框架梁与大直径钢管混凝土柱连接节点试验研究

本文对2组框架梁与大直径钢管混凝土柱连接节点试件进行了有无柱顶轴力作用下的反复加载试验和弹塑性有限元分析。试验和分析结果表明,此类大直径钢管混凝土柱梁节点中,内加劲环宽度为1/10管径的带端板节点连接构造和内加劲环宽度为1/6管径的节点连接构造均能够满足传力要求,并表现出较好的承载特性和耗能能力。采用弹塑性非线性有限元分析得到的节点应力分布状况、传力路径和破坏形态与试验结果基本吻合。因此,此二类节点均可在结构设计中采用。     

钢管混凝土柱钢—混凝土竖向荷载传递机理研究现状

首先结合工程中钢管混凝土柱实际受力特点,对传力构造、粘结作用、抗剪连接件这3种传力路径进行阐述,总结了国内外有关钢管混凝土柱中钢管-混凝土之间竖向荷载传递的试验与理论研究成果;探讨了这3种荷载传递路径的研究现状与不足,结合以往研究对钢管混凝土柱粘结受力状态进行分析;对美国规范(AISC)、欧洲规范(EC 4)、日本规范(AIJ)及我国规程(CECS 159:2004)的相关设计条文及构造措施进行归纳,简要分析了各国规范针对组合结构钢-混凝土竖向荷载传递的设计方法及局限性;最后,针对超高层建筑中框架-核心筒结构体系钢管混凝土巨型柱竖向荷载传递问题,提出了几种保障核心混凝土及时有效参与承担竖向荷载的节点构造措施,并结合已有的研究现状提出尚需进一步解决的问题。     

轴压作用下矩形钢管混凝土柱性能研究

为对比分析设置不同传力构件对矩形钢管混凝土柱在轴压作用下共同工作性能的影响,在钢管壁内侧设环向加劲肋和栓钉,不考虑钢管壁与核心混凝土间的摩擦粘结作用,利用有限元软件ABAQUS,进行轴压作用下矩形钢管混凝土柱共同工作性能研究分析。结果表明,在矩形钢管混凝土柱楼层节点区钢管壁内设环向加劲肋和栓钉,混凝土浇筑理想施工情况下,可以将作用在钢管壁上的部分外荷载传递于核心混凝土,迫使混凝土参与部分工作,改善了矩形钢管混凝土柱的受力性能,且栓钉作用较小。     

高铁虹桥站钢桁架-钢管混凝土柱节点性能试验研究

最近建设完成的京沪高速铁路上海虹桥站结构中,有一种钢桁架-钢管混凝土柱焊缝连接的新型节点,该节点构造和受力性能极其复杂。本文对该节点进行了1∶4缩尺模型承载力试验研究,介绍了如何实施对该复杂节点加载的试验方法,讨论了节点的受力性能、薄弱环节和破坏模式。试验表明该节点构造设计有效,具有足够的承载力,可达到设计荷载的3倍,并具有良好的塑性变形能力。但是,节点也显示出薄弱坏节,表现为在钢桁架受拉斜腹杆翼缘与节点环板竖向加劲肋的焊接部位出现开裂现象。建议适当增大受拉斜腹杆端部的翼缘弯折曲率半径,平缓腹杆向竖向加劲肋的传力,可使节点性能得到进一步完善。     

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。     

复式钢管混凝土外钢管不连通环梁节点抗震性能试验研究

设计一种用于复式钢管混凝土结构的新型外钢管不连通环梁节点,介绍该新型节点的构造和制作过程,进行四个梁柱组合体低周反复荷载试验,研究新型节点的抗震性能。试验结果表明:新型节点具有较好延性和变形能力,增加环梁配筋率和柱内钢管尺寸可提高节点的承载力。通过合理的构造措施,外钢管不连通环梁节点中内钢管混凝土、竖向插筋和密排环箍以及周边环梁一起保持了钢管混凝土柱的连续性,节点整体性强,满足结构设计"强柱弱梁"及"强节点弱构件"的设计原则,具有较好的抗震性能。     

钢管混凝土梁柱节点受力性能的试验研究

钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱节点受力性能是影响钢管混凝土柱结构应用的最关键问题。针对某电信枢纽中心的工程实践提出了穿心暗牛腿 环梁的新型节点构造形式 ,对其依据相似原理进行了静载及反复荷载下的节点模型试验研究。结果表明 ,该节点传力路线明确、合理 ,受力性能较好。根据试验结果改进后的新型节点已用于工程实践。     

