新型钢管混凝土柱—梁节点轴压试验研究

利用钢筋网片或由环筋与箍筋组成的钢筋笼代替钢管对钢管混凝土柱—梁节点区混凝土实施套箍约束作用,文中介绍该新型节点两种方案的轴压试验情况及初步结论。     

内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为提高异形截面钢管混凝土柱的轴压承载力,提出内置钢骨组合异形截面钢管混凝土柱。考虑套箍指标、配骨率等参数的影响,设计制作12个内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱及3个未配置钢骨的组合L形截面钢管混凝土短柱两类试件;通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线和承载力,分析各参数对试件力学性能的影响,并对比两类组合柱轴压性能的差异。在试验研究基础上,参考国内外相关规范,提出内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算式。研究表明,内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压承载力高,增大套箍指标和配骨率可以明显提高试件承载力,所提出的承载力计算式可供工程设计参考。     

薄壁钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

对7种不同截面形式的12根钢管混凝土短柱进行了轴压力学性能试验,观察了12根短柱的试验过程和破坏形态,获得轴压短柱的荷载-位移曲线,分析了套箍系数ξ对轴压短柱力学性能的影响;基于试验荷载-位移曲线,给出短柱的极限承载力,为不同截面形式的钢管混凝土轴压短柱承载力计算公式的建立提供依据。     

圆钢管约束超高性能混凝土短柱轴压受力性能研究

为研究钢管约束超高性能混凝土（UHPC）短柱的套箍效应和轴压承载力,进行了12根钢管约束超高性能混凝土短柱的轴压试验,分析其破坏模式、变形及受力全过程。试验结果表明：钢管约束超高性能混凝土轴压短柱破坏模式与套箍系数相关,随着套箍系数的增大,轴压短柱分别出现剪切破坏、混合破坏和腰鼓破坏;套箍系数较小（0.43~0.52）的短柱,其破坏全过程中弹塑性段较短,表现出较明显的脆性破坏,当套箍系数较大（1.21~1.80）时,短柱破坏时的塑性明显增强。基于试验验证的有限元模型,参数分析表明,钢管套箍效应产生的承载力提高系数介于1.2~1.4之间;在0.43≤ξ≤1.08范围内,承载力提高系数随套箍系数增大而增大,建议径厚比的取值范围为12.0~23.0。通过对现有钢管约束混凝土承载力计算方法分析,提出了钢管约束超高性能混凝土轴压短柱承载力计算方法,其计算结果与试验结果吻合良好。     

外方内圆复合钢管高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究外方内圆复合钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了6个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为轴压比、方钢管壁板厚度及其宽厚比、圆钢管混凝土套箍指标。试验结果表明：6个试件的破坏形态基本相同,均为距柱底约300 mm高度范围内方钢管外鼓屈曲,方、圆钢管之间混凝土局部破坏;试件的水平荷载 位移滞回曲线饱满,无明显捏拢;峰值水平荷载时,轴压比设计值约为1.0的试件位移角略小于1/100,其它5个试件位移角均大于1/100;减小方钢管壁板的宽厚比,或增大圆钢管混凝土的套箍指标,可增大试件的初始割线刚度以及极限位移角;增大方钢管壁板的厚度,可提高试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力。采用叠加方法与平截面假定方法计算试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力,计算值与实测值吻合较好。     

方钢管约束混凝土轴压短柱承载力研究

针对已有的配置圆环箍筋和螺旋箍筋的方钢管约束混凝土轴压短柱试验研究成果,采用ABAQUS有限元软件对该类方钢管约束混凝土轴压短柱进行三维实体非线性有限元分析,探讨相同截面含钢率下配置圆环箍筋和螺旋箍筋对方钢管和核心混凝土受力性能的影响,分析在方钢管含钢率相同的前提下,方钢管混凝土中配置圆环箍筋对方钢管力学性能的影响,对有限元模拟得出的混凝土中部截面的应力云图进行简化,根据截面静力平衡理论,通过大量参数分析建立方钢管约束混凝土短柱承载力计算式,结果表明,承载力计算式计算结果与试验结果吻合较好。     

钢管高强混凝土组合柱轴压承载力试验研究

为研究钢管高强混凝土组合柱的轴心受压承载力,完成了18个组合柱试件的轴压试验。试件的主要变化参数有:钢管混凝土套箍指标、管外混凝土强度和箍筋配箍特征值。试验结果分析表明,峰值承载力前和达到时,钢管和管外钢筋混凝土纵向变形一致;管外钢筋混凝土破坏后,核心的钢管混凝土提供了较大的后期强度和轴向变形能力;钢管混凝土的套箍指标、管外混凝土的强度和箍筋配箍特征值是影响组合柱轴压承载力的主要因素。试验结果进一步验证了《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》(CECS188:2005)给出的组合柱轴心受压承载力计算公式同样适用于钢管高强混凝土组合柱。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土的力学性能

