弱轴栓焊连接梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

栓焊连接是钢结构建筑中常用的节点形式之一,该节点的受力性能和破坏方式与钢框架结构的抗倒塌性能密切相关。针对栓焊连接节点,采用备用荷载路径法,选择两跨三柱型梁柱子结构作为研究对象,对三个不同跨度比（1:0.6, 1:1.0, 1:1.4）的弱轴栓焊连接梁柱子结构试件进行单调静力加载试验,对比分析了连续倒塌条件下三个试件的破坏模式、力学性能和抗力机制。试验结果表明：三个试件的破坏过程均为梁端受拉翼缘先后发生断裂,进而断裂截面部分内力转由腹板螺栓传递,且梁端受压翼缘屈曲,最终由于梁柱节点处梁腹板螺栓孔发生剪切破坏或梁腹板、节点板断裂使试件丧失承载力。通过分析试件的失效机理可知,三个试件的抗力机制发展过程经历了梁机制阶段、梁机制向悬链线机制转变的过渡阶段、悬链线机制阶段。弱轴栓焊连接节点具有较高的冗余度,当受拉翼缘断裂后节点仍具有一定的转动能力,剩余结构通过梁柱之间可靠的拉结力及梁端产生的较大转角保证悬链线效应能够充分发挥,且在之后的大变形中起主导作用,而梁柱节点变形的快速增大有利于梁柱子结构通过梁柱构件间的协同工作继续承担荷载。对不等跨弱轴栓焊连接梁柱子结构试件,其初始断裂部位往往位于跨高比较小的短梁,且短梁相比长梁的悬链线效应更为显著。     

梁-H型柱弱轴刚性拼接的子结构抗倒塌性能试验研究

梁柱连接节点是框架结构的重要组成部分,明确节点的受力性能是准确进行结构抗连续倒塌分析的前提。本文基于替代荷载路径法并考虑楼板的组合效应,以两跨三柱型组合梁-柱子结构为研究对象,设计制作了H型柱弱轴方向刚性拼接的栓焊连接、全螺栓连接子结构试件并命名为RWUF、RWUT。对子结构试件进行单调静力加载试验并对比了破坏模式、变形性能和抗力机理。结果表明：试件的加载过程均经历了弹性阶段、压拱阶段、混合机制阶段（梁机制与悬链线机制的混合阶段）,且子结构试件首次断裂均发生在混合机制阶段,悬链线效应的发挥为断后荷载的提升起到有利作用;试件的断裂均发生在梁段拼接处,弱轴栓焊连接试件在正弯矩区受拉侧焊缝断裂后破坏持续向腹板扩展直至丧失承载力,弱轴全螺栓连接试件的破坏仅为正弯矩区受拉侧盖板的断裂;螺栓发生有限滑移后,螺栓孔壁持续受到挤压发生轴向变形有利于塑性铰的转动,也为轴力的传递提供了路径,结构受荷后期悬链线效应显著,整体抗力得到提升;基于能量平衡原理对子结构进行动力评估可知,节点的非线性转动能力直接影响了结构的抗倒塌能力,弱轴采用全螺栓连接的结构具备更高的动力倒塌抗力。     

梁–H型柱弱轴刚性拼接的子结构抗倒塌性能试验研究

梁柱连接节点是框架结构的重要组成部分,明确节点的受力性能是准确进行结构抗连续倒塌分析的前提。本文基于替代荷载路径法并考虑楼板的组合效应,以两跨三柱型组合梁–柱子结构为研究对象,设计制作了H型柱弱轴方向刚性拼接的栓焊连接子结构试件（RWUF）和全螺栓连接子结构试件（RWUT）。对两种子结构试件进行单调静力加载试验并分析其破坏模式、变形性能和抗力机理。结果表明：两种试件的加载过程均经历了弹性阶段、压拱阶段、混合机制阶段（梁机制与悬链线机制的混合阶段）,且子结构试件首次断裂均发生在混合机制阶段,悬链线效应的发挥为断后荷载的提升起到有利作用;试件的断裂均发生在梁段拼接处,RWUF在正弯矩区受拉侧焊缝断裂后破坏持续向腹板扩展,直至丧失承载力,RWUT的破坏仅为正弯矩区受拉侧盖板的断裂;螺栓发生有限滑移后,螺栓孔壁持续受到挤压,并发生轴向变形有利于塑性铰的转动,也为轴力的传递提供了路径,结构受荷后期悬链线效应显著,整体抗力得到提升。基于能量平衡原理对子结构进行动力评估可知,节点的非线性转动能力直接影响结构的抗倒塌能力,弱轴采用全螺栓连接的结构具备更高的动力倒塌抗力。     

