箱形截面钢梁与钢骨混凝土剪力墙刚性连接节点滞回性能有限元分析

以实际工程为背景,运用有限元软件ABAQUS,对箱形截面钢梁与钢骨混凝土剪力墙刚性连接节点在低周往复荷载作用下的滞回性能进行数值模拟研究,同时对节点混凝土强度、钢梁翼缘厚度、端柱含钢率及端柱配箍率等对节点滞回性能的影响进行了参数分析,以期对其抗震性能的评价建立基础。研究结果表明:在"强墙弱梁"的实际设计背景下,箱形截面钢梁与钢骨混凝土剪力墙刚性连接节点具有较好的承载力和延性特征。钢梁翼缘厚度对节点的屈服弯矩略有影响,但是对节点的延性性能影响显著。混凝土强度、端柱含钢率及端柱配箍率对节点的滞回性能影响很小,可以忽略。     

壁式钢管混凝土柱平面外穿芯拉杆-端板连接梁柱节点抗震性能试验研究

壁式钢管混凝土柱是一种特殊的矩形钢管混凝土柱,针对壁式钢管混凝土柱截面特点,提出了壁式钢管混凝土柱平面外穿芯拉杆-端板连接梁柱节点。通过3个足尺节点试件的低周反复加载试验和有限元分析,对其破坏模式、滞回行为、承载能力、变形性能等进行分析。结果表明：节点的破坏模式为钢梁塑性铰区破坏,破坏区域钢梁上下翼缘屈曲或撕裂,梁与端板连接焊缝撕裂;滞回曲线稳定饱满,无明显捏拢;节点域混凝土损伤微小;破坏时位移延性系数大于3.0,等效黏滞阻尼系数大于0.34,具有良好的变形能力。所建立的有限元模型可较为准确地预测该节点在低周反复加载下的滞回行为。分析表明：随着轴压比提高,模型的延性降低;适当的增加钢梁翼缘和端板厚度可以提高节点的承载能力和延性。     

焊接H型钢PEC柱-钢梁顶底角钢连接节点滞回性能研究

为了研究焊接H型钢PEC柱-钢梁顶底角钢连接节点的滞回性能,以顶底角钢连接节点为研究对象,共设计了6个试件。试件参数有高强螺栓直径、顶底角钢厚度和PEC柱翼缘厚度。通过低周反复水平荷载试验,得到了6个试件的荷载-位移曲线、位移延性系数等试验结果。试验结果表明,各参数中角钢厚度对节点的滞回性能影响较大,增大角钢厚度能明显提高节点的承载力,最大增幅为35.9%,但平均位移延性系数减小了46.1%;增大螺栓直径对节点承载力提高幅度较小,最大增幅为6.6%;柱翼缘厚度对节点的承载力几乎没有影响,但减小柱翼缘厚度使节点延性提高了68.1%。焊接H型钢PEC柱-钢梁顶底角钢连接节点具有良好的滞回性能。     

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...     

部分包裹混凝土组合柱-钢梁端板连接框架结构抗震性能试验研究

为了研究端板厚度和柱翼缘厚度对部分包裹混凝土组合柱(PEC柱)-型钢梁端板连接框架结构抗震性能的影响,对3榀PEC柱型钢梁端板连接框架进行低周反复荷载试验,得出各框架试件的滞回曲线、极限承载力、转角延性系数以及初始刚度等抗震性能数据。试验表明:端板厚度由12mm增加到20mm,试件承载力增加2%,试件初始刚度提高22.44%,转角延性系数提高10%,耗能能力增加12.87%。柱翼缘厚度由12mm增加到16mm,试件最大承载力提高13.00%,初始刚度提高50.77%,耗能能力增加9.80%,但转角延性系数降低3.4%。增加柱翼缘厚度可以明显提高框架的极限承载力。端板和柱翼缘厚度越大,框架节点初始转动刚度越大。增加端板厚度可以明显改善框架节点的转角延性,增加柱翼缘厚度会降低框架的转角延性。为探究上述规律的一般适用性,以试验为基础,进行有限元模拟拓展分析,得到与试验类似结论。     

