蜂窝式钢框架结构抗震性能试验研究

该文通过低周反复荷载试验对蜂窝式钢框架抗震性能进行研究。分析其在地震作用下的受力过程、破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性等抗震性能。分析结果表明:蜂窝框架在地震作用下有较好的抗震能力,结构的破坏特征主要体现在蜂窝梁上;通过腹板开孔削弱可以控制梁端塑性铰形成位置,使得最大塑性区移至梁腹板削弱处,减小了梁柱连接处的转角,能有效的避免梁柱连接焊缝的脆性断裂,提高了钢框架结构的延性。     

梁腹板开圆孔钢框架梁柱节点的性能研究

梁腹板开圆孔节点是根据地震作用下钢框架梁柱节点可能产生脆性破坏的现象而提出的一种新型削弱型节点,该节点兼备提高建筑净空的优点,并不增加施工难度。在梁腹板上开设孔洞,不会影响梁的整体稳定性,只会影响梁的局部稳定性,并且由于梁翼缘参与抗剪比重增大,其抗剪承载力也不会发生较大幅度的下降。对梁腹板开圆孔节点进行的有限元分析表明:在适当位置开设一定大小的圆孔,可以首先在梁削弱截面处会形成空腹梁机制(Vierendeel mechanism),迫使塑性铰出现在梁上削弱部位,远离梁根部节点焊缝区,并且节点承载力不发生显著下降。节点实验的结果与有限元分析相吻合,即梁柱连接焊缝的脆性断裂是传统节点的主要破坏形式,而削弱处形成的空腹梁机制是导致梁腹板开圆孔节点破坏的原因,如果开孔合适,腹板开孔节点的各项性能指标下降幅度很小(5%以内),但可确保塑性铰产生在梁上。根据梁腹板开圆孔节点不同的受力状态可以将梁段划分为三种区间,即格构式梁段、过渡段和实腹式梁段,如果腹板所开圆孔合适,过渡段会先形成空腹梁机制,并满足预期的设计目标。     

钢框架梁腹板开孔型连接节点力学性能试验研究

钢框架梁柱节点的连接性能研究引起国内外的广泛关注,尤其是通过改善节点的变形性能从而提高结构的延性已成为钢结构研究的焦点。依据“强柱弱梁”的抗震设计原则,按照控制塑性铰位置的思路,对梁腹板上开孔的节点形式进行了反复荷载历程下的五个试件试验研究,探讨了梁柱节点区域内截面应力分布规律、滞回性能、节点破坏模式及极限承载能力,并利用ANSYS进行详细计算和对比分析。此外,通过一个单跨框架结构利用ABAQUS有限元程序计算分析,初步探讨了不同塑性铰位置对结构延性的影响。理论计算及试验结果表明,合理采用此类节点,可以使节点破坏模式从脆性破坏转变为梁的局部屈曲破坏,降低连接焊缝脆性破坏的可能性,达到了控制塑性铰位置的目的,从而改善框架结构的整体延性。     

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。     

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。     

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,在进行工程设计时应予以重视。     

PC框架结构基于易损性的“强柱弱梁”设计方法研究

研究和震害均表明,按规范设计的钢筋混凝土框架结构很难实现"强柱弱梁"的破坏机制。当前指导我国预应力混凝土（PC）框架结构抗震设计的04规程是以01抗震规范为基础编制的,滞后于10抗震规范,因而,有必要进行PC框架结构"强柱弱梁"设计方法的研究。首先,考虑进行PC框架设计时其梁中受力钢筋预先确定的特点,提出均采用抗震等级为一级的RC框架结构"强柱弱梁"设计的方法,即:依据梁端实际抗震受弯承载力来调整其柱端弯矩的方法;其次,针对与新方法匹配的柱端弯矩增大系数的合理取值问题,依据04规程设计了抗震等级为一、二、三级的4个多层PC框架,并在OpenSees平台上对其建立非线性分析模型,建模时以框架能形成"强柱弱梁"的屈服机制为目标,在罕遇地震作用下,采用除框架底层柱下端外其他柱截面的纵筋均不屈服的梁铰机制,对每个框架分别输入35条地震波进行罕遇地震作用下的响应分析,并对柱端弯矩增大系数的需求值进行统计,结果表明:PC框架结构边节点和中节点处的柱端弯矩增大系数,在抗震等级为三级时可分别取1.05、1.0,二级时分别取1.25、1.15,一级时分别取1.3、1.2;最后,按新方法对抗震等级为二、三级的两个PC框架进行重新设计,并对其进行基于IDA的易损性分析,验证了本文所提出的设计方法的实用性。     

