桁架式钢骨混凝土梁-钢骨混凝土柱梁柱组合构件抗震性能试验研究

提出了一种由桁架式钢骨混凝土(SRC)梁和钢骨混凝土(SRC)柱组成的框架结构新的节点形式。为了研究这种新型梁柱组合构件的抗震性能,对8个桁架式钢骨混凝土梁-钢骨混凝土柱框架边节点进行了低周反复荷载试验。试验观察并记录了各节点试件的破坏形态,测得其梁端荷载-位移滞回曲线、节点剪切变形、骨架曲线和梁端荷载-转角滞回曲线。以试验结果为基础,对节点的延性、耗能性能、承载力及刚度退化等抗震耗能性能进行了分析,讨论了含钢率、轴压比及角钢腹杆尺寸对节点受力性能的影响。研究结果表明,这种新型桁架式钢骨混凝土框架节点具有良好的延性及耗能性能,为其工程应用提供了理论依据。     

穿芯高强螺栓-端板节点方钢管混凝土框架抗震性能数值分析

为研究采用穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土框架的抗震性能,基于一榀两层两跨方钢管混凝土框架的拟静力试验研究结果,利用有限元软件ABAQUS对试验试件进行了非线性数值分析。研究框架的破坏机制、延性、耗能能力及节点性能。在峰值荷载前,数值分析结果与试验结果吻合较好。对轴压比、节点端板厚度、加劲肋厚度以及高强螺栓预拉力等因素进行了分析。结果表明,框架滞回曲线饱满,具有良好的延性和耗能能力,节点在加载过程中未产生塑性变形。当框架柱的轴压比较小时,可形成理想的梁铰破坏机制。增大端板厚度和设置梁端加劲肋可提高结构的刚度与承载力,使框架刚度的退化趋于平缓。高强螺栓预拉力对框架性能无显著影响。     

冷弯型钢组合截面T形节点抗震性能研究

冷弯型钢在低层住宅结构中应用广泛,国内已有相应规范出版,但对冷弯型钢组合截面缺少相关设计规定。该文选择双肢冷弯C型钢背靠背带垫板的截面形式,对其抗弯节点进行抗震性能研究,采用试验与有限元分析相结合的方法,研究了节点板厚度、螺栓间距、C型钢厚度和腹板高度等参数对节点抗震性能的影响,发现该类节点的破坏特征符合抗震设计要求,滞回曲线饱满,承载力退化稳定、初始刚度大、刚度退化较为严重、耗能性能和延性较好。在相关参数中节点板厚度和螺栓间距对节点抗震性能的影响最大。C型钢厚度和腹板高度增加能明显提高节点的极限承载力。螺栓间距的增加会使节点承载力略有提高,但节点的耗能性能变差。     

T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究

为研究T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架的抗震性能,进行了1榀3层2跨、缩尺比例为1∶3的框架试件拟静力试验,了解其破坏形态、滞回曲线和骨架曲线,分析了试件的延性、耗能能力、刚度和强度退化规律。基于纤维模型对框架试件进行了数值模拟,研究了结构抗震性能在不同轴压比、配钢率和混凝土强度下的变化规律。结果表明:在水平低周往复荷载作用下,试件出现"梁铰"破坏,具有良好的延性和耗能能力,满足"强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件"的抗震设计要求。轴压比对试件屈服后的性能影响较大,结构的承载力和延性随轴压比增大而有所降低,设计时需合理控制轴压比;配钢率主要影响初始刚度和极限承载力,结构的抗震性能随配钢率增大得到有效改善;结构的极限承载力随着混凝土强度增大而提高,但结构的延性会略有降低,设计时需合理考虑。研究成果可为该类结构的设计提供可靠的支撑。     

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"强节点弱构件"的抗震设计要求,...     

