矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点受剪承载力研究

在矩形钢管混凝土异形柱-钢梁节点试验研究的基础上,对节点的破坏特征及影响因素进行分析,结果表明矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的破坏模式主要是节点域发生剪切斜压破坏,其受力机理为钢桁架、混凝土主斜压杆和约束斜压杆的综合作用。在此基础上,将节点域抗剪贡献分为三部分进行研究,包括节点域钢管腹板的抗剪贡献、节点域混凝土主斜压杆的抗剪贡献和约束斜压杆的抗剪贡献。根据试验结果和力学分析,推导了节点区柱腹板剪力计算式;由虚功原理得出节点区混凝土约束斜压杆的承载力计算式;通过对试验数据的回归分析,得到核心区混凝土主斜压杆的承载力计算式;最后提出了矩形钢管混凝土异形柱 钢梁框架节点屈服剪力和极限剪力的计算式,该计算式不仅考虑了柱轴力对节点区实际受力状态的影响,而且考虑了钢管对混凝土的约束作用。对比结果表明,采用计算式得到的结果与试验结果吻合较好。     

外隔板连接钢管混凝土柱-H型钢梁节点抗剪性能研究

通过对4个十字形外隔板连接钢管混凝土柱-H型钢梁节点试件进行低周反复荷载试验研究了该类型节点的抗剪性能,节点试件的核心区钢管厚度进行了一定程度的削弱。试验中研究的参数包括核心区钢管厚度、外隔板宽度和轴压比大小。4个试件的变形发生于核心区钢管翼缘和外隔板的弯曲、核心混凝土的压碎、钢管腹板的剪切变形甚至屈曲开裂,钢管腹板屈曲开裂是主要的剪切破坏形式。试验和有限元参数化分析均表明抗剪承载力与节点核心区钢管厚度正相关,外隔板宽度和轴压比对抗剪承载力的影响不大。对现有的3种针对于钢管混凝土柱-H型钢梁连接节点的抗剪承载力计算方法进行了对比评价,并结合混凝土核心区的剖切试验观测结果,提出了外隔板连接节点的抗剪承载力计算公式。新计算方法考虑了钢管翼缘和外隔板对抗剪承载力的贡献,其结果与试验值吻合良好,该方法的适用性得以验证,可用于外隔板连接节点的设计应用。     

钢结构箱形柱与梁异型节点抗剪承载力分析

基于对钢结构箱形柱与梁异型节点形式及受力性能的分析,建立异型节点域的受剪计算模型,并推导节点域在压弯情况下的抗剪承载力计算公式。通过对箱形柱与工字梁和箱形梁异型节点模型的低周反复加载试验,研究轴压比和核心区高度对节点域抗剪承载力的影响,得到节点域的剪力-剪应变滞回曲线;从试验模型的滞回曲线可以看出,异型节点域以剪切变形为主,且具有良好的延性和抗剪承载能力。试验结果与计算分析表明,节点域在小核心区发生剪切屈服,提出的节点域抗剪承载力计算公式与试验结果比较吻合。     

复式钢管混凝土柱-钢梁外加强环板节点滞回性能及核心区变形研究

为了研究复式钢管混凝土外加强环板节点滞回性能及核心区变形场,基于数字散斑方法(DSCM)进行了复式钢管混凝土外加强环板节点低周往复加载试验,对节点的梁柱相对转角变化、核心区受剪性能、节点初始转动刚度以及滞回耗能特性等进行了分析。结果表明:节点弯矩-转角和核心区剪力-剪切变形滞回曲线没有捏拢,呈饱满的梭形,说明节点耗能性能良好;提高环板宽度、锚固腹板加肋和轴压比增大均可提高节点初始转动刚度和节点域抗剪刚度;提高梁柱线刚度比可提高节点的受弯能力、耗能能力和节点域剪切变形能力。节点域剪切变形对复式钢管混凝土柱-钢梁相对转角贡献较大,占比超过30%。测得的核心区剪应变云图分布基本发展为沿对角线对称,后期随着荷载增加,破坏形态为梁端弯曲的试件节点域剪应变发展较缓,而柱端压弯破坏的试件剪应变发展充分,在整个加载过程中,其节点核心区剪应变为梁端弯曲破坏试件的2～3倍。     

隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形梁与箱形梁异形节点抗震性能试验

对圆弧加强隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形梁与箱形梁异形节点和基本型异形节点进行循环加载试验,研究了贯通隔板圆弧扩大头构造对异形节点抗震性能的影响,获得了该类节点的破坏模式、滞回性能、承载力和塑性转角等抗震性能参数。基于试验结果和力学分析,建议了异形节点域的抗弯、抗剪计算模型,推导了异形节点域的抗弯、抗剪承载力计算公式。结果表明:基本型异形节点滞回曲线劣化明显,节点在刚度较大、几何突变的箱形梁翼缘对接焊缝边缘脆断;隔板圆弧加强异形节点的滞回曲线饱满,承载能力和刚度退化不明显,主要破坏模式为在隔板圆弧加强区形成塑性铰,梁翼缘对接焊缝延性开裂;加载至节点破坏时,贯通隔板与柱壁板间焊缝未发生撕裂破坏,节点域内轻骨料混凝土未压碎或拉裂,轻骨料混凝土与隔板和柱壁板间未发生剥离或滑移;隔板圆弧加强异形节点的塑性转角可达0.038~0.056 rad,承载力较基本型异形节点提高21.5%~56.2%。     

隔板贯通式钢管混凝土节点有限元分析

基于ANSYS软件建立了隔板贯通式钢管混凝土梁柱节点有限元模型,研究了剪切破坏模式下节点核心区的传力机制,以及节点核心区组件几何尺寸和楼板作用对节点抗剪承载力的影响。结果表明,在剪切破坏模式下,节点剪力主要由核心区钢管腹板和混凝土承担,隔板和钢管翼缘的作用主要是传递梁端弯矩,核心区混凝土则以斜压杆机制抗剪;隔板厚度和核心区钢管壁厚对节点抗剪承载力有较大影响,而钢梁翼缘厚度和宽度的影响相对较小;楼板能提高节点抗剪承载力,并能影响节点核心区的破坏模式。继而利用优化设计为节点试件的方案设计提供一定参考。     

双向荷载作用下方钢管混凝土柱-组合梁空间节点抗震性能试验研究

完成3个方钢管混凝土柱-组合梁空间节点模型的抗震性能试验,重点研究不同加载路径下空间组合节点的受力特征、滞回性能和破坏机理,比较平面加载组合节点和空间加载组合节点的受力特征,分析双向加载作用的耦合关系。结果表明,双向受力对钢管混凝土柱-组合梁节点的承载力、变形、延性以及刚度、强度退化等性能有较大影响;与平面内加载的组合节点相比,双向加载条件下空间组合节点的承载力最多可降低20%,延性降低10%;由于双向荷载的相关作用,梁变形在总变形中所占的比例有所降低,而柱变形及节点域剪切变形所占的比例增大,在节点核心区受剪设计时应考虑双向受力的不利影响。     

GFRP增强方钢管再生块体混凝土柱的受剪性能试验研究

对再生块体混凝土构件施加外部约束是提高其受力性能的有效途径,通过13根方钢管再生块体混凝土柱试件与10根GFRP增强方钢管再生块体混凝土柱试件的受剪性能试验,考察了废旧混凝土块体取代率、剪跨比、轴压比及环向GFRP层数等参数对试件横向剪力-变形曲线与受剪承载力的影响,检验了采用现有设计公式预测试件受剪承载力的有效性。研究表明:方钢管再生块体混凝土柱及GFRP增强方钢管再生块体混凝土柱的受剪性能受剪跨比和轴压比的影响较大,其横向剪力-变形曲线随上述两参数变化呈现3种典型形态;当废旧混凝土块体取代率低于35%且新、旧混凝土强度差不超过15 MPa时,再生块体对柱受剪性能的影响总体较小;剪跨比不大于0.5时环向粘贴单层GFRP布对柱受剪承载力的提升无明显效果,而双层GFRP布可小幅提高柱的受剪承载力;相比现有钢管混凝土柱受剪承载力计算公式,所提计算式可较好地预测方钢管及GFRP增强方钢管再生块体混凝土柱的受剪承载力。     

