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...     

方钢管混凝土柱-H型钢梁节点研究

方钢管混凝土柱-H型钢梁节点的结构性能影响钢管混凝土结构在住宅建筑中的推广和应用。在总结方钢管混凝土柱-H型钢梁铰接、半刚接和刚接节点类型的基础上,对目前常用的内隔板节点和新提出的外肋环板节点进行了理论分析与试验研究。基于屈服线理论推导了内隔板节点强度的计算公式,提出了基于静力平衡理论的外肋环板节点的强度计算公式。结合工程实践对这两种节点进行了静力拉伸试验,分析了节点的破坏机制。借助于试件的应变测量,研究了节点的应变分布规律和应力传递机制,得到了荷载位移曲线、节点的屈服强度和极限强度。理论计算结果与试验值分析比较表明,填充混凝土的内隔板节点和外肋环板节点具有较好的刚度和延性。     

方钢管混凝土柱-钢梁节点承载力试验研究

基于隔板贯通节点在地震作用下的破坏调查结果,提出了一种改善钢梁翼缘与隔板连接处受力性能的新型节点--倒角放坡型隔板贯通节点。对7个十字形节点试件进行了静力拉伸试验,研究了隔板贯通式连接中方钢管混凝土柱与钢梁受拉翼缘的连接性能,分析了钢梁翼缘与隔板连接构造以及浇注孔直径、隔板厚度、钢管的宽厚比等参数对节点局部受拉承载力的影响,并将试验得到的承载力与规程公式计算结果进行了比较。研究结果表明:倒角放坡型隔板贯通节点具有较好的承载力和延性;影响节点承载力的主要因素是隔板的厚度、浇注孔径和钢管的宽厚比,在钢管中填充混凝土有利于提高节点的屈服承载力和刚度;对于填充混凝土的试件,采用公式计算节点承载力偏于保守。     

带内隔板方钢管T型节点抗震性能的试验研究

通过2个T型方钢管节点和4个内隔板加劲节点的低周反复试验,研究内隔板加劲节点的破坏模式、节点的承载力、延性变形能力和节点局部刚度的变化规律。试验中2个未加劲T型节点试件在受拉时主管出现剪切破坏、节点延性差。设置内隔板后,节点试件的屈服荷载和峰值荷载明显增大;在受拉状态下,试件达到峰值荷载后的承载力削弱缓慢、试件的变形能力明显增强;在受压状态下,加劲节点的承载能力明显增大,但节点试件节点区焊缝和主管板件的开裂,导致试件的延性有所降低。     

方钢管混凝土柱-钢梁狗骨式节点有限元分析

通过对未设内隔板的方钢管混凝土柱钢梁一般狗骨式节点有限元分析,提出方铜管混凝土柱-钢梁翼缘加强型狗骨式节点,并采用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱-铜梁狗骨式节点进行非线性有限元分析。分析在低周反复荷载作用下,方钢管混凝土柱-钢梁狗骨式节点的抗震性能。结果表明：翼缘加强型狗骨式节点具有良好的延性和耗能能力,翼缘的加强使节点初始刚度增加明显。     

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。     

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。     

方钢管混凝土柱内隔板贯通式节点核心区抗震性能的试验研究

方钢管混凝土柱在建筑结构中已经得到越来越广泛的应用。为研究方钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁(钢梁)连接的内隔板贯通式节点的抗震性能,对10个节点试件进行低周反复荷载试验。在此基础上,对其核心区受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、强度退化和耗能能力等抗震性能进行较为深入的研究与分析。研究结果表明:节点试件的滞回曲线呈明显的梭形,且非常丰满,耗能能力强;内隔板贯通式节点具有较好的延性和承载力,即使在发生节点破坏的时候,也为延性破坏;节点在整个加载过程中刚度退化明显,强度退化很小,可以在抗震设防地区推广使用。     

带外肋环板钢管混凝土梁柱节点抗震性能研究

为了研究带外肋环板方钢管混凝土柱-H型钢梁下栓上焊节点抗震性能,进行了4个方钢管柱-钢梁足尺试件的拟静力试验。通过研究节点试件的弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线,进一步分析节点的刚度退化、承载力、强度退化、残余变形、耗能能力和累积损伤等抗震性能。研究结果表明:节点受力过程中经历了弹性、弹塑性和塑性的阶段;栓焊连接的节点形式比全螺栓节点的残余变形和累计损伤分别降低60%和51%,同时节点的耗能能力和刚度得到提高;钢管混凝土柱节点比空钢管柱节点的极限弯矩提高了11. 2%,同时降低了节点的累积损伤;柱内无隔板的节点与隔板贯通节点各项性能指标相近。可见在实际设计中,适当采用栓焊连接或者填充混凝土可以提高节点的抗震性能。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土不等宽T型节点应力集中系数分析