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。     

无边缘构件钢管束剪力墙的墙梁节点抗震性能试验研究

基于钢管束组合结构剪力墙无边缘构件的构造特点,提出了两种墙梁节点构造形式,并进行了四组足尺模型滞回试验,其中一组为肋板型墙梁刚接节点,三组为端板型墙梁刚接节点。研究节点类型、端板厚度等对节点破坏形态和抗震性能的影响。分析研究了节点的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性以及耗能能力等抗震性能指标。研究结果表明:两种类型的节点具有良好的承载能力和延性,其中延性系数μ≈1.29~3.39,滞回曲线呈现饱满稳定的梭型,刚度退化缓慢,耗能能力良好,能量耗散系数E≈1.673 5~2.597 2。节点可以满足美国规范AISC341-10和中国规范GB 50011抗震设计要求,可以在钢管束组合结构剪力墙的实际工程中应用和推广。     

用带防屈曲支撑的内嵌式钢框架加固混凝土框架的试验研究

针对既有混凝土框架抗震性能的不足,研究增设防屈曲支撑(BRB)的消能减震加固技术方案。为尽量减少原主体结构的受力负担、提高加固效果,设置了内嵌式钢框架并安装BRB,对加固后的混凝土框架进行了试验研究。该文设计、制作了2榀用此法加固的混凝土框架,1榀纯混凝土框架作为对比。通过低周反复荷载试验,研究了荷载-侧移滞回曲线、骨架线、支撑轴向变形曲线、等效刚度及退化规律、等效粘滞阻尼比等抗震减震性能。结果表明设计的减震加固混凝土框架荷载-侧移滞回曲线饱满,BRB耗能稳定,能显著提高结构承载力,增加结构阻尼,有效降低地震反应。内嵌式钢框架传力可靠,可有效平衡支撑承载力,充分发挥BRB的作用,挖掘梁、楼板的延性潜力,改进了受力工作机制,抗震性能改进明显。     

耗能梁段与带楼板RC框架梁连接节点的滞回性能研究

通过对5个足尺耗能梁段与带楼板RC框架梁连接节点的低周往复加载试验,研究了此类节点的传力机理、破坏模式等,分析了连接节点的滞回性能、承载力、变形及延性、刚度退化及耗能等性能,并通过ABAQUS有限元程序对试验试件的滞回性能进行模拟。研究结果表明:U型外包钢连接节点构造简单、传力可靠。考虑楼板作用可显著提高耗能梁段与RC梁连接节点的承载力及后期变形能力。耗能梁段端板同RC梁顶面之间的分离导致滞回曲线中部捏缩,滞回性能劣化,耗能能力一般。     

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。     

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。     

高强箍筋高强混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为研究高混凝土梁柱节点的抗震性能,进行了4个高强箍筋混凝土节点和1个普通箍筋混凝土节点的低周往复荷载加载试验,研究了高强混凝土节点的破坏形态、滞回特性、耗能能力、受剪性能及箍筋的应力水平,分析了箍筋强度、体积配箍率和箍筋形式对节点承载力、延性、耗能和剪切变形的影响。结果表明:高强箍筋节点的破坏过程与普通箍筋节点类似;提高箍筋屈服强度对节点的承载力提高效果有限,但可有效提高位移延性和耗能能力,同时限制了节点核心区的剪切变形;试件达到极限位移时,普通箍筋试件箍筋已屈服,复合高强箍筋试件箍筋强度发挥比较充分,表现出较好的抗震性能。     

腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁抗剪性能研究

外包U形钢-混凝土组合梁具有承载力高、延性好等优势,其施工工艺也顺应了目前建筑结构装配式发展的趋势。该文采用与钢腹板一体的嵌入式抗剪连接件,设计了9个腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUSCB)的剪切性能试验,考虑了剪跨比、混凝土翼板宽度、连接件间距及倾角、底部纵筋直径、栓钉和箍筋设置、U形钢腹板高厚比等参数的影响,分析并总结了各试件的破坏模式,基于剪力-跨中挠度曲线对比分析了各试件的承载力和延性等抗剪性能指标,基于剪跨区U形钢腹板等效应力的分布形式研究了剪力传递机理。采用ABAQUS有限元分析软件,针对WUSCB试件建立了有限元模型,进行了剪跨比、混凝土翼缘板宽度、腹板高厚比和底部纵筋配筋率四个参数的影响规律分析。基于试验结果和有限元参数分析结果,提出了WUSCB的抗剪设计方法,该方法考虑了混凝土、U形钢腹板和底部纵筋销栓作用对抗剪承载力的贡献,能较准确地预测WUSCB的抗剪承载力。     

