钢管混凝土柱-混合梁节点抗震性能试验研究

提出适用于装配式大跨度组合框架结构的钢管混凝土柱-混合梁节点. 为了研究节点的抗震性能及受力机理,对2个足尺中柱节点试件进行低周往复加载试验. 2个试件分别采用混合梁端型钢翼缘削弱式(RBS)节点以及梁端普通型钢节点. 对2个节点的破坏形态、耗能能力、承载能力、延性以及混合梁的应变分布规律进行对比分析. 试验结果表明,对梁端型钢翼缘的削弱处理可以有效促进试件在翼缘削弱区形成塑性铰,避免梁端焊缝的脆性破坏. 相比型钢未经处理的节点,翼缘削弱节点展现出更好的延性和耗能能力;梁底附加钢筋屈服后的黏结滑移会影响节点的耗能能力,在锚固长度满足规范要求的前提下,应适当增加其配筋率,以防止过早出现附加钢筋屈服后的黏结滑移.     

装配式钢管混凝土柱–混凝土叠合梁连接节点试验研究

在装配式钢管混凝土结构中,钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接方式较为复杂。首先设计一种钢管混凝土柱–混凝土梁连接节点,可以在工厂预制大部分构件,在现场进行装配,满足装配式施工要求。通过装配式施工制作5个梁柱节点试件,包括3个中间节点和2个端节点试件。对该5个节点试件进行试验研究,其中1个中间节点试件进行单调加载,考察节点的静力承载力与变形性能;其余4个试件进行低周反复加载,根据试验得出节点在低周反复荷载作用下的破坏特征及滞回曲线、延性系数、耗能能力和强度刚度退化规律等。结果表明:试件破坏位置均在叠合梁上,符合强柱弱梁及强节点弱构件的设计原则;叠合梁截面尺寸为200 mm×350 mm的试件滞回曲线较为饱满,没有明显的捏缩现象,延性系数介于3.77与6.60之间,平均等效黏滞阻尼系数为0.222,节点的抗震耗能能力较好;叠合梁截面尺寸为250 mm×450 mm的试件由于叠合梁中部箍筋没有加密,叠合梁发生了剪压破坏,节点耗能能力未得到充分发挥,可以通过加大箍筋加密区的长度提高节点的耗能能力;试件强度退化系数一般均大于0.9,表明强度和刚度退化比较稳定;所有节点试件的倒"T"形连接件钢板均没有屈服,其抗弯和抗剪承载力为钢筋混凝土梁1.3倍的设计,偏于安全。     

预制钢骨混凝土柱—钢梁组合节点试验研究

针对装配式混凝土结构中梁柱节点连接构造复杂、施工效率低等问题,设计开发了一种预制钢骨混凝土柱—钢梁组合节点,通过拟静力试验,研究不同梁端连接方式对新型节点抗震性能的影响。结果表明：不同梁端连接方式的节点试件均为梁端受弯破坏,破坏位置在翼缘连接板处,实现了节点域附近塑性铰外移的效果;翼缘连接板和混凝土的应变受梁端连接方式的影响较大,钢梁腹板、H型钢骨和纵向钢筋的应变受到的影响相对较小;栓焊混合节点和螺栓节点属于半刚性连接,焊接节点属于刚性连接;各试件的滞回性能良好,承载力和刚度退化性能稳定,延性系数在4.03~11.84之间,等效黏滞阻尼系数在0.24~0.36之间。该类型节点具有良好的承载能力和抗震性能,能满足现有抗震设计要求。     

不同连接形式的装配式混凝土梁柱节点受力性能试验研究

为研究不同连接形式的装配式混凝土梁柱节点受力性能,对1个现浇混凝土节点和2个装配式混凝土梁柱节点试件进行循环往复加载试验,分析节点的破坏特征、梁端弯矩—转角、节点核心区剪力—梁端转角、刚度退化、钢板的应变等。结果表明：方钢管连接的装配式混凝土节点呈梁端弯曲破坏,设置端板和水平连接板的装配式节点和现浇节点呈节点核心区剪切破坏。装配式节点的梁端弯矩和节点剪力显著提高,梁端转角显著增加,节点核心区剪切变形减小,刚度退化变缓,受力性能得到明显改善。在节点核心区设置方钢管和十字隔板作为钢骨架的节点受力性能最佳,远优于现浇节点。在节点核心区加入钢连接件,预制梁端设置预埋工字钢,现场采用焊接或者栓接装配,后浇连接区混凝土,这种连接形式能够有效传力,提升装配式节点的受力性能。     

