装配式双梁多柱节点框架试验和数值模拟

为研究水平静力荷载下不同角件节点传力特点,以某拟建新型装配式组合轻体板结构住宅工程为研究背景,取其两层一跨平面结构体系为试验原型,设计了包括L型、T型、十字型和灌浆L型4种节点的足尺框架模型的水平静力加载试验,对不同节点形式钢框架的工作性能与破坏特征进行研究,并与ABAQUS数值模拟进行对比验证.根据试验和数值模拟结果,得出了不同节点框架的初始刚度和极限荷载,以及不同截面位置上的应变值.结果表明:新型轻体板结构角件节点连接性能良好,钢框架发生梁铰破坏,节点部位完好,满足“强柱弱梁”与“强节点弱构件”的设计要求；T型节点双柱协同性能较好,L型、十字型节点的柱子易发生变形；节点小斜撑提高了钢框架初始刚度的38%,节点灌浆提高了钢框架初始刚度的14%,双梁完全独立工作,多柱不完全独立工作,通过应变分析与理论推导提出了双梁多柱的等效抗弯刚度计算方法,数值模拟与试验吻合较好,验证了结论的正确性.     

装配式三层K形偏心支撑钢框架抗震性能研究

为研究装配式三层K形偏心支撑钢框架在低周循环荷载作用下的滞回性能和耗能特性,对三层K形装配式偏心支撑平面钢框架进行拟静力试验,并对3个不同耗能梁长度模型进行有限元非线性分析,主要研究破坏形式、滞回性能、刚度退化率、极限承载能力、延性系数和耗能能力等.结果表明,滞回曲线呈现出一定的"捏缩"现象,随着耗能梁长度增加,框架极...     

蜂窝式梁-柱钢框架结构抗震性能分析

目的 研究蜂窝式梁-柱钢框架结构的抗震性能,为此类框架结构的抗震设计提供参考.方法 应用有限元法,依据现行规范和规程设计一榀单层单跨(框架I)、一榀两层单跨(框架Ⅱ)蜂窝式梁-柱钢框架结构进行抗震性能分析.分析和研究了节点域剪切变形、P一△效应对框架层间位移的影响.结果 得到蜂窝式梁-柱钢框架结构在恒定竖向荷载和低周反复荷载作用下的受力机理和破坏机制,评价了其耗能能力和延性性能.框架I的耗能能力略好于框架Ⅱ,两个框架的位移延性系数均小于4.0,表明延性均较差.对于蜂窝式梁-柱钢框架结构,在各阶段由节点板域剪切变形所产生的层间位移占框架总位移的比例均在50%以上.结论 蜂窝框架耗能能力较好,但延性相对较差,抗震性能较差.提出了改善框架延性性能的具体方法,从而优化其抗震性能.节点域剪切变形、P-△效应对框架层间位移的影响较大.     

X形型钢混凝土斜支撑结构抗震性能研究

对X形型钢混凝土斜支撑结构进行拟静力试验,以研究该结构在低周反复加载作用下的受力形态与抗震性能,并采用ABAQUS建立了此结构的有限元模型,通过对比分析验证了有限元模型的合理性,探讨了配钢率、轴压比改变时结构受力性能的变化情况。结果表明:试验模型的等效粘滞阻尼系数大于0.1且延性系数大于2.4,说明X形型钢混凝土斜支撑结构具有较好的抗震性能;斜撑的配钢率对结构抗震性能影响较大,适当的截面配钢率可有效提高结构的水平承载能力,设计时需要根据计算选择合适的斜支撑截面配钢率。此外,X形型钢混凝土斜支撑结构节点处受力较大,需要对节点进行加强,以达到"强节点,弱构件"的抗震设计准则,必要时节点可采用高强螺栓连接。     

钢筋混凝土带腋撑框架结构的试验

提出了一种带腋撑的新型钢筋混凝土(含预应力混凝土)框架结构.该结构由常规的钢筋混凝土框架结构以及设置在节点区的腋撑组成.腋撑的设置,改变了框架梁端、框架柱端的设计控制截面的位置,大幅度减少了框架梁端、框架柱端设计控制截面的弯矩值、剪力值.结果表明,钢筋混凝土带腋撑框架结构在荷载作用下,首先在梁腋撑处的外侧形成塑性铰,然后在梁跨中出现塑性铰,且梁端及节点区受力性能良好,使得结构具有良好的承载能力和变形能力.     

