复式钢管混凝土外加强环板节点抗震性能试验研究

外加强环板节点构造简单、传力路径明确,是目前比较成熟且被广泛应用的钢管混凝土结构节点,针对复式钢管混凝土柱设计了其与H型钢梁连接的外加强环板节点,对9个复式钢管混凝土外环板节点试件和1个单钢管混凝土对比节点试件进行了低周往复荷载试验,以轴压比、外环板宽度、梁柱线刚度比以及锚固腹板是否加肋作为主要变化参数,研究了新型节点破坏形态、破坏机制、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力及强度刚度退化等性能。试验研究结果表明:梁柱线刚度比小的节点试件易形成梁端弯曲破坏形态,而梁柱线刚度比大易形成柱端压弯破坏形态;复式钢管混凝土外环板强度和刚度退化均匀、持续、稳定,表现出了良好的耗能能力和变形能力,抗震性能较好;轴压比增大可提高节点试件初始刚度;环板宽度增加可提高节点的延性;锚固腹板加肋可提高节点的承载力。     

圆钢管混凝土悬臂长柱压弯构件抗震性能研究

对2个圆钢管混凝土悬臂长柱压弯试件和1个钢管柱对比试件进行了低周反复加载试验,研究了轴压力和钢管内填混凝土对试件抗震性能的影响,得到了试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线等抗震性能指标,分析了试件的破坏形态、刚度退化以及耗能能力。结果表明:各试件的破坏形态为底部管壁鼓曲,底部一定范围内混凝土出现裂缝;与钢管柱压弯试件相比,钢管混凝土柱压弯试件的屈服承载力和刚度均增大,具有更好的抗震性能;随着轴压力的增大,钢管混凝土柱压弯试件的屈服荷载和刚度均有所减小,抗震性能降低。基于试验数据,采用有限元软件ABAQUS进行分析,分析结果与试验结果吻合较好。在此基础上,利用该数值方法对圆钢管混凝土悬臂长柱进行参数分析,分析结果表明,轴压比和含钢率对圆钢管混凝土柱压弯试件的屈服荷载、水平荷载、耗能能力以及刚度退化均有明显的影响,而混凝土强度等级和钢材强度对其影响较小。     

圆钢管再生混凝土柱-H型钢梁外加强环式边节点抗震性能试验研究

以轴压比、梁柱线刚度比、核心区高强螺栓等因素为变化参数,研究了圆钢管再生混凝土柱-H型钢梁外加强环式边节点试件的抗震性能,共设计7个缩尺节点试件进行了拟静力试验。通过试验,观察了试件的受力过程及破坏形态,分析了试件的荷载-位移滞回关系曲线、骨架曲线、刚度和承载力退化、延性以及耗能能力等特性。结果表明:试件的破坏形态基本相同,圆钢管再生混凝土柱基本无变化,破坏前梁下翼缘靠近栓焊连接处出现屈曲,随后焊缝出现裂纹并被拉断;试件滞回曲线饱满,体现出良好的承载力、延性及耗能能力;随着轴压比的增大试件承载力稍有降低,降低幅度分别为1.9%和4.9%;增大梁柱线刚度比对节点刚度和承载力提升明显,承载力提升幅度在45%左右,但延性和耗能有所下降;楼板组合作用使节点刚度、承载力和耗能得到提高;节点核心区设置高强螺栓对抗震性能总体提升不大。     