为改善钢管混凝土界面和节点力学性能,加强钢管与混凝土的组合效应,提出在钢管混凝土的钢管内设置开孔钢板纵肋,使其具有PBL连接件和加劲肋的双重作用;进行了无肋和设置PBL加劲肋2种截面形式的矩形钢管混凝土轴压短柱试验;分析了无肋和设置PBL加劲肋时,结构中节点剪力在钢管混凝土钢-混界面的传递模式。结果表明:与无肋试件相比,设置PBL加劲肋使得矩形钢管对混凝土的套箍作用得到加强,其轴压承载力提高了14%～28%,试件延性明显改善;PBL连接件能够有效缩短管壁剪力向核心混凝土的传递线路,改善节点区域的应力分布。PBL加劲型矩形钢管混凝土具有承载力高、钢-混组合效应明显的优势,并且构造简单、施工方便,对丰富和发展钢管混凝土在桥梁工程中的应用具有重要意义。     

CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱试验研究

进行了以CFRP为套箍指标主导的大钢管径厚比CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的轴压试验,观察了其破坏形态与变形特征,测得了CFRP和钢管的荷载-应变关系曲线。分析了CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线,探讨了套箍指标对试件受力性能和延性的影响,阐述了区别于普通CFRP-圆钢管混凝土轴压短柱的破坏过程。结果表明:CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的破坏形态为CFRP断裂引发钢管径向鼓曲破坏;在塑性上升阶段,CFRP能延缓钢管的屈服速率,同时CFRP被赋予一定的塑性,构件在这一阶段具备一定的加劲特征,而钢管混凝土试件呈现软化特征;CFRP套箍指标对构件的极限承载力和延性影响较大,钢管套箍指标的影响相对较弱。     

CFRP-钢管混凝土核心轴压短柱的承载力研究

在统一强度理论和基本假定的基础上,考虑CFRP-钢复合管对核心区混凝土的侧向约束和外围钢筋混凝土套筒对极限承载力的贡献,推导CFRP-钢管混凝土核心轴压短柱的极限承载力公式。通过与文献中试验结果进行比较,验证理论公式的正确性,并进一步分析总套箍指标、钢管的套箍指标和CFRP筒的套箍指标对承载力的影响,为CFRP-钢管混凝土核心轴压短柱的极限承载力分析提供了一定的理论依据。     

矩形钢管混凝土柱与钢梁半刚性节点的抗震性能试验研究

本文进行了两种矩形钢管混凝土柱与钢梁半刚性连接节点———加劲端板(SEP)连接节点与双T板(DST)连接节点在柱端低周反复荷载作用下的拟静力试验,目的在于了解这两类节点在不同轴压比下的滞回性能、强度与刚度退化、延性与破坏机制。并与常规焊接翼缘板(WFP)连接节点作了比较。结果表明:不同轴压比对节点转动有一定的影响,加劲端板(SEP)连接节点与双T板(DST)连接节点具有良好的转动延性与耗能能力。     

超薄壁冷弯型钢矩形截面钢管墙架柱-楼层梁连接抗震性能试验研究

冷弯薄壁型钢结构的墙架柱与楼层梁连接构成空间受力体系,考虑柱的轴压比和楼层连接处不同构造方式,对3组共6个矩形截面镀锌钢管墙架柱与楼层梁的连接试件进行了低周往复加载试验。研究结果表明：墙架柱的轴压比从0.2增加到0.4时,规程JGJ 227-2011推荐的连接构造试件的屈服、极限和破坏荷载较角钢加强型连接构造试件均降低约20%,但对角钢加强型连接影响较小;所有连接均发生延性破坏,极限状态时墙架柱损伤很小;柱轴压比对延性、耗能能力均有一定的影响,因此将未加强的连接用于多层房屋结构时,要引起足够重视;在角钢加强型连接中,角钢厚度对连接试件的承载力影响显著,故建议对多层冷弯薄壁型钢房屋中的墙架柱与梁连接,采用厚t≥2 mm的角钢,与规程JGJ 227-2011推荐的连接方式相比,其承载力明显提高,累积耗能能力及屈服耗能能力均较强,破坏前试验所经历的荷载循环级数增加。     

轴压比对带PC填充墙的装配式联肢#br# 剪力墙受力性能影响分析

在试验研究的基础上,对带预制混凝土(PC)填充墙的装配式联肢剪力墙进行数值模拟分析,系统研究不同连接方式、轴压比下结构的破坏形态、承载力、刚度、延性等性能。结果表明：PC填充墙的存在可提高结构的承载力、抗侧刚度,刚性连接时结构的周期折减系数建议取0.8～1。随着轴压比的增大,试件的屈服荷载和峰值荷载增大;轴压比小于0.3时,结构的抗侧刚度随轴压比的增大而增大,当轴压比大于0.3时,随轴压比增大,刚性连接下的刚度减小,而柔性连接试件刚度基本不变;结构的延性随轴压比的增大而减小,刚性连接试件的延性系数降低速率高于柔性连接试件,建议刚性连接下,轴压比大于0.3时加强剪力墙边缘构件配筋。     

