方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲板式节点参数分析

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-钢梁竖向加劲板式足尺节点进行非线性有限元参数分析。探讨在单调荷载作用下,竖向加劲板的长度和高度、梁翼缘斜率对方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲板式节点的受力性能影响。结果表明:加劲板的长度和高度对节点的承载力、延性的影响明显;加劲板高度Hs应大于梁宽,但宜不大于梁宽的1.2倍;梁翼缘斜率ctanα建议取3≤ctanα≤4为宜。     

斜向受力十字形钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为研究十字形钢管混凝土柱在斜向受力下的抗震性能,以加载角度(0°和45°)、混凝土强度等级(C50和C70)、轴压比(0、0.25和0.5)以及是否设置加劲肋为试验参数,进行了9根十字形钢管混凝土柱在往复荷载作用下的试验研究,获得了柱的破坏形态、水平荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性、累积耗能、变形等特性,分析了不同参数对柱抗震性能的影响规律。并建立了十字形钢管混凝土柱的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好。试验结果表明:十字形钢管混凝土柱具有较好的滞回性能,所有柱的位移延性系数均高于3.5;轴压比对十字形钢管混凝土柱的抗震性能影响较大,轴压比越大,柱承载力越低,刚度退化越快,延性和耗能能力也越差;随着混凝土强度的增加,柱承载力增加,轴压比较大时,混凝土强度越高,延性下降越明显;内部间断焊接加劲肋的柱比未设置加劲肋柱的承载力提高约8%,但延性和耗能能力提高不大;加载角度为45°柱的滞回性能稍优于0°的柱。     

方钢管混凝土穿芯高强螺栓-端板节点滞回性能研究

对3个方钢管混凝土柱穿芯高强螺栓-端板节点试件进行了伪静力试验研究。采用有限元程序ANSYS对节点进行了循环荷载作用下的三重非线性有限元分析,研究了轴压比、混凝土强度、高强螺栓预拉力、端板厚度及端板加劲肋等因素对节点滞回性能的影响。结果表明,轴压比和混凝土强度对节点滞回性能影响较小,减小高强螺栓预拉力将显著降低节点的耗能能力,端板加劲肋和端板厚度对节点性能有明显的影响,但设置加劲肋比增加端板厚度对改善节点性能更有效。试验与计算结果表明,穿芯高强螺栓-端板节点具有很好的强度、刚度、延性和耗能能力。     

不同腔体构造矩形截面钢管混凝土柱轴压性能试验研究

为研究多腔体钢管混凝土巨型柱腔体构造措施对其轴压性能的影响,以北京中国尊大厦巨型柱截面长轴两端受力较大的矩形截面腔体为原型,进行了6个不同腔体构造措施1/4缩尺的矩形钢管混凝土柱轴压性能试验。采用竖向重复加载,研究了各试件的破坏过程、荷载 位移曲线、承载力、耗能、刚度退化和应变,分析了腔体内加设竖向加劲肋、水平拉结筋、栓钉、横隔板、钢筋骨架等构造措施对试件轴压性能的影响。提出了不同腔体构造措施矩形截面钢管混凝土柱的承载力计算方法,其计算结果与试验结果符合较好。对试件轴压性能进行了有限元模拟,有限元模拟损伤形态和分析结果与试验结果符合较好,并分析了不同腔体构造参数对其轴压性能的影响。研究表明：腔体内设置竖向加劲肋,可分担轴力,延缓钢管屈曲,增强对混凝土的约束,提高构件刚度、承载力和延性;竖向加劲肋间设置拉结钢筋,极限荷载后,可增强钢管对混凝土的约束,延缓钢管混凝土柱轴压性能退化;腔体内设置栓钉,极限荷载后,可增强钢管与混凝土共同工作性能,延缓其后期性能退化;腔体内设置横隔板,其与钢管共同工作,可提高对混凝土的空间约束,显著提高柱的承载力,延缓其刚度退化,总耗能能力增强;腔体内设置钢筋骨架,可进一步加强对各钢筋笼内混凝土的约束,延缓柱的极限荷载后的性能退化,提高延性。     

方钢管混凝土柱-钢梁节点有限元分析

通过有限元软件ANSYS对设有双T加劲板连接件的方钢管混凝土柱—钢梁节点进行了空间非线性分析,研究节点区在单调荷载和低周反复荷载作用下的受力机理,指出方钢管混凝土柱—钢梁节点具有优良的延性及耗能能力,且加劲板的设置有效地降低了节点区的应力集中。     

