钢管混凝土柱-双面组合作用梁框架节点抗震性能试验研究

梁柱节点受剪承载力计算是混凝土框架结构节点抗震设计的关键点之一,由于节点剪力传递机理与构造的复杂性,目前尚未形成完善的节点受剪承载力计算理论。该文阐述了预应力混凝土梁-型钢混凝土柱新型框架节点的受力机理,并基于桁架模型和斜压杆模型,提出了一种同时考虑预应力筋与型钢贡献的节点受剪承载力计算方法。开展了新型节点受力性能拟静力试验,分别选取了梁端破坏与节点剪切破坏两种破坏形式的节点试验数据,对所建立的新型节点受剪承载力计算方法进行了验证评估,结果表明,该文提出的预应力混凝土梁-型钢混凝土柱框架节点承载力计算方法具有较好的精度。

     

框架节点抗震性能试验研究的若干问题

本文回顾了梁板柱节点试验的认过程，分析了影响节点试验的各种因素。对影响节点试验的一些因素进行了讨论。     

PEC柱-异形钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究PEC柱（partially encased concrete composite column）-型钢梁框架中节点破坏特征及抗震性能,完成了3个PEC柱-型钢梁中节点及1个钢框架梁柱中节点对比试件的低周往复加载试验。分析了试件中节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能、强度退化、刚度退化、节点域力学机理,研究了轴压比及梁截面变化对该类中节点抗震性能的影响。研究结果表明：PEC柱-型钢梁中节点滞回曲线呈纺锤形,具有钢框架节点的力学特性;型钢柱内部填充混凝土后试件初始刚度、承载力分别提升约40%、31.1%,且试件仍具有较好的延性性能及耗能能力;当轴压比试验值为0.25~0.35时,随着轴压比增加,试件承载力显著增加,延性性能有所下降,耗能能力则有所提升;试件均为梁弯曲破坏,损伤程度无明显变化。改变柱一侧梁的截面尺寸后,试件的承载能力、延性性能有一定提升,耗能能力、强度及刚度退化规律无明显影响,但PEC柱-变截面型钢梁中节点发生节点核心区剪切破坏,主要原因为改变柱一侧梁截面高度后,造成节点域输入剪力增大所致。按常规节点设计的变截面梁中节点不能满足\     

带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

针对自复位节点复位阶段抗力大的问题,提出了带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点。为研究节点的抗震性能和自复位性能,对5个足尺梁柱节点试件进行低周往复荷载试验,对其受力性能进行理论分析,建立节点的恢复力模型。结果表明:带开槽耗能板的自复位节点具有良好的耗能能力、承载能力和自复位性能,滞回曲线呈典型的“双旗帜”形。4.00%位移角时节点残余变形较小,除耗能板外其余部件均保持弹性,震后更换耗能板即可快速修复。节点的自复位性能随耗能板单个板条宽度的增大而降低,耗能能力随单个板条宽度的增大而提高;耗能板厚度和宽度越大,节点的耗能能力和承载力越强,自复位能力越弱;钢绞线初始预应力对节点的承载力、初始刚度和自复位能力均有显著影响,但对节点耗能能力影响很小。恢复力模型与试验结果吻合较好。     

钢管混凝土格构柱-组合箱梁节点抗震性能试验研究

为验证巨型组合结构体系中钢管混凝土格构柱-组合箱梁节点的破坏特征和抗震性能,进行了节点核心区连接分别为单肢斜撑、交叉斜撑和横隔板三种不同连接构造形式的节点低周反复循环加载试验。分析了各节点形式的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线及评价节点抗震性能的主要参数(承载力、延性、刚度退化规律、耗能指数和等效粘滞系数等)。同时,利用ABAQUS对各节点进行了有限元数值计算,并与试验结果进行对比分析进一步对组合节点进行了研究。结果表明:试验与有限元数值计算结果吻合良好,验证了理论分析的正确性;三种不同连接构造形式的节点试件正向具有良好的位移延性,但反向位移延性不及正向,随着节点连接方式的加强,节点的屈服位移逐渐减小,延性增大,节点承载能力逐渐增大。横隔板连接形式节点相对另两种连接构造耗能能力较好,改善了节点的抗震性能。     