不同柱失效对T型钢连接子结构抗倒塌性能影响

结构倒塌会引起严重的人员伤亡和巨大的财产损失,研究结构抗倒塌性能可为结构设计提供指导和参考依据。文章通过对不同柱失效梁柱子结构的有限元数值模拟,分析结构的破坏模式和抗力机制,研究跨度比对角柱失效工况下梁柱子结构抗倒塌性能的影响。结果表明：中柱失效前,其承担的荷载在失效后的小变形阶段将更多地通过与失效柱强轴方向相连的梁传递到边柱,而在失效后的大变形阶段强轴和弱轴方向传递荷载能力相差不大;边柱失效工况下,只在对称方向的梁内产生了悬链线机制;在角柱失效情形,子结构中的梁构件只经历了梁机制作用阶段。比较3种柱失效工况,其角柱失效最危险,其原因在于梁构件没有产生悬链线机制;在角柱失效工况下,随着跨度比的增加,梁柱子结构极限承载力逐渐减小。     

蜂窝圆孔型组合梁柱子结构抗倒塌性能研究

为研究蜂窝梁对组合梁柱子结构抗倒塌性能的影响,分别制作了1/3缩尺的实腹式组合梁柱子结构（WUF）和蜂窝圆孔型组合梁柱子结构（WUFC）试件,并对两试件进行中柱失效工况下的静力加载倒塌试验。试验结果表明：试件WUFC破坏模式为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先发生断裂,随后,左右边柱节点处梁翼缘也发生断裂;而试件WUF的破坏模式仅表现为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先出现断裂,进而裂缝沿螺栓孔竖向发展并最终贯通被剪坏。两试件的变形形态与内力发展趋势相似,但试件WUFC具有更好的变形能力,二者抗力机制可划分为压拱效应阶段、梁机制阶段与悬链线机制阶段,在压拱效应阶段,由于开孔削弱了组合梁的抗弯刚度,试件WUFC的初始刚度较试件WUF下降了8.5%;在悬链线机制阶段,WUFC的悬链线机制得到了充分发展,WUFC的最大承载力和失效位移较WUF分别增大了42.7%和31.9%;梁腹板适当开孔有利于组合梁梁端节点转动与轴力的发展。通过ABAQUS对两个试件进行精细化建模,并与试验结果对比验证了有限元建模方法的正确性。通过对足尺模型的数值模拟研究了径高比、孔间距、孔边距等关键参数对试件WUFC抗倒塌性能的影响,数...     

蜂窝型组合梁柱子结构抗倒塌性能研究

为研究蜂窝梁对组合梁柱子结构抗倒塌性能的影响,分别制作了1/3缩尺的实腹式组合梁柱子结构（WUF）和蜂窝型组合梁柱子结构（WUFC）试件,并对两试件进行中柱失效工况下的静力加载倒塌试验。试验结果表明：WUFC破坏模式为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先发生断裂,随后左右边柱节点处梁翼缘也发生断裂,而WUF的破坏模式仅表现为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先出现断裂,进而裂缝沿螺栓孔竖向发展并最终贯通被剪坏;两试件的变形形态与内力发展趋势相似,但WUFC具有更好的变形能力;二者抗力机制可划分为压拱效应阶段、梁机制阶段与悬链线机制阶段;在压拱效应阶段,由于开孔削弱了组合梁的抗弯刚度,WUFC的初始刚度较WUF下降了8.5%;在悬链线机制阶段,WUFC的悬链线机制得到了充分发展,WUFC的最大承载力和失效位移较WUF分别增大了42.7%和31.9%;梁腹板适当开孔有利于组合梁梁端节点转动与轴力的发展。通过ABAQUS对两个试件进行精细化建模,并与试验结果对比验证了有限元建模方法的正确性。通过对足尺模型的数值模拟研究了径高比、孔间距、孔边距等关键参数对WUFC抗倒塌性能的影响,数值分析结果表明：为保证WUFC具有良好的抗倒塌性能,径高比宜取50%~70%,孔间距宜取1.0~1.4倍的梁高,孔边距宜等于梁高。     

双腹板顶底角钢梁柱连接受力性能分析

建立双腹板顶底角钢梁柱连接节点的精细有限元模型,对模型进行了非线性有限元数值计算,分析了在单调荷载作用下双腹板顶底角钢梁柱连接节点的承载力、极限变形状态、破坏机理和变形状态.深入探讨了双腹板顶底角钢梁柱连接高强螺栓的预紧力,角钢与梁、柱之间的接触压力等节点组件之间的力学特性,获得试验难于测得的力学特性,为双腹板顶底角钢梁柱连接在工程中的应用提供理论依据.     

