减少翼缘连接的高强度螺栓数量需求。基于有限元结果,验证了节点受弯承载力和极限受弯承载力计算公式的可靠性。     

三套管自复位屈曲约束支撑滞回性能研究

在结构中合理安装自复位屈曲约束支撑可以有效地减少结构损伤和结构残余变形。该文提出了一种新型三套管自复位屈曲约束支撑,对其滞回性能进行实验研究。通过拟静力试验考察了初始预应力,芯材管有效横截面积对支撑耗能能力以及控制残余变形效果的影响。采用有限元方法对支撑的滞回性能进行了参数分析,并通过理论推导给出了支撑的刚度和承载力计算公式。研究结果表明合理设计的三套管自复位屈曲约束支撑具有良好的耗能能力和自复位性能,有限元分析结果与试验结果吻合较好,理论推导得到的刚度和承载力计算公式能准确给出支撑滞回曲线上的特征点。     

冷弯型钢组合截面T形节点抗震性能研究

冷弯型钢在低层住宅结构中应用广泛,国内已有相应规范出版,但对冷弯型钢组合截面缺少相关设计规定。该文选择双肢冷弯C型钢背靠背带垫板的截面形式,对其抗弯节点进行抗震性能研究,采用试验与有限元分析相结合的方法,研究了节点板厚度、螺栓间距、C型钢厚度和腹板高度等参数对节点抗震性能的影响,发现该类节点的破坏特征符合抗震设计要求,滞回曲线饱满,承载力退化稳定、初始刚度大、刚度退化较为严重、耗能性能和延性较好。在相关参数中节点板厚度和螺栓间距对节点抗震性能的影响最大。C型钢厚度和腹板高度增加能明显提高节点的极限承载力。螺栓间距的增加会使节点承载力略有提高,但节点的耗能性能变差。     

装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱连接节点抗震性能试验研究

提出了一种新型全装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱端板螺栓连接节点形式,在低周反复水平荷载作用下,进行了6个装配式预应力中间节点试件和1个现浇节点试件的对比试验,得到了试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化以及耗能能力等抗震指标,确定了该新型装配式梁-柱连接节点的抗震性能。试验结果表明,新型全装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱端板螺栓连接节点试件均实现了"强柱弱梁"的设计目标。试件的滞回曲线饱满,抗震性能良好,研究成果可为预制装配式框架在地震区的推广应用提供理论依据和技术支持。     

耗能梁段与带楼板RC框架梁连接节点的滞回性能研究

通过对5个足尺耗能梁段与带楼板RC框架梁连接节点的低周往复加载试验,研究了此类节点的传力机理、破坏模式等,分析了连接节点的滞回性能、承载力、变形及延性、刚度退化及耗能等性能,并通过ABAQUS有限元程序对试验试件的滞回性能进行模拟。研究结果表明：U型外包钢连接节点构造简单、传力可靠。考虑楼板作用可显著提高耗能梁段与RC梁连接节点的承载力及后期变形能力。耗能梁段端板同RC梁顶面之间的分离导致滞回曲线中部捏缩,滞回性能劣化,耗能能力一般。     

空间钢-混凝土组合节点抗震性能试验研究

多高层住宅钢结构建筑中,采用剪力墙边缘构件与钢梁连接的等宽度设计,可避免室内凸柱现象,能获得整洁的室内空间,但使墙边缘构件-梁连接节点设计的难度增加。为此,该文结合波形钢板-混凝土组合墙构成特点,提出了墙边缘构件与梁连接采用上翼缘环板节点、下翼缘贴板节点的组合型式,并进行了2个不同轴压比组合节点的滞回加载试验,研究其承载性能、破坏模式、滞回性能、骨架曲线、强度和刚度退化等。试验发现,两个试件的屈服位移角平均值为1/136,极限位移角为1/42,均能满足《建筑抗震设计规范》(GB 50011−2010)中弹性和弹塑性层间位移角的要求;下翼缘贴板节点弱于上翼缘外环板节点的变形能力,而且贴板节点连接焊缝易于开裂;一旦贴板节点达到承载力极限,之后强度和刚度迅速退化。该文建立了组合节点的实体-壳单元的精细化有限元模型,进行了试验加载全过程分析。比较了节点试验与有限元分析结果,利用该文建立的有限元模型开展分析,为贴板节点设计提供了依据。

