方钢管混凝土柱-H钢梁上环下贯栓焊混合节点抗震性能数值模拟北大核心CSCD

为了解决钢结构中钢梁下翼缘焊缝根部易发生脆性断裂的问题,提出一种兼有外环板和贯通隔板的新型栓焊混合装配方钢管混凝土柱-H钢梁连接节点。采用有限元ABAQUS对其进行数值模拟,研究该节点的传力机理、屈服机制、破坏模态和耗能性能。通过有限元参数分析,深入研究轴压比、宽厚比以及外环板厚度对节点抗震性能的影响。结果表明:节点呈现典型弯曲破坏模式,塑性铰发生在梁上翼缘与外环板连接处,节点屈服始于翼缘塑性铰区,经由翼缘扩展至腹板,继而钢管混凝土柱屈曲,最终上翼缘焊缝断裂破坏,且节点表现出良好的转动性能;增大钢管宽厚比和外环板厚度均可提高节点承载力,建议钢管宽厚比取值为35~45,钢梁翼缘与外环板厚度及钢材强度一致。     

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。     

方钢管混凝土柱-冷弯U形钢梁隔板贯通节点的试验研究及有限元分析

提出了一种新型的方钢管混凝土柱-冷弯U形钢梁连接节点形式——上翼缘增设加强板式隔板贯通节点。设置了常规隔板贯通节点试件与增设加强板的隔板贯通节点试件的低周反复荷载加载试验,通过ABAQUS软件对低周反复荷载作用下节点受力性能进行分析,并结合试验结果验证了有限元模拟的适用性与准确性。对比发现:有限元分析得到的节点破坏特征、滞回性能与抗震性能等与试验结果吻合较好。在有限元分析基础上,研究了柱的宽厚比、U形钢梁壁厚及贯通隔板上的浇筑孔大小等因素对隔板贯通节点的影响。结果表明:柱的宽厚比、U形钢梁壁厚对节点滞回性能有显著的影响,而贯通隔板上的浇筑孔大小对节点的滞回性能影响较小。     

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。     

方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点抗剪性能试验研究

为研究隔板与核心区钢管翼缘组成的钢框架对方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点抗剪承载力的影响,设计3个足尺十字形方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点并对其进行低周反复荷载试验,变化参数为节点核心区钢管翼缘厚度。试验结果表明,钢框架体系对节点抗剪承载力的影响有限。     

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。     

预制混凝土柱-钢梁对拉钢筋连接节点抗震性能试验研究

为充分发挥装配式结构的施工优越性以及改善钢筋混凝土柱-钢梁节点(RCS)的抗震性能,提出一种预制混凝土柱-钢梁对拉钢筋连接节点。通过对6个节点试件的低周往复加载试验,研究了对拉钢筋直径、对拉钢筋与钢梁翼缘相对位置以及钢梁翼缘形式对节点抗震性能的影响。结果表明：节点试件破坏模式为梁端弯曲破坏和节点区连接破坏,主要表现为柱钢梁翼缘屈曲、钢梁翼缘撕裂、对拉钢筋断裂、钢套筒撕裂、对拉钢筋脱孔和钢套筒与混凝土柱脱空;梁端荷载-位移的滞回曲线形状较为饱满,刚度退化曲线较为平缓,位移延性系数在3.30～5.52之间,等效黏滞阻尼系数在0.15～0.30之间,节点具有较好的塑性变形能力和抗震性能;随着对拉钢筋和塞焊孔的直径增大,节点试件的承载力和耗能能力有所提高;对拉钢筋布置在钢梁翼缘内侧,节点试件的承载力、延性和耗能均有所降低,非加强翼缘节点试件的承载力显著降低,但延性有所提高。在试验基础上,建立了该种节点的有限元分析模型,对轴压比、钢套筒厚度等相关影响因素进行了研究。结果表明：随着轴压比的增大(由0.2增大到0.7),节点承载力有小幅增加8.8%;节点承载力随着核心区钢套筒厚度的增大(由10 mm...     

PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点#br# 受拉性能试验研究

为得到新型PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式框架节点的受拉性能、并初步验证其抗震性能，开展了6个方钢管混凝土节点试件的受拉试验，试件类型包括普通方钢管混凝土节点、普通方钢管混凝土外隔板式节点、新型的PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点以及去除外隔板后的PBL加劲型方钢管混凝土节点。通过对比分析各试件的破坏特征、初始刚度、屈服和极限荷载、变形组成、支板或隔板应变与应力分布，着重研究了PBL纵肋的设置对新型节点受拉性能的改善，以及去除外隔板对新型节点受拉性能的影响。研究结果表明：相较于普通方钢管混凝土节点和普通方钢管混凝土外隔板式节点试件，PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点试件由于同时设置了外隔板和PBL纵肋，因此其在拉力作用下不仅初始刚度、屈服荷载和极限荷载得到大幅度提升，而且节点区域的变形集中得到了明显的缓解，节点附近的应变和应力分布变得更加均匀。因此，新型框架节点具有优越的传递钢梁翼缘拉力的能力，可以实现地震作用下的梁端屈服破坏模式，应具有优越的抗震性能。而在新型节点的基础上去掉外隔板后，试件的初始刚度、屈服和极限荷载、节点区域附近的应变和应力分布均匀程度均有一定程度的降低，即其传递钢梁翼缘拉力的能力有所降低。该文研究成果可为进一步开展新型节点的受拉承载力计算方法、节点抗震性能的研究奠定基础。     

PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点受拉性能试验研究

为得到新型PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式框架节点的受拉性能、并初步验证其抗震性能,开展了6个方钢管混凝土节点试件的受拉试验,试件类型包括普通方钢管混凝土节点、普通方钢管混凝土外隔板式节点、新型的PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点以及去除外隔板后的PBL加劲型方钢管混凝土节点。通过对比分析各试件的破坏特征、初始刚度、屈服和极限荷载、变形组成、支板或隔板应变与应力分布,着重研究了PBL纵肋的设置对新型节点受拉性能的改善,以及去除外隔板对新型节点受拉性能的影响。研究结果表明:相较于普通方钢管混凝土节点和普通方钢管混凝土外隔板式节点试件,PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点试件由于同时设置了外隔板和PBL纵肋,因此其在拉力作用下不仅初始刚度、屈服荷载和极限荷载得到大幅度提升,而且节点区域的变形集中得到了明显的缓解,节点附近的应变和应力分布变得更加均匀。因此,新型框架节点具有优越的传递钢梁翼缘拉力的能力,可以实现地震作用下的梁端屈服破坏模式,应具有优越的抗震性能。而在新型节点的基础上去掉外隔板后,试件的初始刚度、屈服和极限荷载、节点区域附近的应变和应力分布均匀程度均有一定程度的降低,即其传递钢梁翼缘拉力的能力有所降低。该文研究成果可为进一步开展新型节点的受拉承载力计算方法、节点抗震性能的研究奠定基础。     

全螺栓连接隔板贯通的方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验

对4个足尺试件进行低周反复荷载试验,研究全螺栓连接隔板贯通的方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的抗震性能。试验考虑了钢梁偏心、钢梁截面尺寸及隔板焊接的影响,对试件的极限承载力、破坏形式、延性及耗能能力进行测试和分析。结果表明:钢梁偏心试件的破坏形式均为隔板螺栓群中角部螺栓孔受拉开裂,无偏心试件的破坏形式均为隔板受拉断裂;焊接隔板对节点承载力没有影响,当钢梁截面高度从600mm增至700mm时,承载力提高约50%;该类节点的滞回曲线较为饱满,钢梁截面较大的试件延性较好,钢梁偏心可导致节点延性下降,其延性系数为轴心构件的85%;焊接隔板对节点的延性影响较小,但其能量耗散系数比整体隔板试件降低约16%~37%,表明焊接缺陷可影响节点的耗能能力。     