高温喷水冷却后方钢管与圆钢管再生混凝土短柱轴压性能对比分析

为研究高温喷水冷却后方钢管与圆钢管再生混凝土短柱轴压性能差异,以方和圆两种截面形式、历经最高温度、再生粗骨料取代率和冷却方式为变化参数,对各27根方钢管和圆钢管再生混凝土短柱进行高温冷却后轴压加载试验,观察了试件的破坏过程,对比分析了方钢管与圆钢管试件的承载力、初始轴压刚度、延性及耗能的差异。结果表明:方钢管试件的初始轴压刚度和耗能能力受冷却方式的影响显著,圆钢管试件的承载力和延性受冷却方式的影响显著;随着温度T的不断升高,方钢管试件承载力退化、延性变化及耗能能力变化较圆钢管试件相比更为显著;对于初始轴压刚度,当温度较低时,方钢管试件退化更大,当温度较高时,圆钢管试件退化更大;取代率对方钢管试件的承载力和圆钢管试件的初始轴压刚度影响较大,且随着取代率r的增大,方钢管试件的延性系数和耗能系数增大,而圆钢管试件的延性系数和耗能系数减小。     

钢管混凝土柱-预应力混凝土梁节点抗震性能试验

通过对3个试件的低周反复荷载试验,研究了不同预应力对钢管混凝土柱-预应力混凝土梁节点的破坏形态、滞回曲线、刚度退化、耗能能力等的影响。结果表明:预应力对试件的破坏类型几乎没有影响,破坏均为梁端受弯破坏;梁下部为受拉区时,预应力的施加使刚度退化加快,耗能性能降低;梁上部为受拉区时,预应力试件极限承载力较非预应力试件更高,刚度退化和延性、耗能性能略比非预应力试件好。     

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架节点抗震性能试验研究

为研究预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架节点的抗震性能和破坏机理,开展了3个施加预应力及1个未施加预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱组合框架节点在柱顶水平荷载下的低周往复加载试验,考察了组合框架节点在不同预应力水平和轴压比下的破坏过程及破坏形态,研究了节点的承载力、刚度、延性、耗能能力及变形性能,分析了节点核心区箍筋和钢管、梁端纵筋和型钢翼缘、以及柱端纵筋和钢管的应变变化规律。研究结果表明:预应力节点试件均发生梁端先受弯破坏、核心区后剪切破坏的混合破坏模式,而非预应力节点试件仅发生了梁端弯曲破坏;组合框架节点水平荷载-位移滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力和延性;预应力水平的增加能延缓梁受拉区裂缝的产生,并提高了节点试件的水平承载力;轴压比对节点试件水平承载力的影响有限,但会在一定程度上降低节点试件的延性和耗能能力;预应力水平和轴压比的增加均降低了节点核心区的剪切变形。研究结果可为此类新型结构在地震区的推广应用提供技术支撑。     

装配式圆钢管混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究装配式圆钢管混凝土组合剪力墙的抗震性能,设计了3个足尺剪力墙试件,包括现浇圆钢筋混凝土剪力墙、现浇钢管混凝土组合剪力墙和装配式圆钢管混凝土组合剪力墙,通过低周往复加载试验,分析了剪力墙的破坏形态、滞回性能、耗能能力、延性和刚度退化。结果表明：钢管套筒灌浆连接方式可有效传递装配式钢管混凝土组合剪力墙两侧钢管混凝土暗柱竖向荷载,连接安全可靠;装配式钢管混凝土组合剪力墙和现浇钢管混凝土组合剪力墙弹塑性层间位移角均可达到2.5%,相比于普通钢筋混凝土剪力墙提高了25%;设置钢管混凝土暗柱剪力墙残余承载力约为现浇钢筋混凝土剪力墙的2倍;相比于普通钢筋混凝土剪力墙,现浇钢管混凝土剪力墙和装配式钢管混凝土剪力墙的变形能力分别提高了28.4%和25.3%;耗能能力分别提高了25.5%和43.6%。装配式钢管混凝土组合剪力墙结构两侧钢管混凝土暗柱的连接可采用弹簧单元进行模拟,弹簧竖向刚度建议取值为1 350 kN/mm。     