     

采用端板螺栓连接的可更换耗能梁抗震及可更换性能试验研究

为研究端板-螺栓连接可更换耗能梁的抗震及可更换性能，设计制作了4个可更换耗能梁试件并进行了拟静力试验，研究不同长度系数对可更换耗能梁抗震性能和可更换能力的影响。结果表明：当长度系数较小时，试件发生剪切破坏，破坏特征包括腹板-加劲肋焊缝撕裂、腹板屈曲和腹板撕裂；当长度系数较大时，试件发生弯剪破坏，破坏特征包括梁端翼缘-端板焊缝撕裂和梁端翼缘屈曲；所有试件的滞回曲线非常饱满，具有优异的变形能力和耗能能力；可更换耗能梁的抗剪承载力强化明显，超强系数均值为1.9；采用端板-螺栓连接的可更换耗能梁均可实现震后可更换，当梁端残余转角为0.0020 rad～0.0046 rad时耗能梁可以实现震后更换，且更换快捷、操作简单；同时，根据耗能梁构件与带可更换构件的RCS混合框架结构体系的几何变形特征，可以将耗能梁的主要受力阶段划分为正常使用、非必要更换和必要更换3个阶段。     

不锈钢T形件螺栓连接承载性能试验研究

通过开展14组不锈钢T形件螺栓连接试件的单调拉伸试验,得到了各试件的极限承载力、破坏模式和撬力发展规律,分析翼缘厚度、翼缘材料、螺栓直径和螺栓预拉力等因素对不锈钢T形件承载性能的影响。结果表明：螺栓预拉力对试件的极限承载力没有明显影响,但会提高试件的初始刚度; T形件的破坏模式取决于翼缘和螺栓的相对关系,与螺栓预拉力无明显关系;撬力值随着翼缘厚度和螺栓直径的减小而增大,但极限承载力对应的撬力值与螺栓预拉力无关。将试验结果与现行欧洲、美国和中国规范的计算结果进行比较,表明现行国内外规范的相关计算公式均较保守,其中美国规范由于翼缘采用极限抗拉强度,计算结果与试验值最为接近。     

梁柱端板连接节点初始转动刚度计算模型

应用组件法建立了端板连接节点初始转动刚度计算模型,考虑了端板受弯、柱翼缘受弯、螺栓受拉、柱子腹板受剪、柱子腹板受压和柱子腹板受拉变形对连接节点转动刚度的影响。基于板壳理论计算端板和柱子翼缘的弯曲变形,给出了不同加劲肋设置情况下的刚度计算公式;根据有限元分析结果,把柱子腹板受压刚度计算采用的有效宽度和EC3建议的承载力计算有效宽度统一;在计算螺栓刚度时,考虑了因螺栓预拉所挤紧的周围板件对螺栓变形的影响。该文模型和试验结果及已有模型进行对比,表明该计算模型不仅能精确计算节点的转动刚度,且相对于现有的分析模型更为简便、准确,便于实际工程中应用。     

钢-竹组合梁柱边节点拟静力试验研究

钢-竹组合工字形梁和箱形柱的边节点,采用T型钢连接件和螺栓实现组合梁柱之间的连接,并在节点核心区柱子四周焊接钢板形成钢套筒,从而增加节点域的刚度和整体性能。以螺栓数目、强度和有无加劲肋为基本参数,对6个组合梁柱边节点试件进行了拟静力加载试验,观察节点在不同参数条件下的梁端P -Δ 滞回曲线、组合梁柱之间的转角和节点区钢板的剪切变形,得到了梁柱节点的耗能系数、延性系数等抗震性能指标,在此基础上进行了节点区连接件理论转角计算方法分析。试验结果表明,螺栓强度等级和根数对节点核心区的剪切变形和组合梁柱节点的极限承载力影响不大,但节点区钢套筒焊脚尺寸和加劲肋的设置变化对节点转动刚度和抗震性能指标影响显著。根据钢-竹组合节点在弹性阶段的梁端位移和应力、应变关系,提出了组合节点的力学简化模型及连接件转角的计算方法,其计算结果与试验值吻合较好。     