型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱非线性分析

采用ABAQUS对型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱进行数值模拟,探讨型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土、型钢-PBL加劲型方钢管混凝土、型钢-方钢管混凝土以及方钢管混凝土轴压短柱在承载力以及破坏模态上的差异,并对型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱荷载-竖向应变关系曲线的主要影响因素进行参数分析。结果表明,和型钢-PBL加劲型方钢管混凝土轴压短柱相比,型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱的极限承载力略有下降,但其具有较高的后期承载力;截面含钢率一致的情况下,相对于型钢-方钢管混凝土以及方钢管混凝土轴压短柱,型钢-PBL加劲型方钢管混凝土轴压短柱承载力更高,外钢管鼓曲变形更小;外钢管以及混凝土的强度、外钢管含钢率对型钢-PBL加劲型方不锈钢管混凝土轴压短柱的承载力以及延性影响较大。     

带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱滞回性能研究

对3根带肋冷弯薄壁方钢管混凝土柱进行滞回试验,主要参数为轴压比。试验结果表明：纵向加劲肋有效延缓了钢管壁局部屈曲的发生;其滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;随着轴压比的增大,柱承载力略有增大,而延性、耗能能力则明显减小;当横向位移大于6倍的屈服位移时,大轴压比的刚度退化速度最快。建立了该类试件的有限元模型,对比可得有限元模拟结果与试验结果吻合较好。基于有限元模型对该类构件开展机理分析和参数分析。结果表明：在带肋冷弯薄壁方钢管的约束下,核心混凝土的强度得到了较大提高;钢管局部屈曲发生在峰值荷载后,局部屈曲只发生在纵向加劲肋和钢管角部间;材料强度、轴压比、钢管宽厚比和长细比等参数对该类构件的承载力有较大影响;混凝土强度、轴压比和长细比对荷载-位移骨架曲线形状有较大影响。基于参数分析建议了该类构件的简化滞回模型,简化计算结果和有限元计算结果吻合较好。     

T形钢管混凝土柱-工字钢梁框架顶层边节点抗震性能试验研究

选择T形截面钢管混凝土异形柱-工字钢梁框架顶层边节点为研究对象,按1∶2的缩尺比例设计并制作3个“弱节点”模型和1个“强节点”模型,通过施加恒定轴压比的竖向荷载和低周往复水平荷载,对节点模型进行加载破坏试验,观察节点模型的受力过程和破坏形态,得到水平荷载-柱端位移滞回曲线和骨架曲线,分析节点荷载特征值、延性、耗能以及刚度退化等。试验结果和分析表明：弱节点试件破坏形态主要为节点核心区在剪压复合应力作用下的剪切破坏,随轴压比增大,试件受剪承载力提高,但其延性和耗能能力有所下降;强节点试件破坏形态为钢梁的局部屈曲破坏,节点区基本完好,滞回曲线饱满,延性系数为3.89;合理地设计钢管混凝土异形柱-钢梁框架边节点,可满足抗震延性要求,实现“强柱弱梁,节点更强”的抗震设计目标。     

Seismic behavior of L-shaped concrete-filled steel tubular columns with reinforcement stiffeners

制作了1根对拉钢筋加劲L形截面钢管混凝土柱试件和2根非加劲L形截面钢管混凝土柱试件,对其进行低周往复水平荷载作用下的滞回性能试验,考察对拉钢筋和轴压比对其抗震性能的影响规律。结合OpenSees有限元分析,研究其破坏模式和滞回性能,分析对拉钢筋的作用以及钢管对混凝土的约束作用。结果表明：对拉钢筋能有效限制钢板的局部屈曲以及阴角处钢管和混凝土的脱离,保证钢管和混凝土共同工作;轴压比从0.3增加到0.6时,非加劲L形截面钢管混凝土柱的耗能能力及延性均降低;相同轴压比下,相比非加劲L形截面钢管混凝土柱,对拉钢筋加劲L形截面钢管混凝土柱的破坏程度明显减轻,耗能能力及延性明显提高;有限元分析结果基本能反映试件在低周往复水平荷载作用下的抗震性能。     

