钢筋混凝土柱-钢梁组合节点抗剪承载力分析

根据钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)组合节点的破坏模式,分析了节点的受力机理。RCS组合节点的传力机构大致分为四种:钢梁腹板框架-剪力墙机构、内部混凝土斜压机构、外部混凝土斜压机构及桁架机构,同时分析各传力机构能够承担的抗剪承载力贡献值。根据国内外研究资料,考虑节点区混凝土受力机理不同,重点介绍了RCS组合节点抗剪承载力公式的研究进展,为后续RCS组合节点抗剪承载力研究提供参考。     

矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点受剪承载力研究

在矩形钢管混凝土异形柱-钢梁节点试验研究的基础上,对节点的破坏特征及影响因素进行分析,结果表明矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的破坏模式主要是节点域发生剪切斜压破坏,其受力机理为钢桁架、混凝土主斜压杆和约束斜压杆的综合作用。在此基础上,将节点域抗剪贡献分为三部分进行研究,包括节点域钢管腹板的抗剪贡献、节点域混凝土主斜压杆的抗剪贡献和约束斜压杆的抗剪贡献。根据试验结果和力学分析,推导了节点区柱腹板剪力计算式;由虚功原理得出节点区混凝土约束斜压杆的承载力计算式;通过对试验数据的回归分析,得到核心区混凝土主斜压杆的承载力计算式;最后提出了矩形钢管混凝土异形柱 钢梁框架节点屈服剪力和极限剪力的计算式,该计算式不仅考虑了柱轴力对节点区实际受力状态的影响,而且考虑了钢管对混凝土的约束作用。对比结果表明,采用计算式得到的结果与试验结果吻合较好。     

RCS组合结构节点受力机理及承载力分析

近年来钢梁-钢筋混凝土柱框架结构(RCS)在美日等国获得广泛研究和应用,为了解这种新型结构节点的受力机理,建立了节点受力模型,详细分析了RCS组合结构节点抵抗剪力的三种传力机构的受力机理与传力方式。指出节点承载力主要是由钢梁腹板及混凝土斜压杆所提供,根据节点受力模型建立承载力公式是可行的,最后根据国外的研究资料,分析比较了业已提出的RCS节点抗剪计算公式。     

钢梁贯通型RCS组合节点构造措施及抗剪强度探讨

基于国内外有关RCS组合节点的研究,分析了RCS组合节点的破坏模式及相应的构造措施。根据RCS组合节点的受力特点,探讨了RCS组合节点核心区各抗剪机构的作用机理。通过对RCS组合节点试件抗剪承载力的计算分析,比较了现有国内外RCS组合节点抗剪强度计算公式,指出公式存在的问题,研究结果表明,以强度为基础的公式对于中节点的抗剪强度计算偏于保守,以变形为基础的公式计算结果离散性较小。综合目前RCS组合结构的研究现状,提出了RCS组合节点的研究建议,以期为RCS组合框架结构的进一步研究提供参考。     

钢梁-钢筋混凝土柱梁柱边节点抗剪性能分析

本文采用ANSYS有限元软件分析了8个不同节点构造的"梁贯通式"钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)边节点的抗剪性能,详细分析了RCS节点柱上端相对侧移及其组成、侧向荷载-剪应变、节点区各组成元件的抗剪承载力、节点剪力-变形曲线、钢腹板应力的发展过程、试件破坏时的应力应变分布等。结果表明,RCS节点变形是三维空间变形,内、外混凝土之间存在相对转动;RCS节点总变形由剪切变形和承压变形组成,即使发生节点剪切破坏,承压变形也占有较大比例;RCS节点抗剪由三部分组成:钢腹板、内混凝土和外混凝土,如设有钢柱面板,还应包括钢柱面板的抗剪承载力;在节点区总变形小于2%时,节点的抗剪承载力随节点总变形的增大而增大,在节点区总变形大于2%时,节点的抗剪承载力随节点总变形的增大而基本保持不变;试件破坏时,钢腹板大部分已屈服,屈服区为柱截面高度的80%,内、外混凝土有明显的斜压带存在。这些信息对进一步研究RCS节点抗剪机理和抗剪模型具有重要意义。     

