竖向荷载下足尺半刚性连接组合框架试验研究

为研究半刚性连接组合框架在静载作用下的力学性能,进行了竖向荷载下两榀足尺的两层两跨半刚性连接组合框架试验。组合框架由H型钢柱和压型钢板混凝土组合梁组成,钢节点由焊接到钢梁端部的平端板通过螺栓与钢柱翼缘连接。为了解半刚性连接组合框架的结构性能和破坏特征,考察不同荷载水平作用下半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架结构整体性能的影响,重点分析框架整体性能、节点性能和梁性能。试验表明:平端板型组合节点为半刚性连接、部分强度节点,具有较高的强度和刚度,其极限转角可满足不小于30mrad的延性设计要求;半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架的强度、刚度和延性有较大影响,设计时应加以考虑。试验结果可为今后半刚性连接组合框架理论研究和工程实际应用提供参考。     

方钢管混凝土柱-工字型钢梁节点荷载-位移滞回曲线建模与分析

针对钢管混凝土柱-钢梁节点的梁端荷载-位移滞回曲线多采用试验数值分析方法,缺乏理论建模分析的不足,提出一种方钢管混凝土柱-工字型钢梁节点荷载-位移滞回曲线的建模与分析方法。该方法分析钢筋混凝土梁柱节点梁端位移的建模方法,提出节点构件梁端荷载-位移的计算模型,并采用T-L双线性模型建立节点构件的弯矩-曲率恢复力的计算模型,同时,提出钢梁节点荷载-位移滞回曲线分析流程。以典型的方钢管混凝土柱-工字型钢梁缀板连接节点为例,采用提出的节点荷载-位移计算模型计算节点荷载-位移滞回曲线,并采用ANSYS建立其三维有限元数值分析模型,对节点构件滞回性能进行非线性有限元数值仿真模拟。理论计算、仿真模拟和静态试验对比分析的结果表明:采用提出模型计算的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线与仿真模拟及试验数据结果的吻合度高,能够反映出节点受力的基本特性。     

组合梁中栓钉受力的有限元模拟分析

本文提出了一个模拟组合梁栓钉受力性能的有限元模型,该模型采用8节点实体单元来模拟混凝土楼板、钢梁与栓钉,压型钢板则采用8节点双曲度壳单元来模拟。该模型充分考虑了荷载及边界约束情况,并假设压型钢板与混凝土楼板之间无相对滑移。本文应用该模型对一系列栓钉推出试验进行了模拟分析,结果表明该有限元模型能精确地模拟组合梁中栓钉的受力性能。此外,本文还研究了无侧向支撑试件在推出试验中的非成熟破坏问题,解释了破坏机理,提出了有效防止方法。     

考虑楼板效应的外环板式梁柱节点抗弯承载力

楼板的存在对梁柱节点的局部受力影响显著,在梁柱节点设计中,若仅仅把楼板与钢梁的组合效应作为安全储备,可能会产生结构由"强柱弱梁"转变成"强梁弱柱"的颠覆性结果,因此忽略混凝土楼板对节点承载力及刚度的影响是造成破坏的重要原因.基于已完成的带楼板的T型梁柱节点低周往复荷载试验,建立了非线性有限元分析模型.为了更加全面地了解钢梁-楼板组合节点的工作机制,进一步补充完善试验研究的不足,模型考虑了楼板与钢梁之间的栓钉连接以及材料非线性等因素,模型的计算结果与试验结果具有高吻合度.在此基础上,通过有限元参数分析,详细分析了构件尺寸效应、轴压比、楼板厚度、楼板强度和柱宽厚比共五个参数对考虑楼板影响的外环板式梁柱节点抗震性能的影响.结果表明尺寸效应、轴压比对梁端抗弯承载力及刚度的影响小到可以忽略,楼板厚度、楼板强度和柱宽厚比对梁端抗弯承载力有显著影响.结合理论分析进一步提出了考虑楼板影响的外环板式梁柱节点梁端抗弯承载力计算公式,通过对比公式计算结果与试验、有限元分析结果可得,该计算公式可较好的计算带楼板外环板式梁柱节点梁端抗弯承载力.     