复式钢管混凝土柱-钢梁节点应力分布与传力机制研究

在外方内圆复式钢管混凝土柱-H型钢梁节点拟静力试验研究基础上,建立了组合节点的非线性有限元模型,研究了组合节点的滞回曲线、骨架曲线和破坏形态,分析了节点核心区水平端板、锚固腹板、竖向肋板以及内外钢管的应力分布,探讨了此类组合节点的传力机制。结果表明,建立的非线性有限元模型能较好地反映组合节点在低周往复荷载作用下的力学性能,节点核心区的应力较大值出现在水平端板变截面处和锚固腹板加肋处,钢梁翼缘的应力通过水平端板传递给锚固腹板和竖向肋板,竖向肋板的应力进一步传递给外方钢管柱腹板,而锚固腹板的应力则传递给内外钢管柱翼缘以及钢管内混凝土中,且锚固腹板与竖向肋板表现出很好的协同工作性能。试验及有限元分析均表明此类新型组合节点抗震性能较好、应力分布合理、传力路径清晰,可用于抗震设防区的建筑中。     

新型钢管混凝土柱环板节点的非线性有限元分析研究

钢管混凝土柱与梁的节点构造和受力分析是钢管混凝土柱结构推广应用的关键技术所在。提出一种新型钢管混凝土柱环板节点,并利用有限元分析软件ANSYS,对该新型钢管混凝土柱环板节点进行空间非线性有限元分析,分析垂直对称荷载作用下该新型构造节点内的应力分布情况和内力传递机理,并与穿心节点和不穿心的环梁节点进行比较分析。分析结果表明,该新型钢管混凝土柱环板节点能有效地传递梁端内力,且构造简单,施工方便,可为钢管混凝土柱节点的设计提供参考和选择。     

超大截面钢管混凝土柱分配梁构造节点下轴压荷载传递试验研究

为保证超大截面矩形钢管混凝土柱中钢管和混凝土的共同工作性能,在前期研究的基础上对荷载作用于管壁的超大截面矩形钢管混凝土柱1∶5缩尺模型进行轴压承载力试验研究,试件在节点核心区采用压力分配梁构造参与荷载传递,试验参数考虑钢管宽厚比、压力分配梁刚度。结果表明:所有试件试验承载力均基本达到90%以上名义承载力(Nu=fyAs+fckAc),表明采用压力分配梁构造具有良好的荷载传递性能;竖向荷载通过界面黏结强度及滑动摩擦力传递至核心混凝土非常有限,主要通过分配梁传递至核心混凝土;分配梁刚度的变化会导致试件破坏模态的转变,分配梁H200×100×10×10试件为混凝土压溃破坏,分配梁H130×70×6×6试件为钢梁剪切撕裂破坏,且分配梁刚度相对较小时尽管试验承载力达不到名义承载力,但具有更好的延性性能;采用分配梁构造无法保证钢-混凝土之间变形协调,主要原因是分配梁加载过程中产生较大塑性变形,但试验荷载-位移曲线及破坏模态表明分配梁与钢梁周围混凝土的组合作用能够保证竖向荷载直接有效地传递至核心混凝土。     

钢管混凝土柱-钢梁外环板节点抗弯承载力计算方法

基于ABAQUS软件建立了钢管混凝土柱-钢梁环板节点的三维有限元数值模型,通过已有试验结果与数值计算结果的对比校验了有限元模型的适用性.基于数值分析结果,分析了此类节点的受力特性,并利用有限元模型进行了参数分析,探讨了环板宽度、柱截面含钢率、钢梁极限弯矩、钢管强度、钢梁材料强度、混凝土强度、柱轴压比、梁柱线刚度比等参数...     

钢管混凝土节点抗弯刚度非线性分析

目前,对钢管混凝土节点刚性的研究还处于定性分析阶段,尚无定量分析的相关成果。为此,利用有限元软件ANSYS,建立钢管混凝土外加强环式节点的三维非线性有限元模型。以环板宽度、环板厚度、柱径、柱壁厚度、梁高以及轴压比等为参数,采用单因素法和正交设计法,对影响节点抗弯刚度的因素进行分析,在此基础上提出节点抗弯刚度的计算公式,并对节点刚性进行分析,得到各有关因素对节点刚度的影响规律:1)随着环板宽度、钢管壁厚等增加,相对刚度-K呈线性增加;2)柱管直径与相对刚度-K为负指数关系;3)梁高变化对相对刚度-K没有影响;4)在轴压比超过0.5时,相对刚度-K有较大程度的下降。另外,对外加强环式节点,采用EC3提出的节点分类准则进行抗弯刚性分析,当按所提出的公式计算得到的节点刚度值大于8时,可以满足刚性要求。     

高轴压比下复式钢管混凝土柱 钢梁连接节点抗震性能试验

为了研究高轴压比下复式钢管混凝土柱 钢梁连接节点的抗震性能,按照现行规范设计了3个强柱弱梁型复式钢管混凝土外环板节点试件,进行了低周往复加载试验,研究其在高轴压比下的破坏形态、承载能力、变形能力以及耗能能力等。结果表明:增加水平环板的宽度可以有效提高节点的延性;锚固腹板加肋可以增加梁柱连接节点的初始刚度,增强节点的整体性,从而提高节点的承载能力和耗能能力;节点试件的破坏表现为钢梁翼缘首先发生屈服,随着水平荷载加大,试件同时出现梁端塑性铰和柱端塑性铰的破坏形态,锚固腹板加肋和水平环板加宽的试件在加载后期出现明显的柱端压弯破坏,各节点核心区应力较小,基本处于弹性阶段,因此高轴压比下复式钢管混凝土柱 钢梁连接节点可实现强节点要求,但不能满足“强柱弱梁”的抗震设防要求。     