基于有限元的新型RCS组合节点抗剪性能分析

新型RCS组合节点由RC柱、钢梁与型钢节点3部分组成,其中型钢节点包括外围的钢桶端板、条带钢板及内部的开孔腹板、弧形强化肋。用仿真模拟的方法分析不同RC柱轴压比及材料强度下组合节点的抗剪性能。受P-Δ效应影响,新型RCS组合节点在RC柱轴压比增大后抗剪承载力显著降低,实践应用时建议将轴压比控制于0.3之内。组合节点的形变主要发生在梁端“塑性铰”区域,强化肋对钢梁端部加强效果显著,梁端应力及变形减小,“塑性铰”区域外移。较小位移下,新型RCS组合节点的抗剪强度及形变主要由型钢节点的钢材强度决定;较大位移下,提高钢梁材料强度可增强组合节点的抗剪能力。混凝土强度对于组合节点抗剪能力影响较小。     

RCS组合节点的构造措施与破坏模式分析

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)组合节点受力复杂,不同的节点构造措施对其破坏模式和承载力影响显著。根据试验和数值模拟结果,分析了8种RCS节点构造措施的传力机理及其对节点承载力的贡献,并提出设计建议。分析了已有节点破坏模式的特征、受力机理、影响因素等;并根据国内外试验,提出了两种新的破坏模式:部分剪切破坏和节点-梁混合破坏。通过分析其破坏特征、发生条件、受力机理等,给出了承载力计算建议。研究成果为进一步建立RCS组合节点的受剪承载力公式提供依据。     

外隔板连接钢管混凝土柱-H型钢梁节点抗剪性能研究

通过对4个十字形外隔板连接钢管混凝土柱-H型钢梁节点试件进行低周反复荷载试验研究了该类型节点的抗剪性能,节点试件的核心区钢管厚度进行了一定程度的削弱。试验中研究的参数包括核心区钢管厚度、外隔板宽度和轴压比大小。4个试件的变形发生于核心区钢管翼缘和外隔板的弯曲、核心混凝土的压碎、钢管腹板的剪切变形甚至屈曲开裂,钢管腹板屈曲开裂是主要的剪切破坏形式。试验和有限元参数化分析均表明抗剪承载力与节点核心区钢管厚度正相关,外隔板宽度和轴压比对抗剪承载力的影响不大。对现有的3种针对于钢管混凝土柱-H型钢梁连接节点的抗剪承载力计算方法进行了对比评价,并结合混凝土核心区的剖切试验观测结果,提出了外隔板连接节点的抗剪承载力计算公式。新计算方法考虑了钢管翼缘和外隔板对抗剪承载力的贡献,其结果与试验值吻合良好,该方法的适用性得以验证,可用于外隔板连接节点的设计应用。     

翼缘板切除型钢筋混凝土柱-钢梁组合节点破坏模式和构造措施改进

针对所提出的钢梁腹板贯通、翼缘板部分切除的钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)组合节点,在试验时发生局压破坏的现象,通过有限元建模和分析,探讨了翼缘板切除程度对节点破坏机制和破坏模式的影响,给出了翼缘伸入节点区长度的建议值来保证钢梁对混凝土的约束作用。为充分发挥节点区混凝土的抗剪作用,使其形成斜压杆机构来保障节点的高效传力,进一步探讨了柱端箍筋加密、设置延伸面承板等构造措施对节点破坏模式、破坏机制和承载力的影响。结果表明:柱端箍筋加密对节点的变形性能和延性影响较大;设置延伸面承板不仅可以提升节点区混凝土的抗剪作用,还可以改善节点的破坏模式,提高节点的承载力。最后,给出了该类型节点的设计构造建议:钢梁翼缘伸入节点区的长度不应小于柱截面高度的30%;节点应采取设置延伸面承板、柱端箍筋加密等构造措施。     

Failure modes and structure improvement of RCS composite joints with tapered-flange-type details

针对所提出的钢梁腹板贯通、翼缘板部分切除的钢筋混凝土柱-钢梁（RCS）组合节点,在试验时发生局压破坏的现象,通过有限元建模和分析,探讨了翼缘板切除程度对节点破坏机制和破坏模式的影响,给出了翼缘伸入节点区长度的建议值来保证钢梁对混凝土的约束作用。为充分发挥节点区混凝土的抗剪作用,使其形成斜压杆机构来保障节点的高效传力,进一步探讨了柱端箍筋加密、设置延伸面承板等构造措施对节点破坏模式、破坏机制和承载力的影响。结果表明：柱端箍筋加密对节点的变形性能和延性影响较大;设置延伸面承板不仅可以提升节点区混凝土的抗剪作用,还可以改善节点的破坏模式,提高节点的承载力。最后,给出了该类型节点的设计构造建议:钢梁翼缘伸入节点区的长度不应小于柱截面高度的30%;节点应采取设置延伸面承板、柱端箍筋加密等构造措施。     