新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点拟静力试验研究

以轴压比为主要变化参数,对两种类型共4个1∶1足尺模型的新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点进行了拟静力试验。试验观察了试件的受力过程和破坏形态,得到了梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并对比分析了试件的刚度退化、延性和耗能能力。结果表明:两种节点破坏均属于延性破坏,破坏时C型钢梁发生平面外屈曲,形成塑性铰,钢梁下翼缘、腹板与柱焊接处拉裂,钢管混凝土柱-空钢管梁节点还在空心钢管梁上出现塑性铰;随着轴压比的增大,空钢管柱-空钢管梁节点初始刚度变化不大,而钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度有所减小,两种节点的延性均明显降低,极限承载力也有所下降,其中钢管混凝土柱-空钢管梁节点下降幅度更大。至于钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度则明显大于空钢管柱-空钢管梁节点,且滞回曲线较饱满,在极限承载力、延性和耗能指标等方面均优于空钢管柱-空钢管梁节点。     

双排缀板连接的T形钢管混凝土异形柱抗震性能有限元分析

本文提出了一种由方钢管混凝土小柱通过双排竖向缀板连接而成的T形方钢管混凝土组合异形柱,为研究该种组合异形柱的抗震性能,基于ABAQUS建立了20组T形异形柱的有限元模型,通过改变模型柱的加载方向、轴压比、混凝土强度及钢材强度,得出各模型柱的滞回曲线、骨架曲线及刚度退化曲线,并进行了延性与耗能分析。结果表明:较低的轴压比有利于承载力、延性及耗能的增加,但刚度降低;更高的混凝土强度有助于耗能能力的提升,但延性下降,承载力变化不大;当提高钢材强度时,承载力、延性及耗能均明显提升。     

方钢管混凝土柱-钢梁栓焊混合节点抗震性能试验研究

钢管混凝土柱-钢梁节点符合装配式结构发展需求,在工程中得到广泛应用。而以往震害发现,钢梁与柱壁焊缝在地震中易断裂而导致结构破坏。因此,将外肋环板与隔板贯通节点相结合,提出一种上环下贯式方钢管混凝土柱-钢梁栓焊混合节点。设计5个不同连接方式、柱形式和竖向肋板尺寸的方钢管混凝土柱-钢梁节点构件,通过低周往复荷载试验分析节点的破坏模式、滞回性能、延性和耗能能力。研究结果表明：所提出的新型方钢管混凝土柱-钢梁栓焊混合节点具有良好的抗震性能,等效黏滞阻尼系数比全螺栓节点高30%以上,满足强柱弱梁设计准则。上环下贯式比环板式节点具有良好的延性性能,方钢管混凝土柱能有效提高节点的承载能力和刚度,改变竖向肋板厚度和采用全螺栓连接形式对节点破坏模式影响显著。     

矩形钢管混凝土柱与钢梁半刚性节点的抗震性能试验研究

本文进行了两种矩形钢管混凝土柱与钢梁半刚性连接节点———加劲端板(SEP)连接节点与双T板(DST)连接节点在柱端低周反复荷载作用下的拟静力试验,目的在于了解这两类节点在不同轴压比下的滞回性能、强度与刚度退化、延性与破坏机制。并与常规焊接翼缘板(WFP)连接节点作了比较。结果表明:不同轴压比对节点转动有一定的影响,加劲端板(SEP)连接节点与双T板(DST)连接节点具有良好的转动延性与耗能能力。     

方钢管混凝土柱-钢梁外加强环节点滞回性能的实验研究

进行了8个方钢管混凝土柱-钢梁外加强环式节点试件在恒定轴力和水平往复荷载作用下的滞回性能实验研究,考察了钢管混凝土柱轴压比和环板宽度对节点力学性能的影响。结果表明:柱轴压比对节点的水平承载力和抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,节点的水平极限承载力下降,位移延性和耗能能力降低;不同环板宽度节点的滞回曲线均为饱满的梭形,强度和刚度退化不明显;本次试验的8个节点试件的层间位移延性系数μ=3.00～7.41,弹性极限位移角θy≈2.03[θe]～5.30[θe],弹塑性极限位移角θu≈1.78[θp]～3.90[θp],等效黏滞阻尼系数he=0.3576～0.5339,均满足抗震设计要求。     