加热炉带壁板足尺钢结构抗震性能试验研究

进行足尺的石化加热炉带壁板钢结构试件在水平反复荷载作用下的试验研究,分析了此类结构的抗震性能。记录试验现象并作数据处理,系统分析了结构的破坏过程、破坏模式和耗能机理,研究了其滞回性能,得到了骨架曲线、刚度退化、延性和耗能能力等指标。试验结果表明,加热炉带壁板钢结构具有良好的延性和耗能性能;滞回曲线饱满呈梭形;钢框架和壁板协同工作良好;加劲肋的设置改善了壁板的受力性能,延缓了壁板的屈曲,提高了壁板的承载力及刚度;结构破坏模式为柱的局部屈曲、柱脚翼缘开裂,壁板发生加劲区格内的局部屈曲;底层梁柱连接部位形成塑性铰。该试验为此类结构的进一步研究及工程应用提供了依据。     

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。     

矩形钢管混凝土柱-H形钢梁外顶板式节点抗震性能试验研究

针对钢结构住宅建筑中柱子宽度日趋减小的趋势,提出了柱内无隔板的矩形钢管混凝土柱-H形钢梁外顶板式节点。对7个新型节点试件进行拟静力试验,变化参数有钢梁截面、顶板厚度和顶板长边高度。试验主要研究了节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力、刚度退化、强度退化、延性和耗能能力等抗震性能。试验结果表明:外顶板式节点共有梁翼缘受拉破坏、梁翼缘与顶板连接焊缝破坏、顶板与柱连接处的柱壁破坏三种破坏模式。节点延性系数为2.17～3.67,等效粘滞阻尼系数在0.2～0.3之间,极限位移角平均值为1/49,节点抗震性能满足"强节点弱构件"要求。增大外顶板的厚度或长边高度可提高节点承载力,钢梁翼缘、翼缘和顶板连接焊缝或柱壁的过早开裂会降低节点延性和耗能能力。最后提出在验算柱壁和连接焊缝极限承载力时,节点连接系数应取1.4;另外可采取梁端翼缘加强或削弱措施,以保证外顶板式节点具有足够的塑性变形能力。     

穿芯高强螺栓-端板节点方钢管混凝土框架抗震性能数值分析

为研究采用穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土框架的抗震性能,基于一榀两层两跨方钢管混凝土框架的拟静力试验研究结果,利用有限元软件ABAQUS对试验试件进行了非线性数值分析。研究框架的破坏机制、延性、耗能能力及节点性能。在峰值荷载前,数值分析结果与试验结果吻合较好。对轴压比、节点端板厚度、加劲肋厚度以及高强螺栓预拉力等因素进行了分析。结果表明,框架滞回曲线饱满,具有良好的延性和耗能能力,节点在加载过程中未产生塑性变形。当框架柱的轴压比较小时,可形成理想的梁铰破坏机制。增大端板厚度和设置梁端加劲肋可提高结构的刚度与承载力,使框架刚度的退化趋于平缓。高强螺栓预拉力对框架性能无显著影响。     