新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

为研究新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁的受弯性能,以预应力、抗剪连接件数量和混凝土翼缘板有效宽度为参数,进行4根试件的受弯试验,结果表明:波纹钢能较好地与混凝土协同工作,有效加强钢-混界面,避免纵向滑移破坏的发生,但是波纹钢轴向刚度较小,几乎没有抗弯贡献;预应力和混凝土翼缘板对组合梁的抗弯贡献较大;抗剪连接件数量不足时组合梁发生纵向水平剪切破坏。在试验基础上进行有限元模型模拟计算,发现新型组合梁能充分发挥各组成部分间的组合作用,提高试件的抗弯承载力与延性;相比于直钢板组合梁,波纹钢组合梁有较好的刚度和较高的承载能力;随着混凝土强度提高,承载力略有提升;下翼缘钢板厚度增加,承载力显著提高,对刚度影响不大;刚度、承载力随预应力度提高而提高,但是延性变差。最后,建立了新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁受弯承载力计算公式。     

型钢混凝土异形柱框架空间受力性能分析

为研究型钢混凝土异形柱框架的空间受力性能,对一个五层的双向两跨空间框架模型进行了低周反复加载试验,得到了空间框架的破坏形态及滞回曲线和骨架曲线,分析了其延性、位移角、刚度、耗能等抗震性能指标。基于此,采用OpenSees建立了空间框架的有限元模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而对空间框架的破坏机制和协同工作机制进行了探讨,并分析了不同加载角下轴压比和柱肢长宽比对空间框架受力性能的影响。研究结果表明:型钢混凝土异形柱空间框架的梁端先于柱端发生破坏,节点损伤相对轻微,边框架的破坏程度比中框架严重;出铰顺序呈现为从梁端到柱端、从低层到高层、从中榀到边榀的发展规律;空间框架的滞回曲线基本对称且较为饱满,具有较好的延性及较强的耗能能力和抗倒塌能力,受力性能优于没有连接的独立框架;随着加载角的增大,空间框架的承载能力和耗能能力显著提高,初始刚度略微增大,延性先变好后变差;在相同加载角下,随着轴压比增大,空间框架的承载能力、延性和耗能能力均降低,初始刚度先增大后减小;随着柱肢长宽比增大,空间框架的承载能力、初始刚度和耗能能力均提高,延性变差。     

不同连接强度带悬臂梁段的钢框架结构滞回性能研究

为了研究利用钢梁高强度螺栓拼接耗能的带悬臂梁段钢框架结构的滞回性能,按照不同的设计方法,设计了3个带悬臂梁段上下各半层的钢框架试件并进行循环加载试验,分析试验现象,研究其滞回性能、应变分布、转动能力、能量耗散系数、刚度等参数。通过对比分析表明:等强拼接方法设计的钢框架刚度大,延性较差,在梁端处形成塑性铰,梁端焊缝处易开裂;削弱拼接节点,使高强度螺栓提前滑移,增强了钢框架的延性和转动能力,延缓了梁端板件的屈服,降低了整个框架的屈服荷载,钢框架的极限荷载不受影响;实际内力值方法设计的带悬臂梁段钢框架结构抗震性能最好,建议按此方法设计带悬臂梁段钢框架结构中的钢梁拼接节点,并将拼接节点尽量靠近梁端设置。     

不同连接强度带悬臂梁段的钢框架结构滞回性能研究

为了研究利用钢梁高强度螺栓拼接耗能的带悬臂梁段钢框架结构的滞回性能,按照不同的设计方法,设计了3个带悬臂梁段上下各半层的钢框架试件并进行循环加载试验,分析试验现象,研究其滞回性能、应变分布、转动能力、能量耗散系数、刚度等参数。通过对比分析表明:等强拼接方法设计的钢框架刚度大,延性较差,在梁端处形成塑性铰,梁端焊缝处易开裂;削弱拼接节点,使高强度螺栓提前滑移,增强了钢框架的延性和转动能力,延缓了梁端板件的屈服,降低了整个框架的屈服荷载,钢框架的极限荷载不受影响;实际内力值方法设计的带悬臂梁段钢框架结构抗震性能最好,建议按此方法设计带悬臂梁段钢框架结构中的钢梁拼接节点,并将拼接节点尽量靠近梁端设置。