方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

基于非线性和再生混凝土损伤因子的塑性损伤本构,建立了外加强环全焊接刚性连接、外套管式端板连接半刚性连接以及顶底角钢全螺栓连接半刚性连接3种形式的方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析了各模型的抗震性能。结果表明:在低周循环加载下,柱内含有支撑骨架且没有穿柱构件时,有利于提高节点域核心再生混凝土的整体性,受力简单;采用外套管约束节点域,核心再生混凝土的应力、应变较小,有利于再生混凝土耐久性的提高;在相同轴压比、梁柱线刚度比的情况下,外加强环全焊接刚性节点承载能力和滞回耗能能力较高,但延性相对较差;顶底角钢全螺栓连接半刚性节点承载能力、滞回耗能能力相对较低,延性较好;外套管式端板连接半刚性节点的极限承载力、滞回耗能能力和延性性能都有良好的表现;在此基础上,对外套管式端板连接半刚性节点进行了荷载-位移影响参数分析。结果表明:轴压比在弹性阶段对节点的影响不大,在进入屈服和塑性强化阶段,随着轴压比的增高,节点的极限承载力和延性下降;在强柱弱梁的前提下,梁柱线刚度比的增加有利于节点弹性刚度和水平极限承载力的提高,屈服后梁柱线刚度比对节点刚度退化影响不大;钢材屈服强度影响主要体现在节点的极限水平承载力上;再生骨料取代率对节点的延性性能稍有影响;外套管和端板的厚度变化在一定范围时对节点的弹性刚度和极限承载力有一些影响,但增幅随着厚度的增加越来越小。     

钢骨截面延展性对高含钢率SRC柱滞回性能的影响研究

在“钢骨截面延展性对高含钢率SRC柱静力性能的影响研究”的基础之上,该文通过一组含钢率为15%的SRC压弯构件反复加载试验,结合理论分析和有限元数值计算,研究了钢骨截面延展性对高含钢率SRC柱骨架曲线、滞回曲线、耗能能力和延性等抗震性能指标的影响,并分析了钢骨、钢筋和混凝土相互作用的机理。研究表明：①构件承载能力和耗能能力随钢骨截面延展性系数D提高而线性增加;②承载能力、耗能能力、延性和卸载刚度均随钢骨截面模量因子α的增大而显著增大;承载能力随约束混凝土因子β线性增加,但β对滞回曲线和变形能力的影响很小;③在加载后期,钢骨翼缘的局部屈曲和混凝土压溃退出工作是导致承载力下降的主要原因;构件的后期承载力、延性和耗能主要依赖于钢骨的贡献。 关键词：     

混凝土柱-蜂窝钢梁组合节点拟静力试验研究

为研究复合焊接环式箍筋混凝土柱-蜂窝钢梁组合节点的受力性能。对四种不同连接形式的8个复合焊接环式箍筋混凝土柱-蜂窝钢梁组合节点试件进行了低周反复荷载作用下的拟静力试验,分析了各节点的破坏形态、承载力、受剪性能、延性、耗能性能、滞回特性等。试验结果表明:试件的承载力与节点核心区的配箍率有关,对于钢梁贯通型的梁柱节点,宜加强节点核心区的箍筋配置,有利于提高试件的承载力和延性;外伸式端板连接型试件的承载力最高,但在极限荷载之后出现严重的刚度退化,耗能能力差;核心区加设箍筋的钢梁贯通型试件的承载力、延性和耗能能力均比较好,抗震性能好,能够满足工程实践的要求。     

带翼缘钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

对5个带翼缘钢筋混凝土剪力墙进行了拟静力试验,各片墙体的主要变化参数为截面形式、加载方式、腹板自由端边缘构件长度和配箍率,以及是否在腹板与翼缘交界处添加边缘构件,研究其在单轴及双轴荷载作用下的破坏机理,滞回性能,承载力和变形能力。结果表明：带翼缘混凝土剪力墙的破坏主要集中在腹板自由端边缘构件内,翼缘除有少许裂缝外保持完好,在腹板与翼缘交界处设置边缘构件对剪力墙受力性能影响不大;翼缘受拉方向的承载力更高,刚度更大,而翼缘受压方向的延性更好,刚度退化较慢,耗能能力更强;双轴加载对剪力墙腹板方向的承载力和变形能力影响不大;增强腹板自由端边缘约束可有效改善剪力墙的抗震性能。     