钢管混凝土短柱（剪力键）受剪性能试验研究

通过对方钢管和圆钢管混凝土短柱（剪力键）进行受剪性能试验研究,分析钢管混凝土短柱（剪力键）在单调加载和反复加载条件下的受剪性能,得到方形和圆形截面钢管混凝土短柱（剪力键）无轴力剪切的荷载 位移曲线、荷载-位移滞回曲线及骨架曲线等。用精细有限元方法,对试验进行了数值模拟,通过合理的材料本构关系、破坏模式,所得有限元计算值与试验结果吻合较好,极限荷载的相对误差在8.84%之内。研究表明：钢管混凝土短柱（剪力键）具有较好的受剪性能,单调荷载作用下,方形截面和圆形截面短柱（剪力键）的相对变形均超过4.0%;循环荷载作用下,圆钢管混凝土短柱（剪力键）的滞回环更饱满、延性系数及耗能能力均优于方钢管混凝土短柱（剪力键）;理论分析方法可靠。     

隔板贯通节点核心区抗剪性能试验研究

为研究钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通节点的核心区抗剪承载力,完成了5个"强构件,弱节点"试件在反复荷载作用下的抗震性能试验,探讨了节点核心区钢管和混凝土的破坏特征,核心区钢管应力-应变规律以及节点抗剪承载力。结果表明:隔板贯通节点核心区抗剪承载力主要由核心区钢管腹板部分和核心区混凝土组成;核心区混凝土裂缝沿2条对角线由内向外扩展,斜压杆受压宽度约为核心区混凝土高宽的1/4左右;隔板与钢管翼缘形成的钢框架对增强节点屈服后的塑性变形能力有明显作用。     

Seismic behavior of connections composed of CFSSTCs and steel-concrete composite beams — finite element analysis

Based on the experimental results of connections composed of concrete-filled square steel tubular columns (CFSSTCs) and steel-concrete composite beams with interior diaphragms, exterior diaphragms, or anchored studs, 3-D nonlinear finite element models were established to analyze the mechanical properties of these three types of connection using ANSYS. Finite element analyses were conducted under both monotonic loading and cyclic loading. The load-displacement and shear force-deformation curves of the finite element analyses are in agreement with those of the tests in terms of strength and unloading stiffness. Parametric analyses were conducted on the connections with exterior diaphragms under monotonic loading to investigate the influences of axial load ratio, width to thickness ratio, and dimensions of exterior diaphragms on the connection behavior. It was found that the strength and stiffness are less influenced by the axial load ratio and the dimensions of the exterior diaphragms, but more influenced by the width to thickness ratio of the steel tube under shear failure mode.     

方钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁连接的内隔板式节点的抗震性能试验研究

为研究方钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁连接的内隔板式节点的抗震性能,本文对3个节点试件进行了低周反复荷载试验,在此基础上对节点的受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、变形恢复能力、延性、刚度退化和耗能能力等抗震性能进行了较为深入的研究与分析。试验结果表明:内隔板式节点能够有效地传递梁端弯矩及剪力,其滞回曲线呈明显的梭形,单周耗能能力较强;节点在梁端塑性铰破坏模式下具有较好的承载力、耗能性能及滞回特征,而在剪切破坏及局部焊接破坏模式下则延性较低,抗震性能相对较差;节点在整个加载过程中刚度退化明显,持续均匀,同时表现出一定的变形恢复能力;楼板组合作用对于节点的抗震性能具有一定程度的影响。     

方钢管混凝土柱-外包U形钢混凝土组合梁节点抗震性能试验研究

为了研究外包U形钢混凝土组合梁和方钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,进行了5个外包U形钢-混凝土组合梁与方钢管混凝土柱连接节点的拟静力试验,包括2个外环板节点和3个内隔板节点。通过研究节点试件破坏模式、滞回曲线、骨架曲线和核心区剪切变形等,进一步分析节点试件的承载能力、延性和耗能能力等抗震性能。研究表明：节点试件加载过程中经历了由弹性、弹塑性到塑性的发展过程;核心区混凝土密实节点试件的滞回曲线更为饱满,延性较好,耗能能力强;外环板节点试件延性要优于内隔板节点试件,耗能能力更强;核心区混凝土不密实的内隔板节点试件具有良好的延性,但承载力显著降低,施工中应严格控制核心区混凝土的浇筑质量,或者在节点核心区采用厚度较大的钢板来提高其延性和承载力。     

Seismic behavior of connections composed of CFSSTCs and steel-concrete composite beams—experimental study

In order to investigate the seismic behavior of connections composed of concrete-filled square steel tubular columns and steel-concrete composite beams, fourteen cruciform connection specimens were tested. The strength, deformation, and energy dissipation capacity of these composite connections were analyzed. The test results showed that the strength of connections with interior diaphragms is adequate, but their ductility is low. Also, the deformation capacity of connections with anchored studs is good, but their strength is low. In comparison, the connections with exterior diaphragms have adequate strength, good ductility, and high-energy dissipation capacity, and as a result, it can be concluded that they are more suitable for applications in moment resisting frames in seismic regions.     