密实截面组合梁的竖向抗剪强度Ⅱ:受负弯矩作用的组合梁

在负弯矩区段,虽存在严重的混凝土开裂,但组合梁的竖向抗剪承载力仍远大于钢梁腹板抗剪名义值.采用通用有限元程序ABAQUS 6.5,对密实截面组合梁负弯矩区的弯剪强度问题进行研究.分析结果表明,提出的有限元分析方法可以准确预测组合梁的弯剪强度,同时对组合梁的变形刚度也可以较准确地模拟.在此基础上,利用有限元方法,对剪力连接程度、混凝土强度、力比、混凝土翼板截面尺寸、剪跨长度等参数进行计算分析,回归得到组合梁负弯矩区截面考虑力比影响的竖向抗剪强度公式.研究发现,在负弯矩区段,组合梁竖向抗剪强度的提高,只来源于混凝土翼板的抗剪作用,组合作用的贡献可以忽略;采用建议的抗剪强度公式可以不考虑组合梁负弯矩区截面弯矩与剪力的相互影响.     

钢-混凝土组合梁截面组合抗剪性能的试验研究

对4根密实截面钢-混凝土组合梁的组合抗剪性能进行了试验研究。试件全部采用简支,跨中两点对称单调静力加载,考虑抗剪连接程度及正负弯矩的影响。试验结果表明,组合梁负弯矩区的界面滑移规律与正弯矩区的不同,其大小对组合梁的抗剪承载能力影响较小。不论混凝土翼板是处于组合梁截面的受压区还是受拉区,其对组合梁截面的抗剪承载能力均有明显的贡献,目前规范仅计算钢梁腹板的抗剪作用偏于保守。按叠加法建立了计算组合梁抗剪承载能力的计算式,计算值与实测值吻合良好。     

型钢混凝土异形柱框架节点承载力试验研究

为研究型钢混凝土异形柱框架节点的破坏形态和承载力,采用柱端加载的方式对9个中间层边节点、4个角节点和4个中节点进行低周反复荷载试验。观察各类型节点的受力过程和破坏形态,分析节点区水平箍筋、水平腹杆和型钢腹板的应变分布规律以及节点的受力机理。结果表明,型钢混凝土异形柱框架节点典型的破坏形态为节点区剪切斜压破坏,其受力机理为斜压杆、刚框架-钢板剪力墙和约束机理的综合作用。通过对试验数据的回归分析,得到节点在弯剪作用下的受剪承载力以及在剪扭作用下受剪及受扭承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。最后给出节点的设计建议。     

圆钢管混凝土柱框架节点抗剪承载力计算方法

圆钢管混凝土(CFCT)柱承载力高、延性好,可与不同类型的混凝土梁、钢梁或钢-混凝土组合梁可靠连接,形成满足不同功能需求的CFCT柱框架结构。CFCT柱框架节点抗剪承载力主要由节点核心区混凝土、钢管和加劲构造等抗剪元件承担,并受柱轴压力影响。总结提出了CFCT柱框架节点的抗剪机理以及各抗剪元件的抗剪贡献计算方法。基于课题组前期完成的CFCT柱框架节点抗剪试验结果,确定了柱轴压力对节点承载力的定量影响,并提出了CFCT柱框架节点抗剪承载力计算方法。该方法计算结果与国内外相关试验结果吻合良好。     

平端板连接半刚性梁柱组合节点的抗弯承载力Ⅰ:负弯矩作用

基于现有试验数据以及组合节点抗弯承载力的研究成果,利用塑性分析方法和组件法,提出一种平端板连接组合节点承受负弯矩作用时,其塑性抗弯承载力的计算方法。探讨组合节点的实效模式,给出其各组件承载力的计算方法,组件包括钢筋、螺栓、柱腹板、梁翼缘、混凝土楼板等。考虑中和轴出现的6种位置:混凝土楼板内;钢梁上翼缘内;钢梁腹板内,所有螺栓受压;前m-1排螺栓受拉,第m排部分受拉,其余受压;1～m排完全受拉;只有钢梁下翼缘受压。该方法可以考虑节点承受非对称荷载作用的情况以及作用在连接上的剪力、高强度螺栓撬力等因素的影响。如果将组合连接的配筋率取为零,不考虑组合楼板的影响,使用该方法同样可以计算平端板连接梁柱纯钢节点在承受负弯矩作用时的抗弯承载力。     

