往复荷载作用下T型钢连接的方钢管柱-工字钢梁节点受力性能研究

通过低周往复荷载试验和有限元分析,对新型T型钢连接的方钢管柱-工字钢梁节点的破坏模式、滞回曲线和耗能能力等进行研究,并探究节点各基本构件的参数变化对其初始刚度、极限承载力和能量耗散系数的影响。研究结果表明:节点在往复荷载作用下具有较好的延性和耗能能力。节点的初始刚度、极限承载力和能量耗散系数,随着T型钢腹板厚度、T型钢翼缘厚度及钢梁截面高度的增大而增大,方钢管壁厚变化对节点受力性能的影响较小。     

冷弯薄壁方钢管梁柱焊接节点抗震性能分析

对8个冷弯薄壁型钢方钢管梁柱焊接节点进行低周往复加载试验及非线性有限元数值模拟分析,将循环荷载下节点的数值计算结果与试验结果进行对比分析讨论,结果表明数值模拟能够较好地反映试验结果,所采用的数值建模方法可以进行冷弯薄壁型钢梁柱节点的参数化分析。通过对两类梁柱节点不同参数下抗震性能的分析,所得结果表明:(1)对于GJD系列节点,随着加腋高度、长度、厚度三个参数的减小,节点的滞回曲线变得饱满,耗能能力增强,同时承载力没有明显的下降段,三个参数增大时,滞回曲线变化不大,但承载力提前进入下降段,延性降低;(2)加腋高度和厚度减小时,GJD系列节点的极限承载力以及初始刚度明显降低,但节点的延性增加明显;(3)对于XJD系列节点,增大钢管柱壁厚、C型钢梁厚度,以及减小C型钢梁高度、C型钢梁与方钢管相对位置时,滞回曲线变得饱满,耗能能力增强,并且承载力增大。     

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。     

全螺栓连接隔板贯通的方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验

对4个足尺试件进行低周反复荷载试验,研究全螺栓连接隔板贯通的方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的抗震性能。试验考虑了钢梁偏心、钢梁截面尺寸及隔板焊接的影响,对试件的极限承载力、破坏形式、延性及耗能能力进行测试和分析。结果表明:钢梁偏心试件的破坏形式均为隔板螺栓群中角部螺栓孔受拉开裂,无偏心试件的破坏形式均为隔板受拉断裂;焊接隔板对节点承载力没有影响,当钢梁截面高度从600mm增至700mm时,承载力提高约50%;该类节点的滞回曲线较为饱满,钢梁截面较大的试件延性较好,钢梁偏心可导致节点延性下降,其延性系数为轴心构件的85%;焊接隔板对节点的延性影响较小,但其能量耗散系数比整体隔板试件降低约16%~37%,表明焊接缺陷可影响节点的耗能能力。     

节点区外包钢管穿筋式预制装配式混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

梁柱节点的连接方式是影响装配式混凝土框架结构抗震性能的关键。为实现装配式结构现场高效施工并保证其抗震性能良好,提出一种节点区设置外包钢管和对拉钢筋的装配式梁柱节点。通过改变外包钢管厚度和补强板构造方式,设计制作4个足尺中节点梁柱组合体进行低周往复加载试验,深入探讨该类型节点的滞回性能、延性、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标。结果表明：随着外包钢管厚度增大,梁端塑性铰向远离节点核心区方向发展;梁柱组合体的破坏现象主要表现为柱边缘混凝土压碎脱落、外包钢管鼓起变形及短钢梁段翼缘屈曲变形;梁端荷载-位移滞回曲线较为饱满,在往复荷载作用下有较好的延性和耗能能力;增大外包钢管厚度能明显提高承载力和耗能能力但延性会降低,补强板的设置有益于提高延性和耗能能力但对承载力影响不大。建立了该形式节点梁端受弯承载力计算方法,计算结果与试验结果比较吻合,可为该形式节点的工程应用提供参考。     

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。     

方形钢管柱与H形钢梁全螺栓连接抗震性能试验研究

新型全螺栓单边梁柱节点连接方式能够方便地将方形钢管柱与H形钢梁进行连接,具有现场安装方便,造价经济,变形能力和抗震性能均较好的优点,是轻钢结构中较为理想的连接方式。进行了两个柱壁厚度不同的方形钢管柱分别与H形钢梁组合节点的低周反复加载试验,研究了柱壁厚度对此类节点破坏形态以及抗震性能的影响,分析了节点的受力全过程,以及荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标;同时结合现行规范,评价节点的刚性和延性。研究表明,柱壁厚度对节点承载力、刚度和耗能性能均有一定影响,新型连接方式的方形钢管柱节点属于半刚性全强度连接节点,具有良好的抗震性能和安全可靠的连接,延性较好。     

