钢管混凝土柱-钢梁外加强环螺栓连接节点受力性能研究

针对装配式建筑的发展趋势及钢管混凝土结构的诸多优点,研究一种装配式钢管混凝土柱-钢梁外加强环螺栓连接节点。通过ABAQUS数值模拟,确定连接件外加强环的合理形状;通过节点静力加载试验研究及数值模拟对比分析,研究节点的破坏形式、受力性能;针对外加强环形状进一步参数化分析优化设计,研究外加强环的环板厚度、圆环宽度、斜直边与轴线夹角3个因素对节点受力性能的影响。研究结果表明:节点采用合理的外加强环形状时,节点塑性铰外移到钢梁上,外加强环塑性损伤可以忽略;试件破坏时,破坏发生在外加强环外侧钢梁腹板及翼缘上,节点受力性能好、承载力高,节点塑性铰位置明确;外加强环形状参数化分析显示,外加强环形状对节点受力性能及承载力曲线影响显著。     

双层不规则布置梁加强环式梁柱节点承载力及刚度

针对钢结构设计的难点——特殊的不规则布置梁柱连接节点的设计进行了研究。首先介绍了双层不规则布置梁加强环式梁柱节点的足尺模型试验,考察了该类型节点的受力性能和破坏机理。然后对试验模型进行了相应的有限元数值模拟,验证了该有限元模型和分析方法的合理性。在此模型基础上,利用有限元程序进行了参数分析。最后综合试验和有限元分析结果,提出了双层不规则布置梁加强环式梁柱节点承载力和刚度的计算方法,可供实际工程设计参考。     

空间网架结构钢管混凝土柱节点力学性能足尺试验及分析

采用足尺试验与数值仿真相结合的方法研究空间网架结构中的钢管混凝土柱节点的受力及抗震性能。试验荷载逐级加载到设计荷载的1.6倍并观测柱节点的变形与应力。试验结果表明试验荷载下柱节点钢结构部分基本处于弹性状态,混凝土极小部分区域超出压应力极限,钢管与混凝土粘接良好。非线性有限元分析结果揭示了柱节点在低周往复荷载作用下的滞回耗能能力和破坏特征,指出了柱节点承载的薄弱位置,给出了柱节点的极限承载力。结果表明,足尺试验与数值计算相结合的方法可以全面揭示柱节点的受力特性及抗震性能。     

斜交网格Y型转换层节点受力性能试验

为了解斜交网格中Y型转换层节点的受力性能,笔者通过对与某实际工程相似比为1:3的2个Y型节点模型进行对称加载和非对称加载静力试验,并利用ABAQUS软件开展对应的数值模拟分析,分析带内隔板方钢管混凝土柱-钢梁刚性节点的受力和变形特征,验证其构造的合理性。试验结果与数值模拟一致表明:加载过程中,节点核心区变形不显著,斜柱将先于节点区破坏,节点区将能有效传递斜柱内力,起到良好的联结作用,满足节点承载力大于构件承载力的强节点设计原则。     

钢筋混凝土梁-钢管混凝土叠合柱外加强环式节点受力性能有限元分析

基于实际设计中对采用外加强环式的钢筋砼梁-钢管砼叠合柱节点的抗震性能试验,以3个不同外加强环长度的中柱平面节点为基础并进行的低周反复荷载试验,结合位移与力同时收敛的准则,并应用牛顿-拉夫逊平衡迭代法对该节点加固方法利用非线性有限元方法进行受力性能分析。对节点的荷载-位移滞回曲线进行比较,并对外加强环进行参数分析,研究了外加强环的长度和柱轴压比对节点受力性能的影响,以期设计出能广泛应用到工程实际中"强柱弱梁"概念的砼梁-型钢混凝土叠合柱节点。     