角钢-双T型纵横梁拼接节点承载特性研究

拼接节点作为钢桁架结构重要的连接部位,其承载力和刚度是影响钢桁架整体结构安全性和稳定性的重要因素。本文结合大直径钢桁架筒仓施工支撑平台设计提出两种角钢–双T型纵横梁拼接节点的拼接形式,为研究其承载特性,采用静力加载试验和有限单元法,对这两种拼接节点进行研究,分析相同受力和相同约束等条件下带腹板连接板拼接节点和带腹板端板拼接节点的抗弯刚度、极限荷载及破坏模式,以确定较合理的角钢–双T型纵横梁拼接节点的拼接形式,实现大直径钢桁架筒仓施工支撑平台的装配化施工。研究结果表明：相同约束条件下,当荷载达到150 kN时,试验测得带腹板连接板拼接节点的位移比带腹板端板拼接节点的位移小–1.73%,且其抗弯刚度比带腹板端板拼接节点高8.76%。采用有限单元法对带腹板连接板拼接节点和带腹板端板拼接节点进行数值模拟,当荷载达到极限荷载200 kN时,带腹板端板拼接节点塑性变形较大,最后带腹板端板拼接节点先于构件发生剪切破坏;当荷载达到极限荷载220 kN时,带腹板连接板拼接节点塑性变形较大,最后构件先于带腹板连接板拼接节点发生压屈破坏。带腹板连接板的拼接节点更符合“强节点弱构件”的节点设计原则,满足大跨度钢桁架节点拼接要求,其研究成果为钢桁架整体结构性能的研究提供理论依据。     

角钢–双T型纵横梁拼接节点承载特性研究

拼接节点作为钢桁架结构重要的连接部位,其承载力和刚度是影响钢桁架整体结构安全性和稳定性的重要因素。本文结合大直径钢桁架筒仓施工支撑平台设计提出两种角钢–双T型纵横梁拼接节点的拼接形式,为研究其承载特性,采用静力加载试验和有限单元法,对这两种拼接节点进行研究,分析相同受力和相同约束等条件下带腹板连接板拼接节点和带腹板端板拼接节点的抗弯刚度、极限荷载及破坏模式,以确定较合理的角钢–双T型纵横梁拼接节点的拼接形式,实现大直径钢桁架筒仓施工支撑平台的装配化施工。研究结果表明:相同约束条件下,当荷载达到150 kN时,试验测得带腹板连接板拼接节点的位移比带腹板端板拼接节点的位移小–1.73%,且其抗弯刚度比带腹板端板拼接节点高8.76%。采用有限单元法对带腹板连接板拼接节点和带腹板端板拼接节点进行数值模拟,当荷载达到极限荷载200 kN时,带腹板端板拼接节点塑性变形较大,最后带腹板端板拼接节点先于构件发生剪切破坏;当荷载达到极限荷载220 kN时,带腹板连接板拼接节点塑性变形较大,最后构件先于带腹板连接板拼接节点发生压屈破坏。带腹板连接板的拼接节点更符合"强节点弱构件"的节点设计原则,满足大跨度钢桁架节点拼接要求,其研究成果为钢桁架整体结构性能的研究提供理论依据。     

冷弯薄壁C型钢框架体系抗震性能试验研究

目前,对截面形式为冷弯薄壁C型钢背靠背框架体系抗震性能的研究较少.为研究这种结构体系的抗震性能,设计了3组单层单跨冷弯薄壁型钢框架,梁柱均采用冷弯薄壁C型钢组合工字形截面,斜撑采用等边单角钢截面.主要研究改变斜撑布置形式和轴压比对框架抗震性能的影响,得到框架在低周反复荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线,对框架的刚度退化、延性、耗能性能和破坏机理进行研究.结果表明:各试件破坏形式均为斜撑净截面被拉断,梁端和柱脚腹板出现局部失稳破坏,框架发生整体失稳破坏,各试件承载力退化稳定,轴压比越大,承载力退化越显著,框架的延性系数均在2.5左右,该结构体系的耗能性能同其它轻钢结构基本一致.     

模块化装配式斜支撑节点钢框架结构整体稳定性能研究

为了获得模块化装配式斜支撑节点钢框架结构体系的受力性能和设计方法,采用有限元分析方法,考虑结构整体对核心模块新型斜支撑柱的约束作用,在结构整体中研究斜支撑柱的承载能力,通过极限承载力反推得到了斜支撑柱的计算长度系数,解决了该结构体系设计的关键问题.进行了30层结构的整体有限元分析,获得该结构体系在水平荷载超载、竖向荷载超载及二者同时超载下的极限承载力、破坏模式和机理,该体系的破坏模式符合强柱弱梁的抗震原则.研究结果表明:该结构体系侧向刚度较大,但延性较差,在水平和竖向荷载作用下极限承载力系数取2.0较合理,承载力具有足够的安全储备.     