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。     

方钢管柱-H型钢梁T形件单向螺栓连接节点性能研究

研究了在循环荷载作用下,一种新型的方钢管柱-H型钢梁T形件单向螺栓连接节点的破坏模式,以及构件对节点性能的影响。建立了节点的三维非线性有限元模型,以全尺寸梁柱连接节点拟静力试验数据进行了验证。通过参数分析,探讨了柱壁厚度、梁翼缘厚度和腹板削弱程度对新型节点的滞回曲线、骨架曲线、耗能等性能指标的影响。结果表明:循环荷载作用下新型节点滞回曲线呈"梭形"且较饱满,不同参数的节点均具有良好的耗能能力。通过增加柱壁厚度,节点的极限承载力和初始转动刚度增加。但柱壁厚度超过14mm时,单向螺栓和T形件成为节点失效的控制因素;梁不是这种新型节点的薄弱部位,对梁翼缘和腹板进行合理开孔削弱,节点的滞回性能、极限承载、刚度和耗能能力均无显著降低。     

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。     

薄壁方钢管混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

以轴压力为主要参数,对两种形式共6个薄壁方钢管混凝土柱-空心方钢管梁节点进行滞回性能的试验研究。通过试验,研究试件的破坏模式、滞回特性、延性及耗能能力等重要抗震性能指标。结果表明:直接焊接节点破坏主要由梁与柱的焊接处断裂引起,螺栓贯穿式连接节点主要发生梁与端板的焊接处断裂和端板与柱的连接焊缝拉裂;轴力对直接焊接节点的抗震性能指标影响较大,而对螺栓贯穿连接节点的影响不是很明显;螺栓贯穿式连接节点的初始刚度和极限承载力都比直接焊接节点要弱,但其屈服平台相对较长,达到极限承载力后其承载能力下降也相对缓慢,延性较好,耗能能力较强;螺栓贯穿式连接节点在破坏时由焊接端板构成第二道防线,对结构抗震更为有利。     

组合深梁填充钢框架滞回性能试验

通过1个纯钢框架和2个内填组合深梁的拟静力试验,研究组合深梁对纯钢框架结构的承载能力、延性、滞回特性和耗能能力的影响。试验显示:加载初期,滞回曲线为直线,刚度保持不变;卸载时没有残余变形;屈服后,试件的滞回曲线饱满;骨架曲线有明显的塑性流动阶段,呈现三折线形;填充深梁试件破坏时的层间位移角分别为1/25和1/22;试验表明组合深梁提高了钢框架的初始刚度、屈服荷载和极限承载能力;钢框架的延性和耗能能力都得到了提高。因此,内填深梁钢框架结构抗震性能良好,可将组合深梁作为结构抗震设防的第一道防线。     

矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点抗震性能试验研究及有限元分析

以天津泰达广场CBD工程A、B区超高层项目为背景,进行了不同连接方法的6个足尺矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点试件拟静力试验,分析了试件的破坏特征、承载力、延性、耗能能力、刚度退化、强度退化等性能。结果表明：在保证焊接及安装质量的前提下不同连接方法节点均具有较高的承载力及良好的抗震性能;在梁翼缘两侧焊接加强板有利于节点承载力的提高,矩形钢管中填充混凝土有利于减小节点核心区的剪切变形,提高节点的强度及刚度。利用ANSYS 10.0软件对试件在循环荷载作用下的滞回性能进行非线性模拟计算,并将理论分析结果与试验结果进行对比。对比结果表明,非线性有限元分析得出荷载-位移曲线与试验结果吻合较好,矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点均具有良好的耗能能力。     

高温后方钢管再生混凝土轴压短柱的受力性能研究

为研究高温后方钢管再生混凝土短柱的轴心受压承载性能,以再生粗骨料取代率和温度为变化参数,设计了24个试件进行轴心受压加载试验,观察高温后方钢管再生混凝土轴压短柱的受力过程及破坏形态,获取其应力-应变曲线、极限承载力等重要数据,并分析再生骨料取代率、温度对该类新型组合构件轴压性能的影响规律;最后对高温后方钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力计算方法予以探讨。试验结果表明:随温度的升高,高温后试件的极限承载力和弹性刚度整体上均呈降低之势,延性系数和耗能均先减后增;随再生骨料取代率的增大,高温后试件的极限承载力降低,弹性刚度先增后减,延性系数和耗能均呈增长之势。     

拉筋接触方式对高轴压比钢管混凝土柱抗震性能影响试验研究

高轴压比下的钢管混凝土柱抗震性能较差,端部拉筋能够有效提高钢管混凝土柱的抗震能力,但拉筋与钢管壁焊接施工困难,不利于工程应用。为了研究拉筋笼与钢管壁间接触方式对钢管混凝土柱整体抗震性能的影响,通过对2个圆形和4个方形截面高轴压比端部带拉筋的钢管混凝土柱进行水平低周往复荷载作用下的试验研究,分析不同接触方式对其破坏形态、滞回耗能能力、骨架曲线、弹性刚度、承载力、延性系数、刚度退化和残余变形率的影响规律。结果表明：拉筋笼与钢管内壁焊接能够加强拉筋和钢管对混凝土的约束作用,从而增加构件的整体刚度。同时,塑性铰处钢管鼓曲幅值与局部屈曲长度明显降低,因此获得了更高的弹性刚度、承载力和滞回耗能能力;外径尺寸和其他设计参数相同时,常用拉筋笼约束方式下方钢管混凝土柱比圆钢管混凝土柱具有更大的抗弯刚度、承载力和塑性耗能能力,且破坏时始终表现为塑性压铰,而带拉筋圆钢管混凝土柱在破坏后往往由塑性压铰转变为拉铰。     