考虑空间约束的钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)组合中节点非线性有限元分析

借助ABAQUS有限元分析软件,对4类"梁贯通"式RCS组合梁柱中节点进行三维非线性有限元分析。对单元类型的选取、材料模型的定义、模型求解等数值模拟技术进行研究。研究表明,通过合理设置参数,ABAQUS有限元软件能够模拟RCS梁柱节点在静力荷载作用下的性能,与试验结果吻合较好。重点研究了考虑楼板、纵横梁构件空间约束作用对RCS组合节点受力性能的影响,比较分析轴压比、混凝土强度、楼板宽度、型钢梁腹板厚度等参数对RCS组合节点受力性能的影响,并提出相关的结构设计建议。     

基于OpenSEES和精细化有限元模型的装配式梁柱节点力学性能研究

为避免结构整体采用精细化建模计算造成的资源大量浪费,对装配式结构,在整体分析上采用简捷有效的OpenSEES计算平台,同时对局部关键构件采用精细化实体单元建模分析并将主要结果和数据及时反馈到整体分析中。以装配式梁柱节点为例,建立考虑新旧混凝土结合面、钢筋与套筒连接等构造因素的精细有限元模型,将反映节点力学性能的滞回曲线与试验测试比较验证并依据骨架曲线确定节点核心区剪切板参数,从而计算模拟结构整体力学响应,提出了针对节点核心区剪切板参数取值的新方法。研究表明：与传统修正斜压理论（MCFT）相比,新的参数取值方法所得到的滞回曲线更饱满,耗能能力及滑移增大,能够体现荷载作用下新旧混凝土结合面等因素对节点力学性能的影响。     

RCS梁柱节点半刚性连接弯矩-转角关系模型研究

梁柱节点作为RCS结构中的重要组成部分,其受力情况较为复杂,在地震作用下容易发生损伤。通过对RCS梁柱组合件抗震性能试验研究发现,该种梁柱节点连接并非是理想的刚性连接,而是一种半刚性连接。为了明确该种半刚性连接的受力及转动特性,系统探讨了柱面钢板厚度,钢梁高度、翼缘宽厚比、柱混凝土强度和楼板厚度等构造措施参数对该种半刚性连接在循环荷载下抗弯承载力以及初始转动刚度的影响。同时,基于参数分析和灵敏度计算结果,提出描述该种半刚性连接的弯矩-转角关系四折线模型。该模型计算结果与试验结果吻合较好,可以为基于半刚性连接的RCS组合结构设计提供参考。     

考虑楼板组合作用的方钢管混凝土组合框架受力性能有限元分析

为了对组合框架结构的抗震性能进行深入的研究,基于方钢管混凝土组合框架低周往复荷载试验的足尺试件,采用通用有限元软件Msc.Marc建立了壳-实体精细非线性有限元分析模型,考虑了钢材及混凝土的弹塑性性能,混凝土的开裂及受拉软化,钢梁与混凝土楼板交界面的滑移以及钢梁下翼缘断裂等非线性因素,对4榀组合框架及2榀组合节点进行了...     

高层型钢混凝土框筒混合结构模型的静力推覆分析

利用弹塑性有限元分析方法,对一个带转换层的30层型钢混凝土框筒混合结构缩尺模型的拟静力加载试验过程进行了数值模拟。采用了纤维束模型的梁柱单元以及基于Darwin-Pecnold正交各向异性非线性弹性混凝土本构模型的平面应力膜单元模拟结构中的框架和剪力墙,介绍了有限元网格剖分、钢梁与混凝土墙交接的半刚接处理以及楼板的考虑方式。与试验数据的对比表明,数值模拟得到的结构骨架曲线和楼层变形情况可以做到较为符合实际。     

多尺度模型在贝壳形单层网壳分析中的应用研究

基于多尺度建模方法,在有限元分析软件中实现了局部模型和宏观模型的连接,将整体结构中受力复杂的节点用实体单元建立,利用ANSYS软件中的多点约束方程连接梁单元与实体单元,同时建立了双支座有限元模型,精确模拟了节点域的边界条件,对比研究了传统梁单元模型与多尺度有限元模型在自重与温度荷载作用下的计算结果,结果显示梁单元不能精确模拟整体结构中受力复杂区域的受力状态,对受力复杂区域应采用高阶单元建立模型。研究表明多尺度建模方法能够有效地应用于复杂结构的整体分析中,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡点。     

Modeling and investigation of elasto-plastic behavior of steel–concrete composite frame systems

This paper presents a mixed finite-element model combining the fibered beam and layered shell elements using the general finite-element program MSC.MARC (2005r2) based on the discussion and comparison of the previous models. The proposed modeling procedure is intended for integrated elasto-plastic analysis of fully connected steel–concrete composite frames subjected to the combined action of gravity and monotonic lateral loads. The model is verified by extensive experiments and examples, and the behavior of composite frames is also investigated intensively. The slab space composite effect and the beam–column semi-rigidity are the two critical factors influencing the structural behavior. These two factors have not been considered simultaneously in some previous models but can be both included in the proposed model. Due to the complex slab space composite effect in composite frames, the previous models with a constant-width effective flange of slab can not trace the actual nonlinear slab behavior, but the proposed model can give accurate results. Since the slip effect between the steel beam and RC slab has negligible influence on the global calculation results of the structural system verified by the calculation examples, the slip effect is neglected in the present study to simplify the modeling procedure and enhance the calculating efficiency. The proposed model possesses good accuracy and broad applicability with simple modeling procedure and high calculation efficiency, and has a great advantage for the large-scale integrated analysis of multistory and high-rise composite frames.     