X形配筋及钢骨增强混凝土异形柱边节点受力性能

对X形配筋增强、T形钢骨增强、槽形钢骨增强的混凝土异形柱边节点进行拟静力试验,研究混凝土异形柱边节点核心区的箍筋应变规律、混凝土应变规律、破坏特征及滞回曲线,分析X形配筋、T形钢骨、槽形钢骨对混凝土异形柱边节点受力性能的影响。结果表明:混凝土异形柱边节点核心区不同位置处箍筋应变相差比较大,边节点核心区中与剪力方向平行的腹板箍筋应变大于与剪力方向垂直的腹板箍筋应变和翼缘处的箍筋应变,在混凝土异形柱边节点核心区加入X形配筋、T形钢骨或槽形钢骨能够提高混凝土异形柱边节点核心区混凝土的主拉应变,改善异形柱边节点的破坏形态及滞回性能。     

钢管混凝土柱-钢梁单边高强螺栓端板连接框架的拟静力试验研究

为获悉半刚性钢管混凝土框架结构在地震作用下的抗震性能和破坏机理,进行2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢梁单边高强螺栓端板连接框架试件的拟静力试验,包括1个圆形和1个方形钢管混凝土框架。研究柱截面类型和端板类型对框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了框架在低周反复荷载作用下的受力全过程和破坏特征,分析此类结构的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、耗能能力等抗震性能指标,并结合现有规范评价结构的延性。试验结果表明,此类半刚性连接钢管混凝土框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,其延性系数μ=2.41-3.75,能量耗散系数E=0.823-0.955|在柱截面含钢率相同条件下,方钢管混凝土框架试件的极限承载力和耗能能量均高于圆钢管混凝土框架试件|梁柱节点采用单边高强螺栓端板连接具有典型的半刚性特征,连接可靠和耗能效果好。研究成果将为我国装配式组合结构设计理论与应用提供科学依据。     

T形截面多腔式钢管混凝土柱-U形截面钢混凝土组合梁竖向肋板式框架节点抗震性能研究

为解决外环板外露和内环板影响混凝土浇筑的问题，在钢管混凝土异形柱和U形截面钢混凝土组合梁框架结构中增加竖向肋板节点构造，对6个缩尺比为1∶2的T形截面多腔式钢管混凝土柱-U形截面钢混凝土组合梁节点试件进行低周往复试验，得到了试件的破坏模式、荷载-位移滞回曲线以及弯矩-转角曲线，分析了节点核心区剪切变形、延性、耗能能力和应力分布规律。试验研究表明，竖向肋板节点的破坏模式为梁端塑性铰破坏，滞回曲线较为饱满，耗能能力良好，满足欧洲EN 1993-1-8中对于无支撑框架刚性节点的要求。建立了钢管混凝土异形柱与U形截面钢混凝土组合梁节点的精细化有限元模型，该模型对节点荷载-位移曲线以及关键部位的破坏形态均能较为准确地预测，并在此基础上进行了节点承载力及节点刚度参数分析，分析结果表明提高U形钢板厚度能明显提高节点承载力。为保证竖向肋板连接节点达到刚性节点要求，建议竖向肋板翼缘外高度、翼缘内高度、肋板厚度以及肋板与梁翼缘间连接长度分别不应小于U形钢梁宽度的60%、20%、100%以及150%。     

内填部分混凝土箱形截面钢桥墩的滞回性能研究

首先,利用试验方法对内填部分混凝土箱形截面钢桥墩在承受水平反复荷载作用下的滞回性能进行研究,探讨翼缘宽厚比参数和混凝土填充率对钢桥墩滞回性能的影响。然后,采用弹塑性有限元分析方法,对试验结果进行数值模拟。研究结果表明,钢桥墩的延性随着翼缘宽厚比的减小和混凝土填充率的提高而得到显著提高。由数值模拟得到的试件的滞回曲线、钢板局部屈曲模态等,与试验结果吻合较好。     

波纹侧板钢管混凝土组合柱-钢梁框架节点的抗弯性能研究

提出一种新型波纹侧板钢管混凝土组合柱-钢梁框架节点形式——在节点核心区沿钢梁上下翼缘方向设置贯通隔板,梁翼缘设置加强板,柱四角布置方钢管并沿高度方向焊接波纹侧板形成钢骨架,骨架腔内灌注混凝土。利用ABAQUS软件建立有限元数值模型,并与常规节点的滞回性能、受力特性和破坏模式进行对比,发现设置加强板能有效提高节点的承载力,且能使塑性铰沿翼缘外移,两类节点的滞回曲线均较为饱满,耗能性能和延性较好。分析加强板厚度、混凝土强度、柱钢材强度等因素对此类节点抗弯承载力的影响,结果表明：加强板厚度、钢梁钢材强度、钢梁极限弯矩和梁柱线刚度比对节点抗弯承载力有显著影响。在参数分析的基础上建议了波纹侧板钢管混凝土组合柱-钢梁节点的抗弯承载力简化计算公式,简化计算公式所得结果与有限元结果吻合良好。     