方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸试验及有限元分析

对于方钢管混凝土柱隔板贯通节点,通过静力拉伸试验和非线性有限元模拟,考察隔板贯通节点的承力机制和破坏形式。结合荷载-位移曲线、试件承载力等数据结果对比,验证有限元模拟与静力拉伸试验结果的一致性。对于静力拉伸荷载作用下的隔板贯通节点,其破坏形式表现为钢梁破坏、焊缝破坏或节点域破坏;钢梁传来的拉伸荷载在节点域内主要依靠方钢管柱壁和隔板传递;方钢管柱壁的塑性区主要集中在柱壁与贯通隔板相交线处附近;贯通隔板的塑性区,主要集中在隔板浇筑孔中心与透气孔中心的连线、透气孔中心与方钢管柱壁角部的连线附近。     

新型钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点的有限元分析

本文研究一种新型的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁节点,即在钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱连接区,钢管局部开矩形孔、节点区域钢管加强,使钢筋混凝土梁中的纵向钢筋直接伸入节点,节点混凝土与梁中混凝土成为整体,方便施工且保证了节点刚度。本文在选择了合理的钢材和混凝土的本构关系模型的基础上,利用通用有限元软件ABAQUS对这类新型的钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点的受力性能进行了较为深入的研究,研究结果表明,这类节点可以实现"强节点弱构件"的抗震设计要求。本文的研究成果可为相关研究和工程实践提供参考。     

芯钢管连接的钢管混凝土半连通边节点试验研究

提出一种芯钢管连接的钢管混凝土半连通边节点形式。该种节点在有梁的3个方向间断外钢管,设置芯钢管补偿间断外钢管对节点的削弱。在无梁一侧保持钢管混凝土柱的外钢管连通,梁中纵筋在节点直通,梁、柱、节点的混凝土一次整浇。通过模型试验,研究节点的破坏过程、破坏形态、梁和局部连通钢管的作用及试件各组成部分的荷载-应变关系。使用ANSYS程序对模型试件进行分析,试验结果和数值计算结果吻合良好,均证实了新型节点具有良好的强度和刚度,节点承载力大于所连接梁、柱的承载力。试件破坏时,节点芯钢管还具有较大的承载潜力。局部连通的钢管对节点混凝土有一定保护作用且有利于施工中上下钢管的对中。     

复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点抗震性能试验研究

借鉴方钢管混凝土柱-钢梁外肋环板节点形式,将非梁柱连接面的柱两侧外肋环板改为竖贴于柱侧的竖向肋板并伸出与梁翼缘焊接,同时设置锚固腹板,形成复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点。通过7个梁柱组合体试件的低周反复荷载试验,分析各试件的破坏过程及特征,并对试件的滞回性能、承载力、延性、耗能能力和承载力及刚度退化等抗震性能进行研究。研究结果表明：节点的破坏形态基本相同,梁端先屈曲,形成塑性铰;锚固腹板可有效提高节点的承载力和变形能力;竖向肋板外伸长度可提高试件的初始刚度,使梁端塑性铰外移,有效保护节点核心区;试件的滞回曲线呈明显的梭形,具有良好的承载力、延性及耗能能力;试件在整个加载过程中刚度退化现象明显,承载力退化很小,可应用于抗震设防地区。     

梁翼缘、腹板开孔方钢管混凝土柱-H型钢梁节点力学性能试验研究

为研究梁翼缘、腹板开孔构造对方钢管混凝土柱-H型钢梁节点破坏模式的影响,对6个方钢管混凝土柱-H型钢梁节点（1个常规节点和5个开孔节点）进行了低周循环加载试验。试验结果表明：按现行规范设计的方钢管混凝土柱-H型钢梁常规节点在梁翼缘对接焊缝处脆性断裂,节点的塑性转角不能满足临时指南FEMA的要求;合理的梁翼缘和腹板开孔构造,显著减缓了方钢管混凝土柱-H型钢梁节点梁翼缘对接焊缝的应力集中,梁削弱截面形成塑性铰,节点塑性转角达到0.03 rad,满足了临时指南FEMA的要求;其滞回性能稳定,承载力和常规节点相当;内隔板与柱壁板间焊缝质量较差的节点在试验中发生柱壁外鼓、柱壁间焊缝撕裂,节点延性和承载力明显下降。     