十字形截面钢-混凝土组合异形柱的抗震性能

为研究十字形截面钢-混凝土组合异形柱的抗震性能,对5个不同轴压比、配钢形式的试件进行低周反复加载试验。研究了滞回曲线、骨架曲线、延性性能、刚度退化、耗能性能等抗震性能,对比分析了轴压比和配钢形式对抗震性能的影响。结果表明,轴压比较大的试件具有更高的承载能力,但延性降低、刚度退化速率加快;与普通钢筋混凝土异形柱相比,在异形柱内配置型钢可改善滞回性能、增强刚度、延性性能、承载能力和耗能性能,减轻破坏程度,从而提高抗震性能。配钢形式为T形钢加方钢管的试件除刚度退化外,其他性能均优于实腹型配钢试件。     

新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点拟静力试验研究

以轴压比为主要变化参数,对两种类型共4个1∶1足尺模型的新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点进行了拟静力试验。试验观察了试件的受力过程和破坏形态,得到了梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并对比分析了试件的刚度退化、延性和耗能能力。结果表明:两种节点破坏均属于延性破坏,破坏时C型钢梁发生平面外屈曲,形成塑性铰,钢梁下翼缘、腹板与柱焊接处拉裂,钢管混凝土柱-空钢管梁节点还在空心钢管梁上出现塑性铰;随着轴压比的增大,空钢管柱-空钢管梁节点初始刚度变化不大,而钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度有所减小,两种节点的延性均明显降低,极限承载力也有所下降,其中钢管混凝土柱-空钢管梁节点下降幅度更大。至于钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度则明显大于空钢管柱-空钢管梁节点,且滞回曲线较饱满,在极限承载力、延性和耗能指标等方面均优于空钢管柱-空钢管梁节点。     

十字形钢管混凝土柱框架中节点抗震性能试验研究

以十字形截面钢管混凝土异形柱-钢梁框架中柱节点为研究对象,按1∶2比例设计了4个弱节点和强节点模型,通过施加恒定轴压比的竖向荷载和低周反复水平荷载,对节点模型进行了加载破坏试验。试验结果表明:弱节点试件破坏形态为节点核心区剪切破坏,随轴压比增大,试件受剪承载力提高,但其延性性能降低;强节点试件破坏形态为梁端受弯破坏,破坏前经历了较大的塑性变形,延性系数达到了5.65。由此可见,合理地设计钢管混凝土异形柱-钢梁框架中节点,可保证其延性破坏,实现"强柱弱梁,节点更强"的设计原则,满足抗震性能要求。     

复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点抗震性能试验研究

借鉴方钢管混凝土柱-钢梁外肋环板节点形式,将非梁柱连接面的柱两侧外肋环板改为竖贴于柱侧的竖向肋板并伸出与梁翼缘焊接,同时设置锚固腹板,形成复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点。通过7个梁柱组合体试件的低周反复荷载试验,分析各试件的破坏过程及特征,并对试件的滞回性能、承载力、延性、耗能能力和承载力及刚度退化等抗震性能进行研究。研究结果表明：节点的破坏形态基本相同,梁端先屈曲,形成塑性铰;锚固腹板可有效提高节点的承载力和变形能力;竖向肋板外伸长度可提高试件的初始刚度,使梁端塑性铰外移,有效保护节点核心区;试件的滞回曲线呈明显的梭形,具有良好的承载力、延性及耗能能力;试件在整个加载过程中刚度退化现象明显,承载力退化很小,可应用于抗震设防地区。     

方钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁连接的内隔板式节点的抗震性能试验研究

为研究方钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁连接的内隔板式节点的抗震性能,本文对3个节点试件进行了低周反复荷载试验,在此基础上对节点的受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、变形恢复能力、延性、刚度退化和耗能能力等抗震性能进行了较为深入的研究与分析。试验结果表明:内隔板式节点能够有效地传递梁端弯矩及剪力,其滞回曲线呈明显的梭形,单周耗能能力较强;节点在梁端塑性铰破坏模式下具有较好的承载力、耗能性能及滞回特征,而在剪切破坏及局部焊接破坏模式下则延性较低,抗震性能相对较差;节点在整个加载过程中刚度退化明显,持续均匀,同时表现出一定的变形恢复能力;楼板组合作用对于节点的抗震性能具有一定程度的影响。     