方钢管混凝土柱-钢梁外隔板式节点静力和滞回性能分析

采用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱—钢梁节点进行了非线性静力分析和滞回分析,讨论外隔板式节点翼缘斜率对节点的应力分布规律、承载力、延性和滞回性能的影响。分析表明,外隔板式节点具有很好的刚度和延性,节点滞回环饱满,耗能能力强,当梁端翼缘斜率不小于1/4时,可获得更好的受力性能。梁柱连接处柱脚附近应力集中现象严重,因此梁柱连接的焊缝质量要有充分保证。     

方钢管混凝土柱-钢梁外隔板式节点静力和滞回性能分析

采用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱-钢梁节点进行了非线性静力分析和滞回分析,讨论外隔板式节点翼缘斜率对节点的应力分布规律、承载力、延性和滞回性能的影响.分析表明,外隔板式节点具有很好的刚度和延性,节点滞回环饱满,耗能能力强,当梁端翼缘斜率不小于1/4时,可获得更好的受力性能.梁柱连接处柱脚附近应力集中现象严重,因此梁柱连接的焊缝质量要有充分保证.     

刚性钢框架梁柱连接试验研究

为了检验刚性钢框架梁柱连接的抗震性能,对六个大尺寸的连接试件进行了循环加载试验,试验过程中在柱端施加了轴向压力。试验中,刚性连接试件在循环荷载作用下没有表现出足够的延性。试验结果表明：全焊梁柱连接的滞回性能好于栓焊连接;较弱节点板的梁柱连接能产生较大的塑性变形;翼缘对接焊缝的质量对梁柱刚性连接的滞回性能有很大影响。根据试验结果提出了设计施工建议。     

端板与顶底角钢连接节点PEC柱-钢梁框架抗震性能比较

为了对比采用端板与顶底角钢连接节点的部分包裹混凝土组合柱(partially encased composite column,即PEC柱)-钢梁框架的抗震性能,设计了四榀不同构造形式梁柱节点的平面框架,分别进行了低周往复加载,对各试件的破坏模式、滞回曲线、承载力、刚度、耗能及延性等抗震性能进行了对比。结果表明:平面框架下,部分包裹混凝土组合柱-钢梁端板及顶底角钢节点均为半刚性节点;4个框架均体现出良好的滞回性能,承载力退化稳定;端板厚度对框架及节点刚度影响明显;角钢厚度对框架承载力及耗能能力影响显著;端板节点框架的抗震性能优于顶底角钢节点。     

螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱滞回性能试验研究

为了研究螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回性能,以轴压比、配箍率、配钢形式以及截面形式为变化参数,设计10个试件（其中空腹式型钢混凝土柱对比试件1个,复合螺旋箍筋混凝土柱对比试件1个）进行低周反复加载试验。观察试件的破坏形态,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线。分析试件的极限承载力、层间位移角、延性、耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标,以及各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明：螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱主要表现为弯曲破坏和黏结破坏;相比空腹式型钢混凝土柱和复合螺旋箍筋混凝土柱,螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回曲线更为饱满,承载力、延性和耗能均有提高;随着轴压比的增大,其承载力、刚度和耗能能力提高,但延性和变形能力降低,强度衰减和刚度退化现象更为严重;随着螺旋箍筋配箍率的增大,承载力、刚度、延性、耗能能力和变形能力逐渐提高;相同总含钢量下,增大螺旋筋配箍率比增大型钢间接配钢率对其延性和耗能能力的提高更显著,对其承载力则相反;三种截面形式中,Ⅲ类截面试件表现出最优的抗震性能。     

钢框架T型钢连接节点的受力性能研究

通过拟静力试验以及有限元ALGOR程序,对钢框架T型钢连接节点进行了低周反复荷载作用下试验研究和非线性有限元分析,研究了T型钢连接节点的破坏形式、受力性能。分析结果表明:T型钢连接节点具有较好的延性,翼缘刚度的不同对延性影响较大;T型钢连接节点的滞回曲线稳定饱满,具有较为理想的抗震耗能作用;翼缘的厚度对T型钢连接强度的影响较大。