方钢管混凝土柱内隔板式节点的抗弯承载力研究

为了研究方钢管混凝土枉内隔板式节点的抗弯受力性能，完成了3个方钢管混凝土柱内隔板式节点的低周反复荷载试验。在此基础上，研究了轴压作用对方钢管混凝土柱内隔板式节点抗弯承载力的影响，提出了3块内隔板情况下节点抗弯承载力的计算方法。同时对梁柱翼缘等宽情况下节点的抗弯受力性能进行了分析，建立了相应的计算公式，计算结果与试验结果进行了对比，吻合良好。试验结果及理论分析对现行规程中的节点抗弯承载力计算公式进行了补充，拓宽了内隔板式节点的适用范围。     

Seismic behavior of composite connections — flexural capacity analysis

Based on the experimental results of connections composed of concrete-filled square steel tubular columns and steel-concrete composite beams with interior diaphragms or anchored studs, the flexural capacity of connections is studied theoretically in the present paper. Analytical models are proposed, with consideration of the effects of axial load, concrete slab, middle interior diaphragm, beam and column width condition, and punching shear failure mode. Formulae in different conditions are established based on these models. The predictions and the test results are compared and they are in good agreement.     

方钢管混凝土柱和钢-混凝土组合梁连接节点的抗震性能试验研究

为研究方钢管混凝土柱和钢-混凝土组合梁的抗震性能,对14个十字型连接构件进行试验。分析了这些构件的强度、变形和耗能能力。试验结果显示:内隔板式节点的强度是足够的,但延性较差。同时,螺栓节点具有较强的变形能力但其强度较低。相比之下,外隔板式节点具有足够的强度、良好的延性和高耗能能力,因此这类节点更适用于地震区抗弯结构的设计。     

木梁柱螺栓钢填板节点转动性能理论计算方法

文章首先通过单调加载试验研究胶合木梁柱螺栓钢填板节点在弯剪复合作用下的转动性能,随后基于Johanson屈服模型提出胶合木梁柱钢填板螺栓节点在弯剪复合作用下的极限承载力和节点刚度的计算方法;同时提出节点弯矩转角曲线的理论预测模型.理论计算与试验结果相比具有较高的准确性.最后,基于节点承载力的理论计算方法分析节点抗剪承载...     

方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

对3个单跨两层1∶3比例的方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙试件进行了低周反复荷载试验,研究了十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能,并与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙比较。对比了框架梁柱内隔板式节点与穿芯高强螺栓-端板节点对结构性能的影响。得到了方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移及抗震性能指标等,分析了结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等力学性能。结果表明,方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有良好的抗震性能;十字加劲肋限制了薄钢板剪力墙的面外变形,提高了其承载力与耗能能力,但对整体刚度影响较小;穿芯高强螺栓-端板节点提高了结构的承载力与刚度。     

圆钢管高强混凝土轴压短柱受剪承载力分析

为了深入研究钢管高强混凝土轴压短柱破坏模式与破坏机理,提出适合钢管高强混凝土轴压短柱极限承载力计算方法,针对圆钢管高强混凝土轴压短柱大都发生剪切破坏这一典型现象,引入莫尔-库仑强度理论,从理论上分析其发生剪切破坏的原因和受力机理,并从剪切破坏的角度提出了钢管高强混凝土轴压短柱承载力计算方法。利用基于圆钢管高强混凝土轴压短柱试验研究和有限元分析回归得到的处于复杂应力场中的钢管纵向应力σv-纵向应变ε关系曲线和钢管横向应力σh-纵向应变ε关系曲线的数学表达式,得到了钢管高强混凝土轴压短柱承载力包络线的简化计算方法,简化计算曲线与试验曲线吻合良好,可用于分析钢管高强混凝土轴压短柱的受剪承载力。