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.     

平齐端板连接钢框架梁柱子结构的抗倒塌性能分析

平齐端板连接是钢结构建筑中常用的梁柱节点连接方式之一,其节点的受力性能和破坏方式与钢框架结构的抗倒塌性能密切相关.针对平齐端板梁柱节点,采用备用荷载路径法,构建了基于悬链线机制的梁柱子结构模型,分析了钢框架结构在倒塌过程中梁机制与悬链线机制的转换机理.通过数值分析,并与相关试验数据进行验证,获得了梁跨高比和端板厚度等关键参数对钢框架梁柱子结构抗倒塌性能的影响规律,为同类连接方式的钢框架结构抗倒塌分析和设计提供参考.     

钢框架腹板双角钢连接梁柱子结构抗倒塌性能分析

腹板双角钢连接作为梁柱节点的一种常用连接方式大量使用于钢结构工程中,其节点的受力性能和破坏方式与钢框架的抗倒塌性能密切相关.采用显式动力准静态法分析了腹板双角钢连接梁柱子结构在大变形下的抗力机制转换及破坏模式,并通过试验结果进行了分析验证.通过对影响钢框架梁柱子结构抗倒塌性能的主要因素(梁跨高比、连接角钢厚度及节点螺栓布置)进行参数分析,获得了一些有价值的结论,为同类连接形式的钢框架结构抗倒塌分析和设计提供参考.     

高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱节点静力性能试验

为解决现有钢管柱节点单边螺栓锚固不足和操作复杂的问题,提出高强钢芯筒-螺栓连接副装配式节点,连接副由内置于钢管柱的高强钢芯筒和常规高强螺栓组成.为考察这种新型节点的静力性能,对6个1∶1足尺钢管柱框架边节点进行单调加载试验,研究变量为钢芯筒类型、筒壁厚度、螺栓直径、钢梁端板厚度.重点分析节点关键部位的应力变化、变形能力、破坏模式、螺栓拉力和节点类型.结果表明:试件均为半刚性节点、梁端塑性铰破坏机制,封闭型芯筒厚度与螺栓直径相当时可以满足梁柱刚接的强度条件;节点域变形很小可以忽略,芯筒转动变形对节点转动影响不超过10%;钢梁端板与柱的间隙随着芯筒厚度减小而快速增长,螺栓有拔出趋势,连接副的抗拉设计值可按钢板螺纹抗拉承载力的70%取用.     

型钢混凝土组合框架力学性能非线性分析

在充分考虑混凝土损伤、材料非线性及单元类型的基础上,建立了由预应力（非预应力）型钢混凝土梁及角钢混凝土柱构成的型钢混凝土组合框架有限元模型,对其在水平荷载作用下的力学性能进行数值分析及试验对比验证。在此基础上,进一步研究了水平荷载作用下组合框架受力的全过程,并对影响此类框架力学性能的主要因素进行了参数敏感性分析。结果表明：组合框架在梁端和柱底部均出现塑性铰,能实现“强柱弱梁”的破坏机制;随着轴压比增大,水平荷载‐位移曲线峰值荷载先增加后减小,峰值荷载对应的位移减小,延性降低;随着长细比增加,结构刚度降低,峰值荷载减小,延性增加。     

混凝土预制缺口梁试件拉张破裂数值模拟

目的针对混凝土抗压不抗拉的特性,探讨混凝土预制缺口梁断裂过程中裂纹尖端应力分布及裂纹扩展规律．方法采用拉张破裂有限元软件,对预制缺口在梁的顶部和在底部不同位置的模型进行数值模拟,描述拉张破裂后形成的不连续面．结果得出了不同方案中预制梁受拉破裂的破坏形式．缺口到梁跨度中心线的距离越小,梁试件底部拉应力区域越小;缺口到梁跨度中心线的距离越大,梁试件底部的拉应力区域越大．结论由不同方案破坏形式可以看出,缺口梁受拉应力作用发生破裂,形成不连续面;随着破裂面的形成与发展,混凝土梁的结构形式发生相应改变,导致应力状态随之调整．缺口的位置直接影响梁结构的破裂方式,缺口到梁跨度中心线的距离在一定的范围内,缺口控制着梁破坏的形式,破裂沿缺口发展;超出范围以后,缺口的存在不影响梁的破坏形式,破裂的形成、发展形式与无缺口梁的破坏形式相同．     