X形配筋增强异形柱边节点抗震性能试验研究

通过对在节点核心区应用X配筋增强的异形柱边节点和同等条件下未被增强的异形柱边节点进行拟静力试验研究,对比分析了异形柱边节点的破坏特征、滞回曲线、承载能力、位移及延性等抗震性能指标,研究边节点核心区的箍筋应变的变化规律,应用累积损伤模型对异形柱节点进行累积损伤分析。研究结果表明：在异形柱边节点核心区加入X形配筋可以改善节点的滞回特性,增加边节点位移延性,减轻节点的累积损伤,从而提高异形柱边节点的抗震性能。     

钢-混凝土双面组合作用梁基本力学性能试验研究与数值模拟

为了研究钢-混凝土双面组合作用梁基本力学性能,设计了2个两跨连续组合梁试件,对其进行静力加载试验,并与有限元模拟结果进行对比。研究结果表明：双面组合作用梁下部混凝土板可分担钢梁压力,其组合作用有利于钢梁下翼缘的稳定性,但对于腹板的稳定性不起作用。组合梁在按照完全抗剪连接进行设计时,可不考虑界面滑移的影响;与普通组合作用梁相比,双面组合作用梁抗弯刚度更大,其负弯矩区长度可延长约28.3%。相同荷载作用下,双面组合作用梁负弯矩值较低,可延缓上部混凝土板的开裂,有效控制混凝土板裂缝宽度和裂缝区范围。下部混凝土板长度按照完全抗剪连接设计的最小长度取值即可,不必过长。ABAQUS有限元模型分析结果与试验结果吻合良好,可较好地模拟组合梁受力性能。提高双面组合作用连续梁下部混凝土板的强度,可有效提高组合梁的承载力和刚度,受力更合理。     

钢骨混凝土异形柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为了研究钢骨混凝土异形柱-钢梁节点的抗震性能,进行了4个T形钢骨混凝土柱-钢梁节点和4个L形钢骨混凝土柱-钢梁节点的拟静力试验。试验考虑了混凝土强度等级、核心区配箍率和轴压比等参数的影响,对骨架曲线、承载力、核心区剪切变形、延性和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明,在低周往复荷载作用下,钢骨混凝土异形柱-钢梁框架节点滞回曲线饱满,表现出良好的延性性能和耗能能力,典型破坏形态为节点核心区剪切斜压破坏和节点区焊缝失效破坏;高轴压力下节点具有较高的承载能力但延性性能降低;混凝土强度越高,节点承载能力越大,但延性性能越差;增大核心区配箍率对试件的延性和承载力有明显的提高,并能改善试件屈服后的耗能能力。     

节点性能对分层装配支撑钢框架抗震性能的影响研究

该文以分层装配梁贯通式支撑钢框架为对象,通过引入节点弯矩-转角本构模型的数值模拟方法,研究节点刚度和承载力设置对结构体系抗震性能的影响。分析结果表明,节点刚度对结构自振频率影响不大,但影响结构在静力推覆下的失效演进模式和地震作用下的滞回特性,节点刚度小于4倍相邻柱线刚度时,结构不能满足罕遇地震下的层间位移角限值要求;节点承载力对静力推覆下结构的极限承载力影响很小,对罕遇地震作用下的结构滞回特性和层间位移分布几乎没有影响。     

锈蚀钢框架柱抗震性能试验研究及有限元分析

为深入研究锈蚀钢框架柱的抗震性能,通过改变加载制度和轴压比,对6榀相同锈蚀程度的钢框架柱进行了低周往复加载试验,观察其受力过程和破坏形态,分析了不同加载制度和轴压比对锈蚀钢框架柱的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化、耗能能力等抗震性能的影响。并采用通用软件ABAQUS对试验框架柱进行了非线性有限元分析。结果表明：有限元分析结果与试验结果吻合较好,试件均发生延性较好的破坏,其滞回曲线也较为饱满,表现出良好的耗能能力和延性;加载路径对试件的塑性发展与耗能能力有较大影响;随着轴压比的增大,试件极限承载力和耗能能力降低,强度和刚度退化加快。     