Modeling and investigation of elasto-plastic behavior of steel–concrete composite frame systems

This paper presents a mixed finite-element model combining the fibered beam and layered shell elements using the general finite-element program MSC.MARC (2005r2) based on the discussion and comparison of the previous models. The proposed modeling procedure is intended for integrated elasto-plastic analysis of fully connected steel–concrete composite frames subjected to the combined action of gravity and monotonic lateral loads. The model is verified by extensive experiments and examples, and the behavior of composite frames is also investigated intensively. The slab space composite effect and the beam–column semi-rigidity are the two critical factors influencing the structural behavior. These two factors have not been considered simultaneously in some previous models but can be both included in the proposed model. Due to the complex slab space composite effect in composite frames, the previous models with a constant-width effective flange of slab can not trace the actual nonlinear slab behavior, but the proposed model can give accurate results. Since the slip effect between the steel beam and RC slab has negligible influence on the global calculation results of the structural system verified by the calculation examples, the slip effect is neglected in the present study to simplify the modeling procedure and enhance the calculating efficiency. The proposed model possesses good accuracy and broad applicability with simple modeling procedure and high calculation efficiency, and has a great advantage for the large-scale integrated analysis of multistory and high-rise composite frames.     

混凝土柱-轻钢屋面结构的柱内力及梁柱节点设计探讨

本文通过实例阐述了混凝土柱-轻钢屋面不同屋面坡度对混凝土柱内力的影响分析和梁柱节点的设计方法,分别比较了梁柱节在点完全约束、部分滑移、完全滑移三种情况下对混凝土柱、钢梁内力影响。     

矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区受力性能试验研究

矩形钢管混凝土组合桁梁由混凝土板和矩形钢管混凝土桁架组成,在竖向荷载作用下,其正弯矩区可充分发挥混凝土板和桁架的组合作用,但负弯矩区的力学性能较为薄弱且受拉混凝土板容易开裂。针对这一问题,提出了在负弯矩区混凝土板施加预应力以及布置局部释放剪切作用的剪力钉相结合的组合桁梁结构形式。采用跨中施加反向集中荷载模拟连续梁支点反力的方法,对2榀承受负弯矩的矩形钢管混凝土组合桁梁进行了静力加载试验,对其荷载-位移关系、裂缝发展规律、混凝土板应变分布、桁梁荷载-应变关系、钢与混凝土界面滑移及承载力进行了分析。还根据组合桁梁的简化力学模型对不同加载阶段的结构特征荷载进行了讨论。结果表明：采用局部释放剪切作用的剪力钉和混凝土板施加预应力的组合桁梁结构形式可有效提高其抗裂性能,但对受弯承载力影响较小;在加载过程中混凝土板的开裂和杆件的屈服导致结构塑性变形增大,最终节点处焊缝撕裂,组合桁梁丧失承载力;由简化力学模型计算得到的结构特征内力与实测值吻合较好,可为矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区的设计和计算提供参考。     

组合效应对钢节点抗震性能的影响因素分析

钢—混凝土组合梁当前在钢框架结构中已经得到了广泛的应用,但是地震荷载作用下组合节点的设计方法却一直在完善和发展.基于组合节点的数值分析,着重研究钢框架梁柱节点的抗震性能,进行了有限元分析、模型参数分析,研究了不同变量条件下节点抗震性能与梁强度的平衡关系,并针对混凝土板中的配筋率、混凝土板板厚、钢节点类型等因素进行了分析和讨论.分析结果表明,在进行钢框架梁柱节点的抗震设计时,应该考虑混凝土板的组合效应.     