新型钢管混凝土梁柱节点力学性能试验研究

为研究内加强环式圆钢管混凝土柱与矩形钢管混凝土梁这种新型连接节点的力学性能,设计了缩尺钢管混凝土梁柱节点试件,开展了相同梁柱节点试件的静力加载试验和低周往复加载试验。通过研究该节点试件的破坏模式、荷载-位移曲线以及拟静力加载试验的骨架曲线、核心区剪切变形等,分析了节点试件的承载能力、延性和耗能能力,全面考察了同一梁柱节点在静力加载和低周往复加载两种工况下的受力性能和破坏模式。结果表明：钢管混凝土梁柱节点试件核心区强度较强,破坏模式主要为梁端破坏,低周往复加载试验时试件梁柱连接处附近的梁端钢板发生拉裂破坏和钢板鼓曲,静力加载试验时试件梁端焊缝发生拉裂破坏;试件延性较好,加载过程中经历了弹性、弹塑性和塑性发展阶段。最后提出了该类钢管混凝土梁柱节点核心区的抗剪强度计算公式。     

薄壁方钢管混凝土柱-空心钢管梁加腋节点抗震性能试验研究

以轴压比为主要考察参数,对4个1∶1足尺模型的薄壁方钢管混凝土柱-空心钢管梁加腋节点进行低周反复荷载试验。通过试验观察其受力过程和破坏形态,得到梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并分析节点的刚度退化、延性和耗能能力。结果表明:加腋板增强了节点域刚度,避免了焊接区域板件的脆性断裂,节点破坏由梁的局部屈曲引起,塑性铰形成于梁上并远离节点区域,柱和节点域基本完好,较好地满足了"强柱弱梁,节点更强"的抗震设计要求;试件的滞回曲线较饱满,延性系数为2.00~2.70;随着位移幅值的增加,试件的耗能能力不断提高,耗能性能良好;试件的极限承载力、延性及耗能能力等随轴压比增大无明显变化。     

装配式混凝土梁柱节点抗震性能试验研究及参数分析

为研究装配式混凝土梁柱节点的抗震性能,对1个整浇节点和2个装配式节点进行了低周往复加载试验,分析了两类节点的破坏形态、滞回性能、刚度退化、延性和耗能能力等,研究了轴压比对节点抗震性能的影响。利用ABAQUS软件建立节点的有限元模型,扩充影响参数范围,进一步分析梁纵筋配筋率、后浇区混凝土强度及连接钢板的屈服承载力对节点抗震性能的影响。结果表明：与整浇节点相比,装配式节点具有较高的承载力、刚度和耗能能力,且变形性能相当;轴压比增大时,装配式节点的承载力、刚度及耗能能力显著提高,但延性降低;提高纵筋配筋率和后浇区混凝土强度等级均可改善装配式节点的抗震性能;改变连接钢板的屈服承载力可实现梁端塑性铰向柱外侧转移,当连接钢板与梁纵筋的屈服承载力接近时,钢板可辅助节点进行耗能。     

T形钢管混凝土柱-工字钢梁框架顶层边节点抗震性能试验研究

选择T形截面钢管混凝土异形柱-工字钢梁框架顶层边节点为研究对象,按1∶2的缩尺比例设计并制作3个“弱节点”模型和1个“强节点”模型,通过施加恒定轴压比的竖向荷载和低周往复水平荷载,对节点模型进行加载破坏试验,观察节点模型的受力过程和破坏形态,得到水平荷载-柱端位移滞回曲线和骨架曲线,分析节点荷载特征值、延性、耗能以及刚度退化等。试验结果和分析表明：弱节点试件破坏形态主要为节点核心区在剪压复合应力作用下的剪切破坏,随轴压比增大,试件受剪承载力提高,但其延性和耗能能力有所下降;强节点试件破坏形态为钢梁的局部屈曲破坏,节点区基本完好,滞回曲线饱满,延性系数为3.89;合理地设计钢管混凝土异形柱-钢梁框架边节点,可满足抗震延性要求,实现“强柱弱梁,节点更强”的抗震设计目标。     