方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的拟静力试验研究

本文进行了6个方形钢管混凝土柱与钢梁连接节点足尺模型的拟静力试验,包括穿芯螺栓-加劲端板连接(SEP)节点、缀板焊接连接(SPW)节点与常规栓焊(NBW)节点三种。比较了这三种连接节点在不同轴压比下的滞回性能、强度与刚度退化、延性性能、耗能能力以及破坏特征。结果显示:破坏大多发生在节点连接部位或钢梁局部屈曲或开裂,SEP节点与SPW节点的整体抗震性能要优于常规栓焊节点。     

拉-弯-剪组合作用下法兰连接方钢管柱受力性能研究

为研究多高层钢结构柱连接在拉-弯-剪组合作用下的受力性能,对4个不同法兰板厚度的法兰连接柱进行了足尺模型试验和有限元分析,并通过有限元模型分析了轴拉比对法兰连接柱性能的影响。结果表明：随着法兰板厚度增大,连接柱的侧向刚度和水平承载力增大,受拉区法兰接触面翘力减小;在拉-弯-剪组合作用下,法兰中性轴位置在受压侧第二排螺栓附近,且随着法兰板厚度的增大,中性轴位置由法兰受压区逐渐向其几何中心移动。轴向拉力对法兰产生的作用效应与水平荷载产生的作用同向。轴向拉力降低了法兰连接柱的水平屈服荷载,法兰转角随着轴拉比的增大而增大。     

约束组合梁抗火试验及理论研究

处于整体结构中的构件受到相邻结构构件的约束作用,其火灾中的反应与单个构件具有明显差异。采用约束框架模拟整体结构为组合梁提供约束作用,通过2个组合梁试件研究简支组合梁和连续组合梁的火灾反应。试验表明,在整个火灾过程中,组合梁轴力、挠度及其抵抗弯距相互影响和转化,共同抵抗外荷载作用。在火灾初始阶段,组合梁轴力为压力,削弱了组合梁抗火能力;在火灾中后期,组合梁轴力发展为拉力,挠度可达跨度的1/15,产生的悬链线效应有效提高了组合梁极限抗火能力。简支组合梁和连续组合梁均发生了下翼缘屈曲,下翼缘屈曲是组合梁轴力由压力向拉力的转折点。依据功能原理建立了组合梁下翼缘屈曲的屈服线模型和计算方法,计算结果与试验结果吻合良好。     

火灾中端板连接的模拟单元

采用2结点连接单元模拟高温下的端板螺栓连接。该单元允许在参考平面设置单元结点,参考平面中连接内部温度分布不均匀。考虑了由于弯曲、轴拉、轴压及剪切引起的连接破坏,并考虑了轴拉力对连接的影响。本模型兼具简化模型和组合模型的优点。进行23组耐火试验,验证模型的正确性。结果表明:本模型可用于分析火灾下端板螺栓连接性能,具有足够可靠度。与试验相比,本模型偏保守,可用于进行钢框架组合结构的耐火设计。借助本思路,可设计其他连接形式,如简单连接,柱连接及中空截面连接等。     

X型方钢管混凝土受压节点试验研究

本文通过试验研究X型方钢管混凝土受压节点的破坏形态和破坏过程 ,分析了节点承载力和初始刚度的主要影响因素。试验结果说明 ,随着节点支管宽度与主管宽度的比值的增加 ,X型方钢管混凝土受压节点的承载力和刚度都有明显的提高 ;随着节点主管内部混凝土填充长度的增加 ,X型方钢管混凝土受压节点的承载力有明显提高     

Compressive behavior of dual-gusset-plate connections for buckling-restrained braced frames

This work conducts compression tests and finite element analyses for steel dual-gusset-plate connections used for buckling-restrained braced frames (BRBFs). Compared to a single-gusset-plate connection, dual gusset plates sandwiching a BRB core reduce gusset plate size, eliminate the need for splice plates, and enhance connection stability under compression. The experimental program investigated ultimate compression load by testing ten large dual-gusset-plate connections. Out-of-plane deformation of the gusset plate in the test resembled that of a buckled gusset plate with low bending rigidity provided by the BRB end. The general-purpose nonlinear finite element analysis program ABAQUS was applied for correlation analysis. A parametric study of the dual-gusset-plate connection was performed to study the effects of plate size, presence of centerline stiffeners, and beam and column boundaries on ultimate compression load. The ultimate compression load of the dual-gusset-plate connection could not be predicted based on the AISC-LRFD approach due to beam flange out-of-plane deformation. The ultimate compression load of the dual-gusset-plate connection was reasonably predicted using a column strip length from the Whitmore section to the workpoint of the beam and column centerlines and a buckling coefficient of K = 2.