基于微观断裂机理的高强钢框架梁柱节点抗震性能有限元分析

梁柱节点在地震作用下的抗断性能直接影响钢框架结构体系的抗震性能,关系到能否实现强节点、弱构件的设计原则。为深入研究高强钢框架梁柱节点在低周往复荷载下的抗断裂性能,该文采用考虑累积损伤作用的循环微孔扩张模型CVGM模拟开裂,并通过有限元软件ABAQUS建立梁柱节点的精细化三维有限元模型,利用用户子程序USDFLD将CVGM嵌入节点的有限元模型中。利用该模型模拟计算了21个不同构造形式、不同钢材强度等级的梁柱节点试件的抗震性能,得到的节点荷载—变形滞回曲线、承载力、断裂循环次数等均与试验实测结果吻合良好,表明CVGM对预测低周循环荷载下梁柱节点超低周疲劳断裂具有较好的准确性,且适用于不同的循环荷载工况和钢材强度等级。该文的研究工作为高强钢框架梁柱节点的抗震性能评估和防断设计提供了计算手段和基础条件。     

基于数值子结构方法的低延性RC框架结构抗震性能精细化分析

该文以钢筋混凝土低延性框架结构为分析对象,总结该类结构及相关构件数值分析研究现状;基于桁架模型研究柱及节点组合体等关键构件的精细模型化思路与方法,并分别采用试验予以验证;以此为基础,借助在Open Sees软件中开发的数值子结构方法及平台,以汶川地震中严重受损的多层钢筋混凝土框架结构为对象建立精细化数值子结构模型,通过局部构件的精细分析研究其在强震作用下的抗震性能及失效模式。经该文研究表明采用桁架模型建立易于发生脆性破坏的柱及节点组合体等关键构件的精细化模型合理且准确;选择数值稳定且更适用的精细化模型与数值子结构平台分析涉及不同类型且易发生脆性破坏的低延性结构更具优势;针对低延性框架,不宜采用位移角限值作为结构性能评估的唯一判断依据,在分析中需考虑未达到目标位移前结构可能发生的脆性破坏模式。     

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。     

翼缘削弱型钢框架梁柱节点的性能研究综述

介绍了1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震后钢框架新型延性节点的发展状况,着重讨论了狗骨式节点的性能研究进展,指出通过削弱梁翼缘可以有效提高钢框架的抗震性能,达到延性设计的目的。最后,探讨了狗骨式节点在今后的研究方向。     

钢框架不同构造形式焊接节点抗震性能分析

研究节点的构造形式对于改善钢框架结构的延性、防止发生脆性破坏、提高结构的抗震能力有着重要的意义,为了系统全面地对比不同构造形式对于钢框架焊接节点抗震性能的影响以及构造形式对于节点在地震作用下的反应和破坏形态的改变作用,采用通用有限元软件ABAQUS 建立非线性有限元模型,结合国内外已有的钢框架焊接节点拟静力试验,验证了建立的有限元模型对模拟局部屈曲的准确性和适用性。通过建立九种不同构造形式的节点模型,与标准节点在承载力、刚度、滞回性能、退化特性、断裂倾向指数、破坏形态以及塑性铰位置等进行对比分析,深入探讨不同构造形式节点的受力性能,为工程应用提供重要依据。分析结果表明:剪切域强弱对于节点的破坏模式有较大影响;同时考虑抗震效果、建筑要求以及经济指标,削弱型节点并没有过多的削弱节点承载能力以及刚度,并且滞回性能稳定,“狗骨头”型节点存在侧向稳定性问题,而腹板开洞型节点无论是在滞回性能还是破坏形态方面都具有较好的表现。     