方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究与有限元分析

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作5个隔板贯穿式节点试件,通过低周反复加载试验,探讨此类节点的抗震性能,分析梁端翼缘两侧的侧板、钢管柱的宽厚比以及隔板的外伸长度等因素对节点抗震性能的影响。试验结果表明:各试件实测滞回曲线均比较饱满,没有明显的刚度退化现象,具有较好的耗能性能;梁端翼缘两侧增加侧板不仅可以缓解隔板与梁相交的角隅处应力集中现象,而且提高了节点的延性。运用ANSYS 8.0对各节点试件在低周反复荷载作用下的滞回性能进行非线性模拟计算,分析轴压比、核心区混凝土强度、隔板外伸长度等因素对节点受力性能的影响。结果表明:轴压比和隔板外伸长度对节点受力性能的影响较大;有限元计算所得的骨架曲线与实测骨架曲线吻合较好。     

矩形钢管混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过三个矩形钢管混凝土框架节点(外加强环)模型的拟静力试验,以轴压比和梁柱线刚度比为参数,研究了该类框架节点的滞回曲线、延性、强度与刚度退化、耗能能力及其破坏特征。结论表明:矩形钢管混凝土框架节点滞回曲线呈饱满的"梭形",耗能能力强;强度与刚度退化缓慢;在达到极限荷载后具有良好的延性和后期变形能力,位移延性系数在3.5~4.48之间,满足延性节点的要求。经与钢筋混凝土框架、组合结构框架及钢框架节点抗震性能比较,可知:全钢管混凝土框架节点具有较好的受力性能和抗震能力,该文的研究成果可用于指导钢管混凝土结构的工程实践。     

损伤方钢管混凝土框架加固后滞回性能试验与理论研究

为了研究损伤方钢管混凝土结构加固后的抗震性能,基于一榀三层两跨的损伤方钢管混凝土框架加固后的拟静力试验,分析了反复水平荷载作用下框架的滞回性能,并根据滞回曲线进一步得出了框架顶层骨架曲线及相应的恢复力模型,研究了钢管混凝土框架的延性、强度与刚度的退化等性能。采用非线性有限元分析方法,将恢复力模型应用到混凝土弹性模量退化方程中,并对试验进行了数值模拟。结果表明:理论分析结果与试验结果吻合较好。     

内置钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为提高钢板与混凝土的协同变形能力,提出采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土,设计了2个内置钢板-高延性混凝土(HDC)组合连梁与2个内置钢板-混凝土组合连梁对比试件。通过拟静力试验,研究试件的破坏过程、破坏形态、滞回特性、耗能能力及刚度退化等。结果表明:跨高比为1.5的试件均发生剪切破坏,跨高比为2.5的试件均发生剪切黏结破坏;与混凝土组合连梁相比,HDC组合连梁的延性和耐损伤能力均得到明显提高;试件发生剪切破坏时,HDC组合连梁较混凝土组合连梁的极限位移角和累积耗能分别提高了44.4%和83.5%;试件发生剪切黏结破坏时,HDC组合连梁的耗能能力仍有较大幅度提高。根据4个小跨高比组合连梁试验结果,计算得到其设计剪压比为0.48～0.57,明显高于小跨高比连梁的剪压比限值。基于试验结果和受剪机制分析,提出了小跨高比组合连梁的受剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

基于DICM的钢管混凝土框架梁柱连接的转角测量与分析研究

由于钢管混凝土框架梁柱连接形式的多样性和受力形式的复杂性,目前还未能建立实用、有效的连接区工作性能的评判标准。连接的转角是其研究的重要指标,因此连接转角测试方法的实用性和有效性对连接工作性能研究的深入开展有非常重要的影响。数字图像相关方法(DICM)具有非接触、无附加质量、精度高和全场测量的优点,但局限于有限变形和小转角测试。基于以上两点,结合钢管混凝土框架钢加强环式梁柱连接的模型实验,利用改进的数字图像相关方法,对该连接的弯矩-转角关系进行了测试。根据梁柱及其连接的变形特点,采用基于全局坐标的形函数,测得了管壁处、加强环边及一倍梁高处截面的弯矩-转角关系,该方法适用于精确测试发生较大刚体转动及形变的试件。通过该模型实验,验证了该方法用于测试钢加强环式连接转角的可行性,并为进一步分析钢加强环式连接的工作性能提供了实验依据。     