屈曲约束钢板剪力墙边框刚度影响研究

为了考察边框刚度对屈曲约束钢板剪力墙抗震性能的影响,该文将带边框普通钢板剪力墙和屈曲约束钢板剪力墙作为研究对象,采用ABAQUS非线性有限元分析软件,计算边框刚度对构件受力性能的影响。计算结果表明,在水平往复荷载作用下,带边框屈曲约束钢板剪力墙的滞回曲线饱满,等效粘滞阻尼系数较大,边框柱与边框梁对侧向刚度、承载力与塑性耗能均有一定贡献。在1/50层间位移角时,屈曲约束钢板剪力墙边框柱与边框梁的内凹变形均很小,Mises应力均小于普通钢板剪力墙的边缘构件,损伤程度显著降低,说明对边框柱与边框梁抗弯刚度的要求可以显著低于普通钢板剪力墙。屈曲约束钢板墙内嵌钢板的拉力带分布均匀、细密,最大面外变形与损伤程度均小于普通钢板剪力墙。螺栓对盖板面外变形有很大的约束作用,当螺栓间距较小时,混凝土盖板与钢筋的Mises应力显著减小。现行技术标准中对非加劲钢板剪力墙边框刚度的规定,不能很好地适用于屈曲约束钢板剪力墙。     

带垫板的双肢冷弯C型钢框架抗震性能研究

针对带垫板的双肢冷弯C型钢框架抗震性能问题,选取垫板厚度、框架跨度、C型钢厚度、C型钢翼缘宽厚比和C型钢腹板高厚比等作为研究参数,采用拟静力试验和有限元方法分析了14个单层单跨框架,得到了该类框架的滞回曲线和骨架曲线,分析了框架的破坏模式和抗震性能。结果表明：框架先发生梁端和柱脚的局部屈曲,最终平面内失稳破坏。垫板厚度在保证强节点的前提下,对框架的承载力和抗震性能影响很小。C型钢截面参数变大可以提高框架承载力,增加C型钢厚度可以提高框架延性。该类框架的承载力退化稳定,具有较好的延性和耗能能力,抗震性能好。建议设计框架梁柱线刚度比不宜低于0.4。     

钢筋混凝土柱-钢梁盒式节点抗震性能试验研究

为改善钢筋混凝土柱-钢梁(reinforced concrete columns and steel beam,RCS)节点的抗震性能,在柱贯通型RCS节点的基础上,提出了一种盒式RCS节点。通过对4个RCS盒式节点试件的低周往复加载试验,研究了节点的破坏特征、受力特点和抗震性能,分析了节点梁端附加盖板加强、内部腹板间距和厚度对试件破坏模式、滞回耗能特性及变形的影响。结果表明:试件的破坏集中在柱端和梁端,节点区未发生失效,满足"强节点弱构件"的设计要求;试件破坏时,其延性系数均大于3.0,等效黏滞阻尼系数在0.16～0.27的范围内,具有较好的抗震性能;RCS盒式节点的剪力主要由内部腹板承担,而外部侧板主要起箍筋作用并承受部分剪力;加大内部腹板间距会减小对钢梁端板的约束,使内部腹板、外部侧板、钢梁端板和钢梁翼缘的应变减小;盖板会增加梁端抗弯刚度并增强钢梁端板的约束,使钢梁翼缘的应变减小,内部腹板和钢梁端板的应变显著增加;加厚内部腹板会增加钢梁端板的约束,使钢梁翼缘的应变显著增加,钢梁端板的应变略有增加,内部腹板的应变略有减小。盒式节点设计时应适当增大内部腹板间距并选用较大的板厚。研究成果可为该类RCS盒式节点设计提供参考。     

斜交网格X型节点轴向往复荷载作用下的性能研究

以斜交网格X型节点为原型,采用ABAQUS数值分析软件建立模型,对其进行轴向拉压往复荷载作用下的非线性分析。分析了在加载过程中节点的钢部件和混凝土的应力分布情况,并研究了节点的荷载-位移滞回特性及刚度退化。同时,以节点相贯角度、竖向连接板厚度、衬板厚度、钢管宽厚比、加强环厚度、混凝土强度等级为控制参数,分析其对X型节点轴向性能的影响。研究表明：采用竖向连接板、衬板和加强环可以改善节点区混凝土的约束效果,节点滞回曲线饱满,初始刚度较大,且刚度退化较慢,表现出良好的抗震性能。竖向连接板厚度、钢管宽厚比和混凝土强度等级对节点极限承载力、滞回性能以及刚度退化影响较大,而节点相贯角度、衬板和加强环厚度对节点极限承载力、滞回性能以及刚度退化影响较小。     

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。