箱形节点域不锈钢端板连接梁柱弱轴节点受力性能

为了探究不锈钢弱轴节点的静力性能和抗震性能,设计并加工了4个端板连接不锈钢梁柱弱轴节点试件,包括奥氏体型和双相型两种不锈钢牌号试件各2个,且均设置了箱形节点域进行加强。对节点试件分别开展单调静力和低周反复加载试验,得到了节点的整体受力性能和局部受力特征,包括节点在单调静力和低周反复荷载作用下的失效破坏形态、荷载–位移曲线和螺栓力发展过程,以及节点在低周反复荷载作用下的刚度、强度退化和耗能能力。结果表明：在静力和循环荷载作用下,节点的最终破坏形态为柱子蒙皮板与柱翼缘的对接焊缝均出现断裂,奥氏体型不锈钢节点的初始刚度约为双相型不锈钢节点的90%,塑性承载力约为后者的60%~70%。节点在循环荷载作用下,滞回曲线较为饱满无明显捏拢现象,出现了刚度和强度退化,奥氏体型不锈钢节点的累积耗能约为双相型不锈钢节点的3倍。设置箱形节点域之后,弱轴端板连接节点受力性能对焊缝质量要求更高,焊缝的提前断裂导致不锈钢材的优良延性未能充分发挥。采用有限元软件ABAQUS建立了精细数值模型对试验节点的受力性能进行模拟,并基于试验结果验证了所建立模型的准确性。得到的试验结果和建立的有限元模型可以为后续箱形节点域不锈钢弱轴节点受力性能研究提供参考。     

不规则布置梁加强环式梁柱节点的试验研究

加强环式节点是目前研究最成熟、应用最广泛的钢结构梁柱节点形式。以往的研究都把重点放在规则布置梁加强环式梁柱节点的受力分析上,没有涉及特殊不规则布置梁柱连接节点。特殊的不规则布置梁柱连接节点的设计是钢结构设计的难点。本文通过2个不规则布置梁加强环式梁柱节点的足尺模型试验,研究该类型节点的受力性能和破坏机理。实验结果表明,加强环板能有效地将梁翼缘的应力传递至钢管壁,加强环板与钢管壁能共同工作,但应考虑钢管壁参与工作的有效范围;无梁一侧的环板的应力较小;合理的设计可以保证该类型节点具有良好的工作性能。     

蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点抗震性能试验研究

为了研究蜂窝钢梁—焊接环式箍筋混凝土柱节点的抗震性能,对4种不同连接形式的蜂窝钢梁—焊接环式箍筋混凝土柱的梁柱节点试件进行低周反复加载的拟静力试验,分析了其节点在模拟地震作用下的破坏形态、承载力、延性、滞回特性等,初步探讨了蜂窝钢梁—焊接环式箍筋混凝土柱的抗震性能,试验结果表明：合理的蜂窝钢梁—焊接环式箍筋混凝土柱节点能满足抗震工程实践要求,并通过不同连接形式节点的受力性能分析对比,最终得出符合抗震设计要求的组合节点连接形式。     

牛腿外加强环—钢管煤矸石混凝土柱与钢梁节点的试验研究

目的 研究牛腿外加强环-钢管煤矸石混凝土柱与钢梁节点的抗震性能.方法 制作了钢管煤矸石混凝土柱与钢梁连接节点-牛腿外加强环节点,进行了低周反复荷载作用下的加载试验及理论分析.结果 试验测试了梁端的位移、转角及柱子、加强环、钢梁、牛腿各关键点的应变.分析了它们结构形式在一定轴压比下的滞回性能、破坏机理与破坏特征.计算出了延性系数为5.3、耗能比为0.891.结论 牛腿外加强环-钢管煤矸石混凝土柱与钢梁连接节点具有优越的抗震性能.     

分散式配筋梁异形柱框架节点抗震性能试验

为解决异形梁柱框架节点配筋拥挤的问题,提出将梁中部分钢筋分散到翼缘中,并对分散式配筋梁异形柱(L,T和+形)框架顶层节点在低周反复荷载下的抗震性能进行了试验研究.通过6个试件的试验,比较了分散配筋与异形柱框架顶层节点的差异,研究节点核心区的开裂荷载、屈服荷载、极限承载能力、破坏形态和滞回特性等力学性能,以及按不同比例分散梁上部钢筋对节点抗震性能的影响.试验研究表明,T形、十字形截面柱节点,适当的分散比例不会给框架节点的受力性能和抗震性能带来不利影响.但L形截面柱节点分散配筋将加剧累积损伤,刚度退化较为严重.同时理论分析表明分散钢筋在板中的分布范围应予以严格控制,以防止发生锚固破坏.     

