螺栓连接钢管混凝土节点及框架力学分析

利用有限元软件ABAQUS对螺栓连接的钢管混凝土节点和单层单跨框架进行有限元计算研究。确保钢管混凝土在ABAQUS中建立模型的正确性,本文首先对钢管混凝土梁柱节点进行了模拟,并与其试验相对比,以确保材料的本构模型、计算模型、接触面定义等基本参数输入的正确性;在此基础上,利用ABAQUS对螺栓连接的单层单跨钢管混凝土框架进行单调加载与循环加载,通过分析钢管混凝土框架梁端的荷载—位移曲线,阐明钢管混凝土框架力学性能。     

半刚性连接钢管混凝土框架动力特性的非线性有限元分析

应用有限元软件ABAQUS建立半刚性连接的钢管混凝土平面框架模型,采用SPRING2单元模拟半刚性节点,节点采用具有半刚性特性的不同弯矩-转角曲线作为约束条件。对比了2层两跨半刚性框架试验的荷载-位移模拟曲线和试验曲线进行模型验证。基于验证结果,对一典型6层三跨半刚性连接的钢管混凝土框架进行了模拟,分析不同连接刚度条件对钢管混凝土组合框架的抗震性能影响。结果表明:半刚性连接对钢管混凝土框架结构的抗震性能影响显著。相对于刚接,采用半刚性连接时,钢管混凝土框架结构底层剪力明显减小,低阶振型的自振周期增大,结构动力响应变化很大。     

钢管混凝土柱与组合梁端板连接的非线性有限元分析

为了研究钢管混凝土组合框架梁柱半刚性连接的受力性能与破坏形式,本文采用ABAQUS软件建立了钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁端板连接的非线性有限元模型。该模型考虑了材料非线性、几何非线性和复杂接触问题,确定了钢管核心混凝土和楼板混凝土的本构关系模型、各组件的复杂接触关系。研究了组合节点的柱端水平荷载-水平位移关系曲线和破坏形式,并用试验结果验证了计算结果的准确性。进行了大量的参数分析,获得了在正、负弯矩作用下影响组合节点极限承载力和初始刚度的主要参数。研究结果表明:所建立的钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁端板连接的有限元模型具有较好的准确性,可以为半刚性钢管混凝土组合框架的理论研究提供参考依据。     

钢管混凝土柱-组合梁单边螺栓连接框架耐火性能研究

为明确钢管混凝土柱-组合梁单边螺栓连接框架的耐火性能,采用有限元方法分析了ISO 834 标准升温曲线火灾作用下,圆形钢管混凝土柱-组合梁单边螺栓连接框架的温度场和耐火极限。研究结果表明：提出的简化的HB 螺栓模型可以有效地对圆形钢管混凝土-组合梁框架的耐火性能进行分析。钢管混凝土柱横截面混凝土的网格划分方法对于钢管混凝土柱-组合梁框架的耐火极限影响较小。当节点连接可靠时,钢管混凝土柱-组合梁框架达到耐火极限时的破坏模式主要有柱破坏模式和组合梁破坏模式。     

采用外套管式单边螺栓端板连接节点钢管混凝土框架滞回性能研究

在考虑材料非线性、几何非线性、材料初始缺陷和残余应力的基础上,以轴压比和柱截面含钢率为主要设计参数,建立了外套管式单边螺栓端板连接节点钢管混凝土框架非线性计算模型,并对其进行往复荷载加载,分析外套管式单边螺栓端板连接钢管混凝土平面框架模型的破坏特征、滞回曲线与抗震性能,最后对影响框架的P-△关系曲线的各主要因素进行参数分析。研究表明,采用外套管式单边螺栓端板连接节点的钢管混凝土框架滞回曲线饱满,抗震性能优越,对影响框架的P-△关系曲线各主要因素进行参数分析的具体结果符合实际,可为此种节点连接的钢管混凝土框架的有关研究或工程应用提供参考。     