Shear capacity of connect construction between corrugated steel web and concrete lower slab

为改善波形腹板与底板连接构造混凝土浇筑质量与耐久性能,提出翼缘钢板下移至混凝土板底面,开孔板连接件垂直焊接于波形钢板并贯穿钢筋的下包型连接构造。通过设计具有不同开孔板厚度、形状及焊接宽度等参数的连接构造试件,开展标准推出试验,研究其受剪承载力、抗剪刚度、剪切破坏模式以及相对滑移特征。在试验研究的基础上,考虑钢材理想弹塑性、混凝土塑性模型以及钢-混凝土界面非线性接触,建立适用连接构造受剪分析的精细有限元模型,分析结果与试验结果吻合较好。通过验证的有限元模型进行参数分析,结果表明,增加开孔钢板的厚度和混凝土的抗压强度可有效提高受剪承载力。最后,基于模型试验与有限元参数分析结果,提出布置开孔板连接的下包型构造受剪承载力的计算式,可对开孔钢板连接面外受剪承载力进行较为准确地预测。     

材料单轴滞回准则对组合构件非线性分析的影响

材料单轴滞回准则的选择是采用纤维模型进行组合构件非线性分析的关键问题之一。首先给出了混凝土、钢筋和钢材的精细滞回准则和简单滞回准则,以及精细滞回准则的程序实现流程,其中混凝土材料的精细滞回准则通过对已有模型的改进可准确考虑任意可能复杂加卸载路径下各类混凝土材料的强度退化和刚度退化特征。通过对组合梁和钢管混凝土柱的抗震性能试验进行模拟,验证了精细滞回准则的模拟精度。研究了材料单轴滞回准则对组合构件整体滞回性能模拟结果的影响。分析结果表明：钢材滞回准则是影响组合构件抗震性能模拟精度的关键因素,应考虑钢材的包辛格效应,而混凝土材料的滞回准则对非线性分析结果的影响很小,采用简单滞回准则即可取得较好的模拟精度。     

HRB500级钢筋混凝土框架梁开裂性能试验研究

为了研究HRB500级钢筋作为受力主筋的混凝土框架梁开裂性能,对3榀1层2跨的混凝土框架结构进行静力试验,量测了在跨中集中荷载作用下梁端与跨中截面的裂缝宽度、位移、转角以及混凝土和钢筋应变。结果表明：框架梁端裂缝宽度实测值一般大于采用现行混凝土结构设计规范公式的计算值。研究了框架梁端裂缝的开展机理,基于黏结-滑移理论,提出把裂缝处钢筋与混凝土之间的滑移分为在节点内滑移和在梁端内滑移两部分,建立框架梁抵抗负弯矩的纵向钢筋在节点区的黏结-滑移模型和相应的最大裂缝宽度计算式,并根据对试验结果的统计分析,校准了黏结-滑移模型的参数。框架梁端最大负弯矩作用下的裂缝宽度计算式可供工程实践和规范修订参考。     

钢-混凝土深肋组合扁梁整体楼盖承载性能拟静力试验研究

钢-混凝土深肋组合扁梁楼盖利用组合作用很好地发挥了两种材料的力学特性,同时由于钢梁埋在混凝土楼板中,组合扁梁楼盖还具有降低层高和改善钢梁防火性能的优点。为了考察钢-混凝土组合扁梁楼盖在水平荷载作用下的承载性能和破坏机制,构造了一个双层1×2跨足尺(6m×12m)深肋组合扁梁楼盖,并对其在水平低周往复荷载作用下的受力情况进行试验研究。试验结果表明,钢-混凝土组合扁梁楼盖具有较高的承载能力和较好的延性,并形成了梁端、柱脚塑性铰破坏机制,同时根据试验结果给出试验构件的加载滞回曲线、骨架曲线以及试件的混凝土裂缝分布、结构变形、破坏模式等试验现象,最后给出组合扁梁梁柱节点的建议改进形式。研究内容能够为进一步深入分析组合扁梁楼盖水平承载性能提供直接有效的验证依据。     

钢筋钢纤维高强混凝土梁柱节点承载力计算方法

通过7个钢筋钢纤维高强混凝土梁柱节点和1个钢筋高强混凝土梁柱节点的低周反复加载试验,研究钢筋钢纤维高强混凝土梁柱节点的受力机理及破坏模式,分析钢纤维体积率、节点核心区配箍率以及柱端轴压比对节点受剪承载力的影响。结果表明：钢筋钢纤维高强混凝土梁柱节点的破坏主要有节点核心区剪切破坏和梁端弯曲破坏两种模式;随着钢纤维体积率和节点核心区配箍率的增加,节点受剪承载力显著提高。结合对国内外相关试验数据的综合分析,分别提出了考虑轴压比、钢纤维体积率以及节点核心区配箍率影响的适用于钢筋钢纤维普通和高强混凝土梁柱节点受剪承载力计算方法,以及考虑钢纤维影响的节点梁端受弯承载力计算方法。