混凝土内含角钢柱在低周反复荷载作用下的抗震性能研究

通过对钢-混凝土(SC)框架柱在低周反复循环荷载试验,研究了SC柱在压、弯、剪作用下发生、粘着剪切、弯曲等不同破坏形式的破坏机理,分析了它们的滞回性能,延性及承载力,提出了压、弯、剪作用下混凝土内含角钢桁架柱水平承载力计算公式,计算结果与试验结果对比吻合较好。     

单跨无洞框支墙梁抗震受力性能研究

以单跨无洞框支墙梁为研究对象 ,通过两榀接近足尺的墙梁试件的试验研究 ,揭示了竖向荷载作用下 ,以及竖向荷载与水平荷载联合作用下框架支承墙梁的基本受力特征。研究表明 ,竖向荷载单独作用下 ,墙梁存在明显的组合作用 ,构造柱可帮助砌体承担相当比例的竖向荷载 ;在水平力作用下 ,作用在墙梁顶面的均匀分布竖向荷载在向下传递至托梁顶面的过程中 ,会偏移至倾覆弯矩受压一侧梁端 ,并可能使该侧墙角砌体压碎以及梁端明显的剪切破坏。     

Experimental study of steel beam-to-column connection with cantilever beam splicing under cyclic loading

为了解决装配式钢结构的抗震问题,提出3种适用于模块化装配式钢框架的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点,通过拼接区的滑移或者削弱梁段的塑性变形实现节点良好的延性性能. 为减少强震作用对梁柱连接焊缝的破坏,对3种不同的节点提出了各自的抗震设计要求. 在对3组试件进行足尺静力试验的基础上,对节点进行了单调加载有限元分析. 获得了节点的弯矩-转角曲线以及节点的破坏模式,并和试验结果进行了对比,得到了接触面摩擦力和螺栓拉力的变化规律. 通过推导的简化计算公式对节点的初始转动刚度、滑移荷载和屈服荷载进行了计算. 结果表明:节点静力加载的破坏模式为靠近拼接区域的悬臂梁下翼缘或者削弱梁段单独或者同时发生较大的局部屈曲变形,节点在破坏前经历了充分的塑性变形,属于延性破坏,3种试件都有良好的延性性能和塑性转动能力. 节点简化计算公式得到的结果和试验结果吻合良好.

     

悬臂梁段不同拼接方式下延性节点静力性能分析

为了解决装配式钢结构的抗震问题,提出3种适用于模块化装配式钢框架的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点,通过拼接区的滑移或者削弱梁段的塑性变形实现节点良好的延性性能.为减少强震作用对梁柱连接焊缝的破坏,对3种不同的节点提出了各自的抗震设计要求.在对3组试件进行足尺静力试验的基础上,对节点进行了单调加载有限元分析.获得了节点的弯矩-转角曲线以及节点的破坏模式,并和试验结果进行了对比,得到了接触面摩擦力和螺栓拉力的变化规律.通过推导的简化计算公式对节点的初始转动刚度、滑移荷载和屈服荷载进行了计算.结果表明:节点静力加载的破坏模式为靠近拼接区域的悬臂梁下翼缘或者削弱梁段单独或者同时发生较大的局部屈曲变形,节点在破坏前经历了充分的塑性变形,属于延性破坏,3种试件都有良好的延性性能和塑性转动能力.节点简化计算公式得到的结果和试验结果吻合良好.     

单跨开洞框支墙梁抗震受力机理研究

通过两片接近足尺的单跨开洞框支墙梁的试验研究 ,揭示了竖向荷载单独作用下、以及竖向荷载与低周交变水平荷载共同作用下的受力机理。研究表明 ,不论是对称开洞还是偏开洞框支墙梁 ,竖向荷载单独作用下均存在明显的组合拱作用 ;水平荷载作用下 ,当砖墙体抗剪强度较高时 ,墙肢可能不出现斜裂缝 ,墙底则出现明显的水平裂缝 ;托梁在洞口附近由于墙肢端部传来的高压力作用可能出现弯曲破坏或弯剪撕裂破坏 ,墙肢端则可能压碎 ;梁端可能出现剪切破坏 ,砖连系梁出现明显的剪切破坏特征。