后包钢管混凝土框架节点抗震性能试验研究

结合工程实践,进行了三个不同形式的后包钢管混凝土框架节点和一个普通钢管混凝土框架节点的低周反复加载试验。研究后包钢管混凝土框架节点承载能力和抗震性能,以及不同钢管厚度、不同加劲肋形式对节点承载能力和抗震性能的影响。试验结果表明,后包钢管混凝土框架节点的抗震性能不低于普通的钢管混凝土框架节点。研究为加固钢筋混凝土柱提出了一种新方法。     

钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁外加强环节点抗震性能试验研究

针对实际工程设计中的钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁外加强环节点,对其进行抗震性能试验研究。以3个不同外加强环形式的平面中节点的低周反复荷载试验为基础,结合有限元分析,对节点的承载力、刚度、延性、耗能能力、变形性能以及外加强环的应变分布规律进行分析。研究结果表明：不同外加强环形式的试件在梁端往复荷载作用下的破坏过程和破坏模式基本一致,试件的整体滞回性能和承载力、刚度退化规律也很相近,外加强环应变分布规律基本相同,均具有良好的承载力、延性及耗能能力。基于研究结果,对采用外加强环的钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点的构造措施提出了建议。     

加强环式钢管混凝土柱-钢梁节点的刚性研究

借助ANSYS软件建立实体模型来分析加强环式钢管混凝土柱节点的性能;制作了6个比例1:3的节点模型进行试验,研究节点在不同钢梁尺寸下的受力变形性能和半刚性特性,并利用试验结果对有限元模型的适用性进行了校核,得到与实际相符的有限元模型;然后在此模型基础上,对三种形式的加强环节点进行刚度分析比较,确定计算模型。分析表明,加强环式钢管混凝土柱节点在梁端荷载作用下,之间存在着相对转动;加强环形式对节点刚度有一定影响,整环节点的刚度要比部分环节点刚度大,部分环节点的刚度可按其相对的整环节点刚度的89%进行折减;在所有影响节点刚度的参数中,梁的截面高度影响最大,而梁腹板厚度几乎没有影响;最后确定的该节点的M-θ模型,可以在设计时参考使用。     

高温下钢管混凝土结构节点的简化计算方法

本文在建立了高温下钢管混凝土柱一钢梁外加强环节点有限元分析模型的基础上,分析了在不同恒高温下环板宽度、钢管厚度、钢梁翼缘宽度和厚度、梁高等参数对节点抗弯承载力和初始刚度的影响.在此基础上建议了高温下节点抗弯承载力和初始刚度的简化计算方法,并用欧洲规范EC3的连接分类方法对高温下节点刚性进行了分析.     

法兰连接钢管混凝土柱-钢梁外加强环节点受力性能研究

钢管混凝土柱-钢梁混合结构是工程常用的结构形式.为了有效减小钢管混凝土结构在施工现场的焊接工作量,提高钢管混凝土柱-钢梁节点的安装效率,提出了一种基于法兰连接和外加强环的钢管混凝土柱-钢梁连接装配方法,其特点是采用高强螺栓、刚性法兰盘、外加强环板在同一位置实现了钢管混凝土柱-柱连接、钢管混凝土柱-钢梁连接.对采用该方法...     

T形截面钢管混凝土组合柱－钢筋混凝土梁加强环筋连接节点抗震性能试验研究

在传统外加强环节点的基础上,提出一种T形截面钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁加强环筋节点。以牛腿长度、环筋直径和环筋设置方式为主要参数,设计了7个节点试件,并通过静力和拟静力试验,探讨了试件的破坏特征、受力和抗震性能。研究结果表明：设置环筋的试件表现出典型混凝土梁端塑性铰破坏,未设置环筋的试件破坏源于牛腿翼缘与管壁间焊缝撕裂,呈脆性破坏;屈服前梁端纵筋承担了绝大部分弯矩,并通过环筋和牛腿实现了弯矩和剪力在梁柱间的可靠传递;带环筋试件滞回曲线呈饱满的弓形,而无环筋试件滞回环捏拢严重,呈耗能能力很差的Z形;各试件承载力退化趋势基本一致,且均出现明显刚度退化,具有相似的割线变化规律;节点域剪切变形对结构变形的影响几乎可以忽略不计;加大牛腿长度能显著提高节点初始刚度与极限荷载,小直径环筋在往复荷载作用下能够达到屈服,减少节点域环筋数量虽对初始刚度及耗能性能影响较小,但承载力却出现了一定幅度的降低。钢管混凝土组合柱 钢筋混凝土梁加强环筋节点抗震性能良好,能够实现“强节点弱构件”的抗震设计目的。