为研究开孔钢板连接件（PBL）加劲型矩形钢管混凝土T型节点的疲劳性能,进行了T型节点支管受拉、面内受弯及面外受弯的应力集中系数分析。基于矩形钢管混凝土T型节点受拉试验,设计了主管为矩形钢管、矩形钢管混凝土和PBL加劲型矩形钢管混凝土,支管为方钢管的T型节点受拉试件,并采用ABAQUS软件对其进行非线性有限元分析,其中主管钢管宽厚比为27,支主管宽度比为0.4。通过非线性有限元数值模拟,分析热点可能出现位置,并采用二次外推法计算得到支主管的应力集中系数。结果表明:PBL加劲型矩形钢管混凝土节点热点出现位置与矩形钢管节点和矩形钢管混凝土节点一致;与矩形钢管混凝土节点相比,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点的应力集中系数显著降低,抗疲劳性能明显提高。     

钢梁-方钢管钢骨聚丙烯纤维增强水泥基复合材料柱节点的静力有限元分析

采用有限元分析软件ANSYS,对钢梁-方钢管内置C60混凝土和聚丙烯纤维增强水泥基复合材料(PP ECC)梁柱节点进行了三维非线性有限元分析。分析结果表明:由于PP ECC的作用,钢梁-方钢管钢骨PP ECC梁柱节点的极限承载力远大于钢梁-方钢管钢骨混凝土梁柱节点的极限承载力,充分体现出PP ECC具有良好的刚度及承载力。PP ECC比混凝土能更好地与钢管、钢骨进行协同工作,更能充分发挥钢管、钢骨的受力性能。     

后张无黏结预应力干式连接梁柱节点抗震性能试验研究

为研究后张无黏结预应力干式装配梁柱节点在低周往复荷载作用下的抗震性能,对其进行了拟静力试验研究。试验中设计了2个常规现浇梁柱节点和4个装配式梁柱节点,包含中节点和边节点。对比分析了现浇节点和装配节点滞回性能、刚度、承载能力以及变形能力差异。试验结果表明：试验中设计的后张无黏结预应力装配式梁柱节点试件在初始刚度、承载能力、变形能力以及损伤控制等方面均优于传统的现浇节点试件,耗能能力略低;进一步研究了后穿耗能钢筋无黏结段位置对装配节点性能的影响,认为后穿耗能钢筋无黏结段设置在柱外时,装配节点呈现更高的耗能能力和变形能力;装配式节点预应力钢绞线在1/20大位移角下仍能保持弹性,梁柱接触面基本无摩擦滑移,该类装配式节点具有良好的整体性和安全性。     

方钢管混凝土柱与钢梁连接的拉伸试验研究

本文通过对带内隔板的十字形连接节点的拉伸试验,研究了方钢管混凝土柱与钢梁连接的结构性能。借助于在柱翼缘、梁翼缘和内隔板上的应变测量,分析了连接区域的应力传递机制。基于屈服线理论,并考虑连接区域的应变性能,提出了方钢管混凝土柱与钢梁连接的承载力方程,可供制订规范和工程设计参考     

低损伤预应力自复位装配式混凝土耗能框架节点试验和数值研究

为了提高传统预应力干连接节点的抗震性能,提出一种带软钢阻尼器的低损伤自复位装配式混凝土（self-centering precast concrete,SCPC）耗能框架节点。设计了10个不同参数试件,对其进行拟静力试验,研究不同试验参数下梁柱组合体的裂缝开展情况、滞回特性、预应力筋合力、骨架曲线、钢筋应变等。试验结果表明：相比传统的RC节点,低损伤SCPC节点具有良好的自复位能力和抗震性能,预制构件最大裂缝宽度仅为0.08mm;试验中预应力筋始终保持弹性状态,初始预应力越大、预应力筋四周布置能明显提高SCPC节点的初始刚度和耗能能力,耗能条尺寸为中等型号的软钢阻尼器D1在三种阻尼器中耗能效果最佳;梁中纵向钢筋的应变也随梁端位移的增加而增加,且拉应变值明显大于压应变。此外,通过节点有限元模拟和试验结果的误差分析可得,节点张开弯矩、极限弯矩、初始刚度和开裂后刚度的最大误差均在7%以内,从而验证了有限元模拟方法的精确性,可为低损伤SCPC框架结构的整体抗震分析奠定基础。     