装配式套筒连接CFST柱-RC梁节点抗震性能

结合装配式节点和钢管混凝土(CFST)柱-钢筋混凝土(RC)梁节点各自优点,提出新型装配式套筒连接CFST柱-RC梁节点.为探讨该类节点抗震性能,对8个足尺劲性装配式套筒连接CFST柱-RC梁节点进行了低周往复荷载试验研究,考察了柱轴压比、梁柱连接角度(45°、90°)、梁柱位置(中间节点、边节点)对该类节点抗震性能的影响,对节点破坏形态、失效机制、滞回性能、骨架曲线、位移延性和耗能能力进行分析.采用ABAQUS程序建立节点的精细有限元模型,验证了其正确性.研究表明:该类节点具有"强钢管混凝土柱-弱钢筋混凝土梁"、"强节点-弱构件"的理想失效机制和较高承载力,试件加载至3~4.5倍屈服位移时因套筒位置附近纵筋拉断而破坏;节点耗能能力较强,变形能力较好,45°节点的平均位移延性系数3,90°节点的平均位移延性系数4.     

多螺旋箍筋增强装配式混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

和普通复合箍筋相比,多螺旋箍筋对混凝土不仅具有更加优异的约束效果,同时还能节约钢材.提出在装配式混凝土结构中采用多螺旋箍筋进行加强.考虑节点约束强弱、节点位置、施工方式以及箍筋形式的影响,共设计2组足尺混凝土梁柱节点试件.通过低周往复荷载试验,对节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性以及强度退化等抗震指标展开讨论.结果表明强节点试件在梁端发生弯曲破坏,弱节点试件在节点发生剪切破坏.这些节点试件中,装配式中间节点破坏位移较小,滞回曲线更加饱满,延性系数更高,承载力更好.装配式边节点的破坏位移、延性系数、强度、刚度优于现浇节点.此外,多螺旋箍筋增强装配式梁柱节点承载力试验值均大于理论值,符合国家标准要求,并具备较好的安全冗余.     

装配式复式钢管混凝土节点抗震性能试验

提出一种便于灾后修复的装配式复式钢管混凝土节点。为明确端板厚度、柱轴压比、螺栓直径、混凝土填充度和内钢管截面形状对节点抗震性能的影响,对6个缩尺比为1∶2的节点试件进行拟静力试验,研究了节点的承载力、延性、刚度退化、承载力退化和耗能能力。结果表明:节点的破坏形态包含端板弯曲、钢梁翼缘屈曲、端板与翼缘间焊缝开裂和螺栓翘曲断裂;6个试件的荷载-位移滞回曲线饱满,表明节点具有较强的耗能能力;位移延性系数均大于4.89,具有良好的塑性变形能力和延性;强度退化系数基本保持在0.9~1.0,表现出良好的承载力稳定性;增大端板厚度,可显著提高节点的各项抗震性能指标;增大柱轴压比、提高混凝土填充度和方钢管代替内圆钢管均会提高节点承载力,而螺栓直径几乎不影响节点承载力;改变柱轴压比和螺栓直径对节点耗能影响极小,提高混凝土填充度和方钢管代替内圆钢管均会明显降低节点耗能能力。建立的非线性有限元模型得到的节点破坏形态、承载力与试验结果吻合良好。     

插接装配式混凝土梁柱节点抗震性能

为提高装配式混凝土结构的装配效率,提出一种基于局部型钢与混凝土组合结构形式的插接装配式混凝土梁柱节点.通过低周往复加载试验将插接装配式混凝土节点抗震性能与现浇混凝土节点进行对比,结果表明:插接装配式节点主要在梁端发生型钢与周边混凝土的滑移破坏.由于受到拼接区组合效应问题及不同材料间几何非线性变形的限制,该新型装配节点的耗能能力和初始刚度较低,但承载力较现浇节点高.由有限元分析可知,保证梁内型钢与周边混凝土可靠黏结的情况下,插接式节点能够具有良好的抗震性能.     