两层钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓端板连接框架拟动力试验研究

为揭示半刚性钢管混凝土组合框架在地震作用下的动力特性和破坏形式,对2榀两层单跨钢管混凝土柱与 组合梁单边螺栓端板连接组合框架进行拟动力试验研究。该试件的梁柱连接节点形式为平齐端板或外伸端板连接 ,组合楼板采用钢筋桁架楼承板,试验影响参数为柱截面类型和端板类型。研究了El-Centro地震波作用下结构 的加速度反应和位移响应,分析了滞回性能、刚度、延性和耗能能力等,评价了梁柱半刚性连接和楼板组合效应 对组合框架结构整体性能的影响。试验表明：半刚性钢管混凝土组合框架具有良好的抗震性能和耗能特性。在柱 截面宽度和含钢率相同条件下,采用单边高强螺栓端板连接方式,圆钢管混凝土组合框架的最大位移响应和累积 耗能比方钢管混凝土组合框架大;方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始刚度优于圆钢管混凝土组合框架。 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。     

方钢管混凝土柱内隔板贯通式节点核心区抗震性能的试验研究

方钢管混凝土柱在建筑结构中已经得到越来越广泛的应用。为研究方钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁(钢梁)连接的内隔板贯通式节点的抗震性能,对10个节点试件进行低周反复荷载试验。在此基础上,对其核心区受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、强度退化和耗能能力等抗震性能进行较为深入的研究与分析。研究结果表明:节点试件的滞回曲线呈明显的梭形,且非常丰满,耗能能力强;内隔板贯通式节点具有较好的延性和承载力,即使在发生节点破坏的时候,也为延性破坏;节点在整个加载过程中刚度退化明显,强度退化很小,可以在抗震设防地区推广使用。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱研究

为了研究圆钢管再生混凝土柱的轴压性能,设计了6根轴压短柱试件,对其进行了轴压试验研究并用有限元软件ABAQUS对其进行了数值模拟。试件的主要变化参数为骨料类型(天然骨料、重钛矿渣再生粗骨料取代率50%、普通再生粗骨料取代率50%)和圆钢管尺寸。结果表明:圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱具有相似的名义应力-应变关系、刚度退化规律、损伤积累规律、耗能能力、横向变形系数变化规律、荷载-位移关系、荷载-应变关系,再生骨料的类型对圆钢管再生混凝土柱上述性质影响不大。对于约束效应系数ξ较大的试件,由于钢材对核心混凝土或核心再生混凝土的约束作用较强,所以其峰值应力及其对应的应变较大,延性较好,初始刚度较小,耗能能力较强。当试件的荷载超过其极限荷载的80%之后,圆钢管与核心再生混凝土之间产生了明显的相互作用,再生混凝土在圆钢管的约束下处于三轴受压状态,大大提高了再生混凝土的峰值应力及其对应的应变,较好地改善了再生混凝土强度低,延性差等缺点。有限元计算可以较好地模拟圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱的荷载-变形全过程,计算结果与实测结果吻合较好。将承载力计算式运用于圆钢管混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱时,比有限元法的计算结果偏于安全。圆钢管再生混凝土柱的轴压承载能力略低于普通圆钢管混凝土柱。     

装配式混凝土框架结构梁-板-柱节点抗震性能试验研究

为研究装配式混凝土框架结构的抗震性能,对4个采用大直径灌浆套筒的足尺装配式混凝土框架结构梁-板-柱节点试件进行低周反复加载试验,对装配式混凝土框架结构中节点、边节点及其现浇对比节点的破坏形态、滞回曲线、位移延性、刚度退化、耗能能力等进行了研究。结果表明,此类装配式混凝土框架结构中节点、边节点与其现浇对比节点均为梁端塑性铰破坏,抗震性能较好。