钢骨及聚丙烯纤维增强异形柱边节点抗震性能试验研究

通过对4个在核心区进行钢骨或聚丙烯纤维增强的异形柱边节点进行拟静力试验,在低周反复荷载作用下分析各节点的承载力、位移延性、恢复力特性,包括滞回曲线、耗能能力、刚度退化曲线,对比钢骨增强边节点、纤维增强边节点以及普通边节点各个抗震指标。研究表明:采用钢骨增强和聚丙烯纤维增强均能够改善节点核心区的裂缝开展形态,提高节点的开裂荷载、变形能力,延缓节点的后期刚度退化,尤其是在变形能力、延缓节点后期刚度退化方面,钢骨增强节点优势更加明显。     

角部连接钢框架-玻璃纤维增强无机板组合墙体抗震性能试验研究

为研究角部连接钢框架 玻璃纤维增强无机板组合墙体的抗震性能,考察人字形斜撑和玻璃纤维增强无机板对钢框架 组合墙体的影响,设计2榀足尺的双层双跨钢框架和2榀足尺的双层双跨组合墙体进行拟静力试验。观察不同形式钢框架和组合墙体在低周往复荷载下的破坏过程及破坏形态,得到了各试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、累积耗能、关键部位应变、延性系数等性能指标,对比分析人字形斜撑和玻璃纤维增强无机板对钢框架 组合墙体耗能性能、延性、承载力的影响。试验结果表明：组合墙体抗侧承载力高,刚度大,而变形能力与耗能能力较差;人字形斜撑能有效提高钢框架承载力、延性及耗能能力,但在组合墙体中人字形斜撑作用不明显,且圆钢管人字形斜撑易发生平面外失稳,建议设计时采用平面外刚度大于平面内刚度的H型钢;玻璃纤维增强无机板可以较大程度提高钢框架的抗侧承载力,由于玻璃纤维增强无机板过早开裂破坏,导致其延性降低,刚度退化速度加快,耗能能力变弱。基于已有的侧移刚度公式,对其进行参数修正并给出组合墙体侧移刚度简化计算式,理论值与试验初始抗侧刚度吻合较好,可为后续研究提供理论基础。     

型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点滞回性能试验研究

为研究型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点的滞回性能,以柱截面配钢形式、轴压比、水平加载角度及 有无楼板参与工作为变化参数,进行4个平面和7个空间L形柱-混凝土梁框架节点的拟静力试验;比较分析试件的 破坏形态、滞回曲线、承载能力、刚度退化、耗能能力、位移延性以及层间位移角等抗震性能指标。研究结果表 明：平面节点和空间节点的破坏形态分别为核心区发生剪切破坏和梁端出现塑性铰,带楼板工作的钢筋混凝土梁 柱空间节点出现板的弯曲破坏以及梁底出现塑性铰的破坏模式;配实腹式型钢试件的滞回曲线比配空腹式型钢试 件的饱满;平面节点的承载能力比空间节点的大,但耗能能力、位移延性及抗倒塌能力均不及空间节点;楼板的 存在对节点承载能力的提高和维持刚度的稳定均具有有利作用;轴压比可提高节点的承载力和初始刚度;L形柱 框架节点的层间变形能力大于规范规定的层间位移角限值。通过引入加载角度,提出了型钢混凝土L形柱-梁空间 节点受剪承载力计算模型,其能较好地反映节点核心发生剪切破坏的传力机制。     

火电厂主厂房型钢混凝土混合结构异型中节点抗震性能试验研究

火电厂主厂房型钢混凝土混合结构中存在由于错层、变梁变柱截面引起的异型中节点,选取5个代表性节点进行1∶5缩尺拟静力试验,研究该类节点的滞回性能、耗能能力、延性、刚度退化以及承载能力。研究结果表明：受强梁弱柱特性的影响,4个型钢混凝土异型中节点主要发生不利于抗震的柱端塑性铰破坏,而钢筋混凝土异型中节点由于梁柱刚度比较大主要发生核心区剪切破坏;大小梁错层高度对型钢混凝土异型中节点的承载力、延性性能与刚度特性均有一定的影响,但规律并不明显;型钢混凝土柱-钢筋混凝土梁异型中节点的耗能能力强于钢筋混凝土异型中节点,但受破坏模式的影响,其承载能力、延性与刚度等均低于钢筋混凝土异型中节点;相比采用钢筋混凝土梁的型钢混凝土异型中节点,采用型钢混凝土梁的型钢混凝土异型中节点的开裂荷载高,初始刚度较大,但承载力、延性与耗能能力并未得到明显提高。