Experimental and numerical study on low damage self-centering precast concrete energy dissipated frame connections

为了提高传统预应力干连接节点的抗震性能，提出一种带软钢阻尼器的低损伤自复位装配式混凝土（self-centering precast concrete，SCPC）耗能框架节点。设计了10个不同参数试件，对其进行拟静力试验，研究不同试验参数下梁柱组合体的裂缝开展情况、滞回特性、预应力筋合力、骨架曲线、钢筋应变等。试验结果表明：相比传统的RC节点，低损伤SCPC节点具有良好的自复位能力和抗震性能，预制构件最大裂缝宽度仅为0.08mm；试验中预应力筋始终保持弹性状态，初始预应力越大、预应力筋四周布置能明显提高SCPC节点的初始刚度和耗能能力，耗能条尺寸为中等型号的软钢阻尼器D1在三种阻尼器中耗能效果最佳；梁中纵向钢筋的应变也随梁端位移的增加而增加，且拉应变值明显大于压应变。此外，通过节点有限元模拟和试验结果的误差分析可得，节点张开弯矩、极限弯矩、初始刚度和开裂后刚度的最大误差均在7%以内，从而验证了有限元模拟方法的精确性，可为低损伤SCPC框架结构的整体抗震分析奠定基础。     

现浇柱叠合梁框架节点抗震性能试验研究

以一幢六层现浇柱叠合梁框架实际工程为背景,按照强柱弱梁、强节点弱构件等原则进行设计,取4个不同位置的现浇柱叠合梁框架节点进行低周反复荷载下的足尺模型试验,对现浇柱叠合梁框架节点的破坏形态、滞回曲线、位移延性、刚度退化、耗能能力、预制梁与预制板之间和预制板与现浇板之间的滑移等进行了较系统的研究。结果表明:4个现浇柱叠合梁框架节点均实现了强柱弱梁、强节点弱构件的设计目标,破坏形态均为梁端受弯破坏形式,节点核心区仅有少量细小裂缝;边节点、中节点和平节点的初裂位置为梁中新旧混凝土界面处,而角节点的初裂发生在柱上;与其他2个节点相比,中节点和边节点的滞回曲线饱满;中节点、边节点和平节点的位移延性高于角节点;4个节点的刚度退化规律基本一致。研究成果可为现浇柱叠合梁框架在地震区的推广应用提供技术依据和基础数据。     

方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点抗震性能试验研究

为研究方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点的抗震性能,进行了5个节点拟静力试验研究,分析了端板厚度、螺栓直径、混凝土强度和轴压比等因素对承载力、弯矩-转角曲线、耗能能力、承载力衰退、刚度退化、延性以及破坏模式的影响。研究结果表明：方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点均属于半刚性节点,初始转动刚度随着端板厚度和螺栓直径增大而提高,但节点的极限转动能力随着端板厚度的增大而减小;当承载力由端板或钢梁控制时,其具有良好的转动和耗能能力;试件承载力退化系数在0.8～1.0之间,变化幅度不大,刚度退化相比荷载退化严重;设计中应避免高强螺栓发生脆性破坏。     

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。     

A study on the seismic performance of concrete-filled square steel tube column-to-beam connections reinforced with asymmetric lower diaphragms

This paper studies the development of the through-type concrete-filled square steel tube column-to-beam connection, reinforced with an asymmetric lower diaphragm. This type of connection can be used in weak-earthquake regions such as Korea. A simple tension test was performed on the suggested lower diaphragms and the combined cross diaphragm in order to confirm their tensile behavior. Subsequently, four types of concrete-filled square steel tube column-to-beam connection (with combined cross diaphragm, nothing, horizontal T-bar and vertical plate as lower diaphragm) were fabricated in actual size and tested according to the ANSI/AISC SSPEC 2002 cyclic loading program. The horizontal T-bar and stud bolts in the vertical plates were designed to transmit the tensile stress from the bottom flange of the beam to the filled concrete. All the test specimens satisfied the 0.01 radian inelastic rotation capacity requirements for the composite ordinary moment frame (C-OMF) of the AISC seismic provisions. It was concluded that the suggested simplified lower diaphragms have sufficient strength, stiffness and plastic deformation capacity to be used in the field.