方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点抗震性能试验研究

为研究方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点的抗震性能,进行了5个节点拟静力试验研究,分析了端板厚度、螺栓直径、混凝土强度和轴压比等因素对承载力、弯矩-转角曲线、耗能能力、承载力衰退、刚度退化、延性以及破坏模式的影响。研究结果表明：方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点均属于半刚性节点,初始转动刚度随着端板厚度和螺栓直径增大而提高,但节点的极限转动能力随着端板厚度的增大而减小;当承载力由端板或钢梁控制时,其具有良好的转动和耗能能力;试件承载力退化系数在0.8～1.0之间,变化幅度不大,刚度退化相比荷载退化严重;设计中应避免高强螺栓发生脆性破坏。     

对拉钢筋加劲L形截面钢管混凝土柱抗震性能研究

制作了1根对拉钢筋加劲L形截面钢管混凝土柱试件和2根非加劲L形截面钢管混凝土柱试件,对其进行低周往复水平荷载作用下的滞回性能试验,考察对拉钢筋和轴压比对其抗震性能的影响规律。结合Open Sees有限元分析,研究其破坏模式和滞回性能,分析对拉钢筋的作用以及钢管对混凝土的约束作用。结果表明:对拉钢筋能有效限制钢板的局部屈曲以及阴角处钢管和混凝土的脱离,保证钢管和混凝土共同工作;轴压比从0.3增加到0.6时,非加劲L形截面钢管混凝土柱的耗能能力及延性均降低;相同轴压比下,相比非加劲L形截面钢管混凝土柱,对拉钢筋加劲L形截面钢管混凝土柱的破坏程度明显减轻,耗能能力及延性明显提高;有限元分析结果基本能反映试件在低周往复水平荷载作用下的抗震性能。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能试验研究

进行了3榀方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的低周反复加载试验,分析了轴压比和梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。得到了框架的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及各阶段的荷载和位移值,分析了框架的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化。试验结果表明：框架滞回曲线饱满,具有良好的变形性能和耗能能力;增大轴压比将降低框架的延性和水平极限承载力,提高框架的耗能能力;增大梁柱线刚度比将降低框架的延性和耗能能力,提高框架的水平极限承载力。试验结果可为方钢管混凝土柱-钢梁框架的工程应用提供参考。     

钢管混凝土柱-钢梁框架边节点有限元分析

文中利用ABAQUS对多层框架结构中存在空鼓的内隔板式矩形钢管混凝土柱-H型钢梁边跨节点,从钢管壁厚、轴压比两个变量因素进行模拟对比分析研究,结果表明在弹性阶段范围内,节点随着钢管壁厚的增加,钢管混凝土柱对边存在空鼓的试件的刚度逐渐增加,承载力有所提高;节点随着轴压比的增加,极限承载力、强度、刚度、抗震性能有所减弱,但是延性变形能力稍有增加。     

复式钢管混凝土钢梁半穿心节点抗震性能研究

设计了复式钢管混凝土钢梁半穿心加肋加腋型节点,制作了4个梁柱试件组合体进行低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件建立了节点数值分析模型.半穿心节点刚度较大,破坏模式主要为梁端塑性铰破坏,节点试件的滞回曲线呈明显的纺锤形,耗能性能较好,有限元分析结果与试验结果吻合较好.利用有限元模型研究了节点构造、几何参数和材料参数对半穿心节点的破坏模式和承载力的影响.参数分析表明:梁柱线刚度比及轴压比对节点初始刚度影响显著;轴压比和钢梁强度对节点极限承载力影响较大;而节点的变形能力受轴压比影响较大;钢梁强度和轴压比的提高可导致柱端发生压弯破坏.通过试验和有限元模拟可知,半穿心节点能够满足刚性节点初始刚度、承载力及延性等方面的要求且抗震性能较好.     

复式钢管混凝土钢梁半穿心节点抗震性能研究

设计了复式钢管混凝土钢梁半穿心加肋加腋型节点,制作了4个梁柱试件组合体进行低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件建立了节点数值分析模型.半穿心节点刚度较大,破坏模式主要为梁端塑性铰破坏,节点试件的滞回曲线呈明显的纺锤形,耗能性能较好,有限元分析结果与试验结果吻合较好.利用有限元模型研究了节点构造、几何参数和材料参数对半穿心节点的破坏模式和承载力的影响.参数分析表明:梁柱线刚度比及轴压比对节点初始刚度影响显著;轴压比和钢梁强度对节点极限承载力影响较大;而节点的变形能力受轴压比影响较大;钢梁强度和轴压比的提高可导致柱端发生压弯破坏.通过试验和有限元模拟可知,半穿心节点能够满足刚性节点初始刚度、承载力及延性等方面的要求且抗震性能较好.