装配式复式钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能试验研究

为实现钢管混凝土框架完全装配式施工,提出了装配式复式钢管混凝土柱 钢梁框架结构,该结构包含复式钢管混凝土装配式柱 柱拼接节点和装配式加强块梁柱节点。为研究这些连接形式对复式钢管混凝土框架抗震性能的影响,完成了3榀1∶2缩尺框架模型(包括1榀节点栓焊连接框架、1榀装配式节点框架和1榀柱与节点全装配式框架)的拟静力试验,得到各试件的破坏模式、滞回性能、延性、刚度与承载力退化。3个模型均表现出良好的承载能力和延性,试验模型的最大层间位移角超过4%,位移延性系数大多超过4。结果表明：传统连接复式钢管混凝土框架和采用装配式方案后的框架均具备良好的抗震性能;所提的柱 柱拼接节点性能可靠,对框架的承载力、刚度和延性的影响很小;所提的加强块梁柱节点可有效改善框架的延性,并略提高框架的承载力。     

装配式轻型钢管混凝土框架-不同构造内藏钢板组合墙结构抗震试验

为提高村镇住宅的抗震性能,提出了一种装配式轻型钢管混凝土框架-内藏钢板组合墙结构。该结构由轻型钢管混凝土框架和内藏钢板组合墙组成。为研究不同构造内藏钢板组合墙对该结构抗震性能的影响,进行了4个足尺试件的低周反复荷载试验,比较了试件破坏特征、承载力、滞回性能、刚度退化、耗能能力等。采用“混合拉-压杆模型”对内藏钢板组合墙进行简化,并基于OpenSEES软件对轻型钢管混凝土框架-内藏钢板组合墙结构进行推覆模拟。研究表明：内藏钢板组合墙可显著提高钢管混凝土框架的承载力;钢筋暗支撑提高了内藏钢板组合墙的承载力,减缓了刚度退化并增加了耗能能力;“混合拉-压杆模型”较好地考虑了内藏钢板混凝土组合墙的受力特性,计算结果与试验结果吻合较好,可用于此类组合墙受力分析。     

钢管混凝土框架梁柱刚性抗震节点的试验研究

本文介绍了５个钢管混凝土框架梁柱刚性抗震节点的试验结果，其中２个试件采用钢梁，３个试件采用钢筋混凝土梁．试验结果表明，钢管混凝土框架梁柱刚性抗震节点有很好的抗震性能，能够保证钢管混凝土框架在地震区推广应用．同时，提出了钢管混凝土框架梁柱刚性节点抗震设计要点和合理的设计建议，可供设计时参考．     

装配式中空夹层钢管混凝土组合框架混合动力试验研究

为研究中空夹层钢管混凝土组合框架的抗震性能，设计了一个3跨10层的中空夹层钢管混凝土组合框架结构，利用OpenSEES建立了该结构的混合动力模型，以中跨底部两层框架为试验子结构，采用混合试验方法开展了装配式中空夹层钢管混凝土组合框架拟动力试验研究。根据试验结果，验证了混合动力模型的准确性，获得了组合框架在地震作用下的破坏模式和动力响应，分析了中空夹层混凝土柱和组合节点的受力性能，揭示了组合框架的整体抗震性能。结果表明：中空夹层钢管混凝土组合框架破坏模式包括节点端板鼓曲、梁下翼缘屈曲、楼板混凝土压溃和柱钢管鼓曲；在罕遇地震作用下整体结构未出现明显的破坏现象，框架整体呈现出良好延性；由于结构中部荷载较大，中柱比边柱更早进入屈服阶段，而组合节点能够通过自身转动产生的塑性变形耗散大部分地震能量，避免梁端出现塑性铰并减小传递给柱端的弯矩，进而改善柱端受力，提高组合框架的整体抗震性能。     

钢管混凝土子结构拟动力试验及有限元分析

为研究变轴力对圆截面钢管混凝土框架柱抗震性能的影响,对6根钢管混凝土柱分别在4个水准地震作用下的子结构进行了拟动力试验。基于试验结果,分析了轴力变化、径厚比和柱子类型等参数对钢管混凝土柱滞回特性、刚度退化、耗能等性能的影响。最后采用Open SEES软件对钢管混凝土模型柱进行有限元分析,并与试验结果进行对比分析,结果表明:钢管混凝土柱破坏现象主要为柱子塑性铰区域钢管的局部屈曲;罕遇地震作用下,轴力变化导致钢管混凝土柱滞回曲线"捏缩效应"相比定轴力柱的滞回曲线更加明显;变轴力试验柱的侧向最大位移和极限荷载相对较小;理论分析结果和试验结果吻合良好,表明Open SEES软件可准确地模拟地震作用下钢管混凝土框架柱的力学特性。