框支短肢剪力墙结构中斜柱转换结构的抗震试验研究

通过对两榀框支短肢剪力墙斜柱转换结构在竖向荷载及水平低周反复荷载共同作用下的拟静力试验,分析了试件的应力分布状态、破坏形态、荷载传递规律以及转换梁的受力性能和试件的抗震性能.试验结果表明,斜柱式转换结构受力特点类似于一个简单桁架,转换层上层传力梁强度和刚度对转换梁性能有重要的影响,设计合理的框支短肢剪力墙-斜柱转换结构具有较好的延性,可以形成多道抗震防线,从而获得较好的抗震性能.     

EK形、Y形支撑的抗震性能试验研究

在多层及高层钢结构建筑中,多用X形和K形支撑。其缺点是在地震荷载作用下,当支撑杆件屈曲后,水平刚度及承载力都会下降,所以抗震性能差。本文以常用的K形支撑作为对比,取性能较好的EK形、Y形支撑形式,做成3榀单跨3层的大型试验模型,运用伪动力试验方法,分析了这3种支撑形式的结构在地震荷载作用下的时程曲线,恢复力特性,支撑局部的塑性变形对整个结构的影响及支撑部分的耗能效果。通过试验结果可以看出,由于EK形及Y形支撑的受剪板首先发生剪切屈服,有效地阻止了支撑杆件的屈曲,在整个试验过程中,承载能力没有降低。同时Y形支撑对框架横梁的变形影响最小,极限承载力也最高。     

隔板贯通式钢框架梁柱节点试验研究

为了验证截面小而柱壁厚的隔板贯通式梁柱节点的破坏特征及力学性能,对1个T字形足尺隔板贯通式梁柱节点进行低周期反复荷载作用的试验.分析了试件的破坏过程及特征,并对节点的承载力及延性等性能进行了研究.试验结果表明：这种节点破坏时梁端形成塑性铰,满足＂强柱弱梁、强节点弱构件＂的设计要求;节点的滞回曲线饱满,表明其较好的耗能能力及较高的承载力.     

框架-横梁未充分加强型人字撑架的抗侧性能

为了充分了解框架-人字撑架(横梁未充分加强型)的抗侧性能,对50个算例进行静力推覆分析,其中框架分别承担基底总剪力的25％和50％．研究表明:框架分担基底剪力的比例大小和支撑架横梁的强弱是影响这种双重抗侧力体系抗侧性能的最关键因素;框架抗侧承载力占基底剪力的比例越大,支撑架横梁越强,结构体系超强系数就越大．推导了框架-支撑体系中关键点受压支撑屈曲、支撑架横梁和框架形成塑性铰时对应的层侧移角公式．分析表明在这些点中,受压支撑屈曲总是最先发生,此时框架的抗侧承载力发挥很小．此外,由于支撑架横梁没有充分加强,受拉支撑的轴力无法达到其屈服承载力．为了获得较好的抗侧性能,提出了人字撑架横梁需要承担的最小不平衡力．     

PEC柱(弱轴)-削弱截面钢梁端板连接组合框架抗震试验研究

设计制作了1榀卷边PEC柱（弱轴）-削弱截面钢梁端板连接组合框架结构底部两层单跨1∶2缩尺模型试件,并对其进行拟静力抗震试验研究。结合试验过程现象记录和实测数据整理,对试件滞回特性、刚度退化、节点连接性能、抗震延性与耗能能力、损伤发展进程和破坏模式等进行分析。结果表明：采取卷边措施有效改善了常规PEC柱弱轴方向的抗侧刚度;梁端削弱截面实现了梁端塑性铰形成位置远离节点区,试件滞回曲线较为饱满,且在梁与端板焊缝存在缺陷条件下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比仍达到3.77%（推）/3.37%（拉）、2.94（推）/3.23（拉）和0.281,即试件变形、抗震延性与耗能能力良好;端板预拉对穿螺栓和节点加强板设置使得节点区形成混凝土斜压带传力模式,改善了节点区剪切性能;试件破坏模式为梁端削弱截面和PEC柱脚形成塑性铰的理想塑性机构,变形与耗能能力发挥充分。     