采用单侧角钢的梁柱可更换连接件抗震性能试验研究EI北大核心CSCD

采用单侧角钢的可更换梁柱连接件是指在梁柱连接处设置钢连接件,连接件腹板设置摩擦耗能黄铜片,同时翼缘单侧通过可更换角钢连接,并在连接件及钢梁内部张拉预应力钢绞线。结合2个未设置可更换角钢试件、1个双侧设置可更换角钢试件及5单侧设置可更换角钢试件的低周反复加载拟静力试验,重点对单侧设置角钢的可更换梁柱连接件的破坏形态、承载能力、耗能能力、刚度退化等抗震性能及自复位能力开展了研究。研究结果表明:设置角钢对试件的抗震性能有较大提升,单、双侧设置角钢对连接件抗震性能的影响差距较小,且单侧设置角钢具有避免影响梁上楼板的布置与施工的优势;增厚连接段翼缘对试件抗震性能提升有限,通过在薄翼缘连接件上设置角钢能够达到与厚翼缘连接件相当的效果,其更加经济适用;单侧设置角钢的梁柱连接件震后可方便的更换受损角钢构件从而恢复试件的抗震性能,且震后更换更厚角钢可实现抗震性能的超越。该新型采用单侧角钢的可更换梁柱连接件经合理设计与控制,可以很好地实现“中震复位,大震更换”机制,为抗震设计提供参考。     

钢管混凝土组合结构全螺栓隔板贯通节点的抗震性能试验研究

该文以方形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓隔板贯通连接节点为研究对象,以梁偏心为参数,进行了2个足尺的节点试件SJ1和SJ2的低周往复荷载试验,研究了该类型节点的破坏机理与抗震性能。通过试验数据处理与分析得出了该节点类型的破坏机理、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力及刚度变化规律;通过隔板应变分析验证了试件的破坏机理。试验结果表明:该类型节点具有很好的抗震性能,节点承载力高,滞回曲线饱满,延性系数较大,耗能能力强等特点;主要变形发生在梁端塑性铰区域,隔板与柱连接处容易出现应力集中现象。两组节点在设计时均考虑了抗震设计要求,破坏形式基本相同,以隔板端部梁翼缘及腹板屈曲破坏为主,但由于SJ2梁存在偏心,在荷载作用下节点下隔板与柱连接处被撕裂。     

负载下盖板加固梁柱刚接节点的简化力学模型

国外已有的试验研究表明:没有初始荷载的情况下采用盖板加固的梁柱刚接节点受力性能良好,其破坏模式都是在盖板末端的梁截面上出现塑性铰;但对于负载下加固节点的受力性能研究则较少。该文在有限元研究的基础上,对盖板和原节点之间的相互作用关系做出合理的假设,并提出了模拟盖板加固的简化力学模型,进一步研究了负载下加固节点的受力性能。通过简化力学模型分析,得到了负载下加固节点中初始荷载与新增荷载在加固盖板与原节点之间的分配关系,负载下盖板加固节点不能视为一个整体来设计,平截面假定也不再满足。同时简化力学模型计算结果表明盖板长度对最终荷载在盖板和原节点之间的分配关系影响很小,盖板厚度是节点负载下加固的主要几何设计参数。     

一般大气环境下低剪跨比RC框架梁抗震性能试验研究

为研究一般大气环境下受酸雨侵蚀RC框架梁的抗震性能,在人工气候模拟实验室对7个剪跨比为2.5的RC框架梁试件进行人工模拟酸雨环境（PH=3.0）加速侵蚀试验,随后对其进行拟静力试验,得到不同钢筋锈蚀程度和配箍率下框架梁抗震性能的衰减规律。结果表明:酸雨侵蚀初期,酸化深度较小时,钢筋尚未锈蚀,试件的承载力、刚度、延性和耗能能力略有增加;酸雨侵蚀后期,酸化深度接近钢筋表面时,钢筋开始锈蚀,且锈蚀程度随酸化深度的增大不断加重;随钢筋锈蚀率的增大,试件的强度、刚度、延性和耗能能力均发生不同程度的退化,表现为构件的承载力和变形能力下降;锈蚀程度相近时,随着配箍率的减小,试件的承载力和刚度不断减小,延性和变形恢复力也逐渐降低,抗震能力变弱。     

可恢复功能的装配式预应力钢框架拟动力试验研究

针对高层建筑,提出了腹板摩擦耗能的可恢复功能装配式预应力钢框架结构体系和性能化设计目标。并设计了一个3×5跨4层原型结构,进行了0.75倍缩尺的子结构拟动力加载试验。试验结果表明:装配式预应力钢框架具有良好的开口闭合机制,震后能够自动复位和恢复结构功能。试验结束后,钢绞线索力损失在8%以内,说明钢绞线、锚具性能和钢预应力的施加方法是可靠的。结构实现了“多遇地震无开口、无损伤,设防地震开口耗能且主体结构无损伤、罕遇地震结构损伤很小能正常使用,超罕遇地震主体结构损伤较小且仍能正常使用”的性能化设计目标。