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%。     

折线隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点抗震性能试验研究

通过对折线加强隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点和基本型异型节点试件进行低周往复加载试验,研究了隔板折线加强构造对节点破坏形态、承载力、塑性转角、滞回性能、骨架曲线、刚度退化和耗能等的影响。试验结果表明：基本型异型节点在刚度较大、几何尺寸变化较大的大截面梁翼缘对接焊缝侧边开裂,节点的塑性转角约为0.028 rad;隔板折线加强异型节点的主要破坏模式为隔板折线加强区形成塑性铰及延性拉断、梁腹板焊接孔开裂及梁翼缘对接焊缝断裂,其塑性转角可达0.034~0.057 rad,承载力和耗能能力较基本型异型节点分别提高16.5%~47.0%和21.2%~144.0%;隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点中,大截面梁先于小截面梁破坏,柱壁板间焊缝未发生撕裂破坏,轻骨料混凝土未发生压碎、拉裂、剥离或滑移破坏,节点的抗震性能主要受钢梁和隔板间焊缝破坏（而非轻骨料混凝土）的影响。     

新型钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点抗震性能试验研究

提出一种钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的新型节点形式.在钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱连接区,钢管局部开矩形孔、节点区域钢管加强,使钢筋混凝土梁中的纵向钢筋直接伸入节点,节点混凝土与梁中混凝土成为整体,方便施工且保证了节点刚度.通过4个节点试件的试验,研究节点的破坏过程、破坏形态和耗能性能.研究结果表明:节点的滞回曲线饱满,节...     

变截面方钢管轻骨料混凝土柱-H钢梁隔板贯通节点抗震性能试验研究

通过对变截面方钢管轻骨料混凝土柱-H钢梁圆弧扩大头隔板贯通节点和基本型节点进行低周往复加载试验,分析了该类节点的破坏形态、滞回性能、延性、承载力、刚度退化与耗能能力等。结果表明：隔板圆弧扩大头节点先在隔板圆弧扩大区形成塑性铰,随后梁腹板焊接孔开裂,梁翼缘对接焊缝延性拉断;基本型节点在梁翼缘对接焊缝侧边开裂,裂纹扩展迅速至脆断;隔板圆弧扩大头构造明显提高了节点延性和耗能能力,有效降低了节点区焊缝过于密集和焊接热影响区的交叉影响,避免了梁翼缘对接焊缝处的应力集中和过早脆断;隔板圆弧扩大头节点的承载力、塑性转角和耗能能力较基本型节点分别提高16.09%~22.25%、17.34%~63.94%和24.97%~44.32%;加载到节点破坏时,节点域和柱内轻骨料混凝土未发生压碎、剥离、拉裂或滑移破坏,说明该类节点的抗震性能主要受钢梁与隔板间焊缝影响。     

方钢管混凝土柱-钢梁外隔板节点拟静力试验研究

通过对2个方钢管混凝土柱-工字钢梁外隔板式节点试件进行的拟静力加载试验,研究节点在反复循环荷载作用下的滞回性能、耗能能力、延性、应力分布和传力机制。试验结果表明,节点具有较高的承载力以及较好的延性和耗能能力,外隔板式节点的梁端弯矩一部分通过柱腹板两侧隔板传递到柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分则主要通过柱角两内侧各0.25倍柱宽范围内的隔板直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土。柱角附近的隔板出现严重的应力集中,影响节点的耗能和延性。对节点建立同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型,模拟分析了节点的受力性能。结果表明,由有限元分析所得的位移曲线与试验所得的骨架曲线极为相似,由有限元模型所得的应变分布规律与试验结果一致。