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。     

蜂窝式可替换塑性铰框架试件抗震性能

为避免梁柱翼缘相交处的焊缝在地震作用下发生脆性破坏,本文设计了一种蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点,并对基于此节点的4个不同蜂窝式耗能环尺寸的框架试件模型进行了低周往复加载的ABAQUS有限元模拟和低周往复加载试验。充分分析了各框架试件有限元模型和实验试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能等,探讨蜂窝式耗能环的法向厚度和径向厚度对此节点框架滞回性能的影响。分析结果表明：蜂窝式可替换塑性铰节点框架的滞回曲线较为饱满,具有良好的抗震性能;等间距地增加蜂窝式耗能环阵列的径向厚度,可以提高蜂窝式梁柱节点框架的耗能能力和屈服后的变形能力。蜂窝式可替换塑性铰节点保护了梁柱节点焊缝,能够有效实现塑性铰外移。     

钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱节点的非线性有限元分析

以简化的Varma模型作为钢材的循环本构关系模型,建立了2类钢管混凝土柱与组合梁连接节点——梁钢筋贯通钢管节点和梁钢筋与上加强环焊接连接节点的三维非线性分析模型,并采用有限元软件ANSYS对其在低周反复荷载作用下的滞回性能进行了非线性分析。结果表明：由有限元模型得到的低周反复荷载作用下的滞回曲线及骨架曲线与试验所得的结果吻合较好,但在屈服荷载后差异较大;如能恰当地选择材料的本构关系、计算模型和破坏准则,则能够采用有限元模型准确地预测上述2类节点的弹塑性行为和整体抗震性能,并用于节点滞回性能的非线性参数分析。     

Low cyclic fatigue performance of concrete-filled steel tube columns

Eight concrete-filled steel tubular(CFT) columns were tested subjected to cyclic loading under constant axial load. Experimental parameters included axial compression ratio, loading sequences, and strength of concrete and steel. The seismic performance of CFT columns and failure modes were analyzed. The test results show that different axial load ratios and loading sequences have effects on the load carrying capacity, ductility and energy dissipation capacity of CFT columns, as well as the failure modes of the CFT columns. The failure pattern can be categorized into two types: local buckling failure of steel tube in compression zone, and low cycle fatigue tearing rupture failure of steel tube. The seismic behavior was evaluated through the energy index obtained from each cycle.     

钢筋混凝土梁柱节点超自由度单元

为分析RC框架结构在循环荷载作用下的非线性滞回性能,提出一个新的钢筋混凝土梁柱节点单元——"超自由度单元".单元在梁与节点交界面和柱与节点交界面被划分成"节点截面"和"梁柱截面",节点的力学性能由4节点单元描述,而梁柱受力钢筋与节点核心区的粘结滑移由存在于"节点截面"和"梁柱截面"之间的8根弹簧控制.单元具有4个外节点和4个内节点,每个内节点具有2个自由度,每个外节点具有3个自由度,该3个自由度与普通梁单元一致,从而确保本单元适合于同普通一维梁柱单元一起进行钢筋混凝土结构平面非线性分析.将内节点上的自由度依附到外节点上,单元在数值表现上具有4个节点20个自由度.通过试验和模拟分析结果对比,结果表明:结构极限承载能力和滞回曲线的捏拢特性都能被单元很好模拟,同时计算机的运行时间非常少.本模型适合于进行循环荷载作用下平面框架结构非线性响应分析.     

蜂窝式可替换塑性铰框架试件抗震性能

为避免在地震作用下梁柱翼缘相交处的焊缝发生脆性破坏,本文设计了一种蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点,并对基于此节点的4个不同蜂窝式耗能环尺寸的框架试件模型进行低周往复加载的ABAQUS有限元模拟和加载试验,分析各框架试件有限元模型和试验试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能等,研究蜂窝式耗能环的法向厚度和径向厚度对节点框架滞回性能的影响。结果表明：蜂窝式可替换塑性铰节点框架的滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力;等间距地增加蜂窝式耗能环阵列的径向厚度,可以提高蜂窝式梁柱节点框架的耗能能力和屈服后的变形能力;蜂窝式耗能环阵列法向厚度从H型钢梁腹板厚度增加到3倍H型钢梁腹板厚度时,蜂窝式梁柱框架试件的耗能能力显著提高。蜂窝式梁柱框架试件试验中蜂窝式耗能单元的破坏位置与蜂窝式梁柱框架试件有限元模型中应力分布较大的位置几乎完全吻合,符合实际情况。相较于传统钢结构梁柱抗震节点,蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点将梁柱焊缝处的脆性破坏转化为梁上特定位置的破坏,充分转移梁柱节点焊缝处的应力,蜂窝式可替换塑性铰节点保护了梁柱节点焊缝,能够有效实现塑性铰外移。蜂窝式可替换塑性铰节点有效减少梁柱节点焊缝开裂现象,降低钢结构在大震下发生焊缝开裂而倒塌的几率,易于模块化工厂加工,显著提高施工效率,便于消防管道、电缆等设施的转向和穿线。     