大型预制混凝土梁柱叠合板中节点整体抗震性能试验研究

为研究高层预制装配式混凝土结构的抗震性能,并为建立该类结构装配式节点的抗震设计方法提供依据,采用足尺模型试验方法,对结构底层不同连接方式的大尺寸、高轴压预制梁-柱-叠合板装配中节点试件在低周往复荷载作用下的开裂破坏形态、滞回特性、骨架曲线、延性性能、耗能能力、拼缝的影响等性能进行了研究,结果表明:叠合板以及预制梁纵筋、预制柱纵筋的连接方式对整体节点的抗震性能具有重要影响;对于预制梁纵筋锚固连接的中节点,钢筋存在滑移现象,对于预制梁纵筋贯穿连接的中节点,具有与现浇中节点相当的耗能能力与综合抗震性能。     

钢框架装配式再生混凝土墙结构抗震性能试验研究

为研究钢框架内填预制再生混凝土墙结构的抗震性能,对3榀单层单跨1∶3缩尺的模型试件进行了拟静力试验。通过对钢框架是否设置预制墙板及不同梁柱节点连接形式的对比,深入分析了钢框架内填预制再生混凝土墙结构的破坏形态、传力机理、承载力、延性及耗能能力等指标。结果表明：设置预制再生混凝土墙板后,结构的承载力和抗侧刚度明显提高,与纯框架相比,极限承载力提高1.44倍,抗侧刚度提高了3倍;结构位移延性系数在2.81~2.86,预制墙板的设置略微降低了结构的延性;当层间位移角为1/50时,结构承载力退化系数仍大于0.90,表明该结构具有较高的安全储备;两种梁柱连接节点下峰值荷载仅相差4%,说明梁柱节点刚度对结构承载力的影响很小;从破坏形态看,两试件均在预埋件与墙板连接处形成水平贯通裂缝,发生剪切破坏,设计中预埋件的连接构造应引起足够重视。     

矩形钢管混凝土柱-H形钢梁外顶板式节点抗震性能试验研究

针对钢结构住宅建筑中柱子宽度日趋减小的趋势,提出了柱内无隔板的矩形钢管混凝土柱-H形钢梁外顶板式节点。对7个新型节点试件进行拟静力试验,变化参数有钢梁截面、顶板厚度和顶板长边高度。试验主要研究了节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力、刚度退化、强度退化、延性和耗能能力等抗震性能。试验结果表明:外顶板式节点共有梁翼缘受拉破坏、梁翼缘与顶板连接焊缝破坏、顶板与柱连接处的柱壁破坏三种破坏模式。节点延性系数为2.17～3.67,等效粘滞阻尼系数在0.2～0.3之间,极限位移角平均值为1/49,节点抗震性能满足"强节点弱构件"要求。增大外顶板的厚度或长边高度可提高节点承载力,钢梁翼缘、翼缘和顶板连接焊缝或柱壁的过早开裂会降低节点延性和耗能能力。最后提出在验算柱壁和连接焊缝极限承载力时,节点连接系数应取1.4;另外可采取梁端翼缘加强或削弱措施,以保证外顶板式节点具有足够的塑性变形能力。     

方钢管混凝土柱节点的试验研究及非线性有限元分析

基于方钢管混凝土柱内隔板式节点及外加强环式节点的低周反复荷载试验,在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱内隔板式节点和外加强环式节点进行了单调加载及循环加载作用下的受力性能分析。有限元分析得出的荷载-位移曲线及剪力-剪切变形曲线与试验结果吻合较好。在此基础上对外加强环式节点进行了参数分析,研究了方钢管混凝土柱的轴压比、宽厚比、核心混凝土强度及混凝土楼板高度对节点受力性能的影响,结果表明轴压比、宽厚比的影响较大。