双向地震下RC框架柱端弯矩增强措施的合理取值

双向水平地震动的耦合作用将使塑性变形更多集中于柱端,框架结构在双向地震下的塑性铰分布明显较单向地震作用下更差。严格按中国规范设计了8度0.2g区二级抗震规则空间框架结构,并采用上部各层柱端"强柱弱梁"措施与底层柱下端弯矩增大系数不同取值的多种组合,形成了共7个算例框架。在OpenSees平台上,采用基于柔度法的纤维模型从而更加真实地模拟柱在双向弯曲和变化轴力作用下的非线性反应,对各空间框架进行了罕遇地震下的非线性反应分析。结果表明,在双向水平地震作用下,抗震规范给出的8度二级抗震的"强柱弱梁"措施取值明显偏低,框架部分楼层形成了层侧移柱铰屈服机制。基于梁端实际配筋∑Mbua对上部各柱端进行"强柱弱梁"调整的塑性铰控制效果较好,但底层柱下端非线性损伤过大。将底层柱下端的弯矩增大系数提高为1.8,上部各柱端按∑Mc=1.25∑Mb进行增强可形成较为优化的塑性铰控制效果。     

工业化混凝土框架SPC节点抗震性能试验

为研究新型工业化型钢连接混凝土梁柱节点（简称SPC节点）的抗震性能和破坏机理,分别设计制作了一榀SPC中节点及对应的现浇节点,进行了低周往复加载试验。观察了试验现象和破坏特征,对比了节点的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、能量耗散指标、强度和刚度循环退化系数、核心区剪切变形、弯矩转角曲线、纵筋应变、型钢应变、节点箍筋应变等。研究表明:相对于现浇节点,SPC节点裂缝数量相当,但其型钢削弱RBS段有效控制了混凝土裂缝宽度;SPC节点的等效屈服荷载略高于现浇节点,但峰值荷载和延性系数得到显著增大;SPC节点的能量耗散系数随位移增加而快速持续增长,强震耗能的优势显著;SPC节点的循环加载强度和刚度退化相比现浇节点更小,具有更稳定的抗震性能。此外,SPC节点的核心区剪切刚度、梁端弯矩承载力和转动能力,均优于现浇节点。最后,文中提出了节点设计建议以供参考。     

钢支撑束柱抗震性能试验研究

通过试验和有限元理论对比研究了钢支撑束柱的抗震性能和破坏特性。试验模型采用2层钢支撑束柱构件,其中钢支撑为长肢相并的双角钢支撑。试验共分为3组,1组为单调加载试验,另外2组为滞回性能试验。另对钢支撑束柱的抗震性能进行了有限元理论分析,经试验结果验证,得到了钢支撑束柱试件的抗侧承载力、刚度及滞回性能。研究表明,钢支撑束柱的承载力、刚度主要来自钢支撑,而束柱外框架部分的贡献很小。钢支撑束柱的破坏只发生在钢支撑中,外框架部分没有任何损坏。     

隅撑支撑钢框架结构抗震性能分析

采用pushover方法对单角隅撑支撑铜框架在三种罕遇地震烈度下的抗震性能进行分析,得出该结构在不同罕遇地震作用下的破坏模式及抗震性能点,并对其抗震性能进行评定;该结构在地震作用下塑性铰依次出现在隅撑、斜支撑及框架梁上,从而可以消耗大量的地震能量,同时避免了框架柱遭受破坏,符合“强柱弱梁”的设计要求。     

钢结构仿古建筑双梁柱中节点的受力机理

为研究钢结构仿古建筑双梁柱中节点的抗震性能,对4个全焊双梁柱中节点进行了水平低周反复加载试验。通过观测试件在侧向力作用下的受力过程和破坏形态,分析双梁柱中节点的受力机理。根据梁截面形式的不同,将其分为箱型截面梁与工字型截面梁2类,依据仿古建筑独特的构造特点,将各试件节点核心区划分为上、中、下3个区域。通过量测各区域内的应变大小,分析该类结构节点核心区在侧向力作用下的受理机理及破坏模式,并建立双梁柱节点的斜压杆受力模型。试验结果表明:仿古建筑双梁柱节点的破坏形式主要为沿下核心区对角线的剪切破坏,并通过理论计算分析提出一种考虑轴压比与梁截面形式的双梁柱中节点抗剪承载力修正公式。