新型装配式节点抗震性能与施工关键技术研究

混凝土柱-钢梁(RCS)组合结构具有受力合理、节约材料、缩短工期及质量易于保证等优点。相比平腹板钢梁,波形腹板钢梁具有更好的经济性及更高的承载力。基于此,提出一种新型的约束混凝土柱-钢梁装配式节点,并对该节点进行低周反复试验,对其设计与施工进行详细探讨。结果表明,试件均表现出良好的耗能能力,且在实际工程中能较简单地完成施工。     

预制混凝土管组合柱-钢梁连接节点抗震性能试验研究

为研究预制混凝土管组合柱-钢梁连接节点的抗震性能,以轴压比、钢套箍延伸高度、芯部混凝土强度以及钢套箍厚度为主要参数,进行了6个1/2缩尺节点的拟静力试验。研究了各节点的破坏形态、滞回特性、承载能力、耗能能力以及节点域受剪性能。试验结果表明：各节点主要破坏模式均为节点域剪切破坏;滞回曲线呈典型弓形,耗能能力较好;芯部混凝土强度和钢套箍厚度是影响节点抗震性能的关键参数,对承载能力和耗能性能影响较大;破坏时节点域极限剪切变形介于0.0482 ~0.100 rad之间;节点域受剪承载力降低系数介于0.86~1.00之间,承载力退化性能稳定。建立了预制混凝土管组合柱-钢梁连接节点受剪承载力计算式,计算值与试验值吻合较好且偏于安全。     

平端板连接半刚性梁柱组合节点的抗弯承载力Ⅱ:正弯矩作用

基于现有试验数据以及组合节点抗弯承载力的研究成果,利用塑性分析方法和组件法,提出一种平端板连接组合节点承受正弯矩作用时,其塑性抗弯承载力的计算方法。探讨组合节点的实效模式,给出其各组件承载力的计算方法,组件包括螺栓、柱腹板、梁翼缘、混凝土楼板等。考虑中和轴出现的5种位置:混凝土楼板内;钢梁上翼缘内;钢梁腹板内,所有螺栓受拉;前m-1排螺栓受拉,第m排部分受拉,其余受压;1～m排完全受拉。该方法可以考虑节点承受非对称荷载作用的情况以及作用在连接上的剪力、高强度螺栓撬力等因素的影响。如果不考虑组合楼板的影响,使用该方法同样可以计算平端板连接梁柱纯钢节点在承受正弯矩作用时的抗弯承载力。     

楼板对钢筋混凝土柱-钢梁空间组合体抗震性能影响研究

楼板在地震作用下对钢筋混凝土柱-钢梁组合体抗震性能的影响是建立地震作用下节点计算模型的基础,也是准确评价组合结构体系抗震性能的关键问题之一。为此,完成了3个钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)空间组合体试件在考虑不同楼板宽度情况下的抗震性能试验,分析整个受力过程中楼板受力性态对组合构件受力特征、破坏模式等抗震性能的影响。各试验模型在加载过程中均产生梁铰破坏,并表现出较好的延性和耗能能力,最终因节点区钢梁屈曲、扁钢箍开裂和柱端混凝土压碎而丧失承载力。分析表明,楼板裂缝以横向裂缝为主,随着楼板宽度增加,次生斜裂缝增多,板底混凝土压碎区域增大;混凝土楼板与钢梁组合体对节点核心区的约束作用较明显地改善了空间组合体受力性能。对楼板混凝土和板内纵筋在受力过程中的应变进行分析,结果表明,随着楼板宽度的增加,楼板对RCS空间组合体刚度、承载力的贡献值有限。对现浇板受拉有效翼缘宽度进行分析,结果表明考虑钢-混凝土组合梁翼缘有效宽度对梁端受弯承载力、惯性矩影响较大。     

波纹腹板H型钢梁柱刚接节点静力性能

波纹腹板H型钢能以较薄的钢板获得较高的抗剪屈曲能力,从而可以大量节约钢材。但传统的H型钢梁柱刚接节点的构造形式不适用于波纹腹板H型钢梁,为此提出了2种构造形式的波纹腹板H型钢梁柱刚接节点的构造形式。通过静力试验考察这2种节点的承载力以及各截面的内力分布,并对比了试验结果与有限元分析结果及实用设计公式的计算结果,验证了有限元分析的合理性以及实用设计公式的可靠性。使用有限元分析软件ABAQUS对节点进行了参数分析,研究了端板厚度、连接板厚度与波纹断点对节点承载力的影响。