预埋角钢连接件的叠合板-钢梁装配式梁板节点抗震性能研究

为优化预制底板伸出胡子筋造成运输难度大、施工不便等问题,提出了一种带预埋角钢连接件的叠合板-钢梁装配式梁板节点,并将其与出筋的装配式梁板节点和不出筋的装配式梁板节点进行了低周往复荷载加载试验,并分析3组试件的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、割线刚度以及能量耗散的差异性,并基于有限元建立了单调荷载下梁板节点模型,将其与往复荷载下的节点横向抗剪承载力对比。结果表明：角钢连接件减小了钢梁与叠合板之间的相对滑移,起到抗剪连接件的作用,提高了钢与混凝土之间的组合效应和抗震性能;设置角钢连接件,避免了叠合板底板伸出胡子筋带来的施工不便等问题。往复荷载下的梁板节点的横向承载力比单向荷载下降低了20.6%;横向荷载下,角钢连接件的根部应力最大,角钢上的钢筋也参与了抗剪工作,起到了增强预制层与现浇层的叠合性能的作用。     

隔板贯通式圆钢管混凝土柱-翼缘削弱钢梁连接节点的参数分析

采用有限元软件ANSYS对隔板贯通式圆钢管混凝土柱-翼缘削弱钢梁连接节点的参数进行分析.在参照SAC推荐标准的基础上,验证隔板贯通式节点狗骨处参数的取值范围,并细化.结果表明:狗骨处的三个参数——削弱深度c、削弱端至焊缝的距离a和削弱长度b对节点的极限承载力的影响依次降低.当a=(0.5～0.65)b∫;b=(0.65～0.85)db;c=(0.20～0.25)b∫时,该节点的性能最优.     

梁腹板开圆孔节点的组合效应影响研究

考虑混凝土楼板后,利用ANSYS分析了梁腹板开圆孔梁柱节点的应力应变分布,节点塑性区的分布及发展过程;比较了在考虑楼板及不考虑楼板情况下,节点受力性能的区别;研究了腹板削弱半径和离柱表距离两参数对节点的影响。分析结果表明,在研究腹板开圆孔梁柱节点抗震性能时,应考虑混凝土板的组合效应。     

往复荷载作用下方钢管混凝土柱组合扁梁连接节点滞回性能试验研究

进行了2个方钢管混凝土柱组合扁梁外加环板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试验,初步了解了该类节点的受力性能和破坏过程,分析了环板宽度对节点抗震性能的影响.结果表明,随着环板宽度的增加,节点的承载能力和刚度都有较大程度的提高;混凝土板的存在对节点性能有一定的影响.     

Numerical Modeling on Seismic Performance of Castellated Composite Beam-Reinforced Concrete Column Connection

蜂窝组合梁与混凝土柱节点性能的数值模拟

马宏伟,王俊杰,王扬

（华南理工大学 亚热带建筑科学国家重点实验室,广州510640）

中文说明:

由蜂窝组合梁和复合螺旋箍筋混凝土柱组成的混合结构能够充分利用钢材和混凝土材料的特性。为了在实际应用中推广这种结构形式,提出一种梁贯通式梁柱节点。通过对两个1/2缩尺节点试件的试验,建立了梁柱节点的三维有限元模型。分别采用连杆单元和实体单元对纵向钢筋、混凝土梁和柱进行模拟。研究了扩张比、腹板开孔位置和钢梁原始高度等参数对钢梁的影响。结果表明,节点具有较高的初始刚度。钢梁的扩张比对节点的极限承载力有较大的影响。对于钢梁扩张比为1.4的节点模型,节点极限承载力的最大增量可达28%。为防止钢梁在腹板开孔附近发生局部屈曲破坏,钢梁的扩张比不应大于1.3。

关键词：蜂窝组合梁;梁柱节点;有限元分析;扩张比

     