钢筋混凝土梁柱边节点滞回性能数值模拟

为准确模拟梁柱边节点在地震条件作用下的滞回响应,建立考虑黏结退化机制的梁柱边节点有限元模型。基于ANSYS有限元平台,采用Voce-Chaboche混合强化模型定义钢筋的循环本构关系,开发组合弹簧单元实现往复荷载作用下钢筋与混凝土间的黏结退化机制,根据损伤理论提出往复荷载作用下黏结滑移本构关系预测模型。有限元计算得到的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、应力云图与试验结果的对比表明：混合强化本构能更好地描述往复荷载作用下钢筋的滞回响应,组合弹簧单元成功地反演了往复荷载作用下钢筋与混凝土的黏结退化特征,往复荷载作用下节点梁中塑性铰的发育导致梁塑性伸长,将对边节点柱造成不利影响,梁柱边节点数值模拟结果与试验结果吻合良好,为准确模拟梁柱边节点的滞回性能提供了理论基础和技术平台。     

钢管煤矸石混凝土柱-环梁节点在低周反复荷载作用下的试验

目的研究钢管煤矸石混凝土柱-钢筋煤矸石混凝土环梁节点的抗震性能．方法制作了两个钢管煤矸石混凝土柱-钢筋煤矸石混凝土环梁节点,进行了低周期反复荷载下的加载试验,对其破坏形态、耗能能力和变形能力进行了理论分析．结果试件达到最大承载力时,滞回曲线比较饱满;承载力下降时,滞回曲线虽有不同程度的捏拢,但不严重,试件有较好的耗能能力;节点的钢管煤矸石混凝土柱与环梁相对独立,节点的破坏基本上不影响钢管煤矸石混凝土柱的承载力．结论钢管煤矸石混凝土柱-钢筋煤矸石混凝土环梁节点具有良好的抗震性能,     

弱轴栓焊连接梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

栓焊连接是钢结构建筑中常用的节点形式之一,该节点的受力性能和破坏方式与钢框架结构的抗倒塌性能密切相关。针对栓焊连接节点,采用备用荷载路径法,选择两跨三柱型梁柱子结构作为研究对象,对三个不同跨度比（1:0.6, 1:1.0, 1:1.4）的弱轴栓焊连接梁柱子结构试件进行单调静力加载试验,对比分析了连续倒塌条件下三个试件的破坏模式、力学性能和抗力机制。试验结果表明：三个试件的破坏过程均为梁端受拉翼缘先后发生断裂,进而断裂截面部分内力转由腹板螺栓传递,且梁端受压翼缘屈曲,最终由于梁柱节点处梁腹板螺栓孔发生剪切破坏或梁腹板、节点板断裂使试件丧失承载力。通过分析试件的失效机理可知,三个试件的抗力机制发展过程经历了梁机制阶段、梁机制向悬链线机制转变的过渡阶段、悬链线机制阶段。弱轴栓焊连接节点具有较高的冗余度,当受拉翼缘断裂后节点仍具有一定的转动能力,剩余结构通过梁柱之间可靠的拉结力及梁端产生的较大转角保证悬链线效应能够充分发挥,且在之后的大变形中起主导作用,而梁柱节点变形的快速增大有利于梁柱子结构通过梁柱构件间的协同工作继续承担荷载。对不等跨弱轴栓焊连接梁柱子结构试件,其初始断裂部位往往位于跨高比较小的短梁,且短梁相比长梁的悬链线效应更为显著。