腹板开孔型组合梁柱节点的研究

主要研究腹板开孔型组合梁柱节点的抗震性能．首先对此节点能进行了有限元分析,分析了塑性应变的分布和发展情况;同时进行了实验研究,分析了节点的塑性变形以及抗震性能;最后进行了节点破坏模式的研究．结果表明,腹板开孔型组合梁柱节点具有较好的抗震性能．     

洪家渡水电站厂房矩形钢管混凝土叠合柱抗震分析

基于大型通用有限元分析软件ANSYS,针对洪家渡水电站厂房钢—混凝土叠合排架柱,建立了矩形钢管混凝土柱三维动力有限元计算模型.对钢管混凝土叠合柱进行了模态分析和共振校核,并运用反应谱法计算了叠合柱沿横截面的长度方向和厚度方向水平地震时的地震反应.计算成果合理,符合工程实际,为工程设计提供了科学的参考依据.     

碳纤维钢骨-钢管混凝土柱抗震性能试验与有限元分析

目的 研究碳纤维钢骨-钢管混凝土柱在低周往复荷载作用下的力学性能,为实际工程应用提供参考.方法 制作了3个试件并对其进行拟静力试验,分析不同轴压比下构件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性系数等力学性能.同时采用ABAQUS对碳纤维钢骨-钢管混凝土柱的滞回性能进行了数值分析及试验验证.结果 无论轴压比如何变化,滞回曲线均具有较好的稳定性,曲线都呈饱满的梭形或弓形,没有明显的捏缩现象出现,表明构件的塑性变形能力较强;随着轴压比增大,骨架曲线出现较明显的下降段且构件的极限承载力降低,极值点对应的位移变小;极限荷载、极限位移及延性系数皆随轴压比的增大而减小.模拟结果与试验结果吻合较好.结论 碳纤维钢骨-钢管混凝土柱延性好,具有良好的抗震性能,可应用于实际工程中.     

钢管-钢骨混凝土组合柱试验研究

目的分析钢管混凝土组合柱研究中的不足，提出了钢管-钢骨混凝土组合柱的概念。研究钢管-钢骨混凝土组合柱的破坏机理、受力性能．方法对钢管-钢骨混凝土组合柱的破坏机理、受力性能。进行了3个含钢率不同的偏心受压钢管-钢骨混凝土短柱的试验．结果钢管混凝土柱存在内外部分破坏不同步的可能，通过试验，明确了钢管-钢骨混凝土柱的破坏特征，含钢率对承载力自寺影响，含钢率越大，构件的承载力及延性的相应增加．结论试验结果表明，当含钢率大于0．36％时，钢管混凝土柱与其外测的钢骨混凝土能够共同工作直至破坏，其承载力明显高于钢管混凝土核心柱的承载力，为组合结构的发展提供了一种新的结构型式．     

钢骨—钢管混凝土柱非线性有限元分析

采用ABAQUS有限元软件对钢骨—钢管混凝土柱的受力性能进行了非线性分析,分析表明有限元分析结果与试验结果能够较好地吻合,说明所建立的非线性有限元分析模型能够较好地模拟钢骨—钢管混凝土柱的受力性能。在此基础上,对不同类型内埋钢骨的混凝土柱受力性能进行了模拟分析,为后续的试验研究提供参考。     

拱桥钢箱－混凝土组合受弯构件试验研究

提出了一种新型钢-砼组合结构——钢箱-砼组合受弯构件,该构件由钢箱梁,钢筋混凝土梁及PBH剪力连接件组合。通过对该构件的纯弯试验,研究了该构件的变形及受力性能。试验结果表明,钢箱和混凝土可以充分发挥自身的材料强度,同时避免混凝土开裂和钢材过早局部失稳等问题,是一种较理想的钢-砼组合结构受弯构件形式;构件中的PBH剪力键可以很好的协调钢箱和混凝土间的变形。同时对该构件进行结构分析,分析结果与试验结果吻合良好,用同等方法进行了多种影响参数分析,得到各主要构件参数对构件受力过程的影响。该组合构件在主拱中应用时具有良好的工作性能和安全快捷的施工性能。