半刚性对预应力自复位框架结构的抗震性能影响分析

预应力自复位混凝土框架节点(简称PTED节点)是半刚性节点,节点的转动刚度对PTED框架结构的弹塑性性能影响较大。引入节点固定系数的概念,给出其理论表达式,并通过PTED节点试验和PTED框架结构的动力弹塑性分析,研究节点转动刚度的变化对PTED框架结构弹塑性性能的影响。研究结果表明:随着节点转动刚度的减小,在侧向荷载作用下,框架结构的最大顶点位移增大而最大基底剪力相应减小;在竖向荷载作用下,梁跨弯矩的分布从负弯矩向正弯矩转化。在半刚性结构设计中必须考虑节点转动刚度对结构弹塑性性能的影响。     

半刚性连接侧倾钢框架的极限荷载

钢框架中梁柱连接的约束条件大多介于完全刚接和理想铰接之间,即半刚性连接。半刚性连接增大了节点的柔性,并且加大了框架结构的水平位移。本文以半刚性连接的单跨侧倾钢架为例,用螺旋弹簧模拟半刚性连接节点的刚度,通过引入柱的线刚度与半刚性节点刚度比u,在弹性阶段,推导了其极限荷载,并与刚性连接节点的极限荷载作了比较。推导出折减系数I,可用于计算半刚性连接钢框架的极限荷载。研究表明,节点刚度减小,对钢架的极限荷载产生了较大的不利影响。因此,笔者建议在设计侧倾钢架时,应考虑节点半刚性的影响。     

有侧移半刚性连接钢框架柱的计算长度系数

利用三层柱的框架结构计算模型,引入梁柱线刚度比修正系数,采用螺旋弹簧模拟横梁对柱子的约束弯矩及节点连接的半刚性,考虑连接的非线性弯矩—转角关系,建立梁柱有侧移半刚性连接转角位移方程,推导了有侧移半刚性钢框架柱计算长度系数的公式,本文推导的半刚性连接柱的计算长度系数公式与《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中的刚性钢框架柱的计算长度系数形式相同。研究结果表明:有侧移半刚性连接钢框架柱的计算长度系数比刚性连接的钢框架柱的计算长度系数增大6%~14%左右,故在半刚性连接的钢框架柱的稳定和分析中,应考虑梁柱节点的半刚性连接对钢框架稳定性产生的影响。本文引入的梁柱线刚度比修正系数物理意义明确,计算方法简捷方便,便于工程推广。     

半刚接钢框架柱稳定承载力研究

通过引入线刚度修正系数来考虑连接的非线性,采用变刚度螺旋弹簧单元模拟半刚性节点的特性,给出了考虑连接节点刚度影响的无侧移、有侧移钢框架柱的计算长度系数公式,讨论了半刚性连接对框架稳定承载力的影响。研究结果表明:节点刚度对纯框架柱计算长度系数有显著的影响。在无侧移情况下,有限元分析结果与理论计算值吻合较好;在有侧移情况下,节点连接的有效刚度与作用在框架梁上的荷载大小及形式等有关,准确确定有效刚度比较复杂,理论计算与有限元分析结果相差较大,理论解偏于保守。     

墩梁半刚性连接节点受力性能与计算方法研究

提出一种不传递弯矩的墩梁半刚性连接节点,开展12个分别考虑不同影响参数的足尺节点模型拟静力试验,对比研究节点传力机理,分析刚度变化规律;采用验证后的有限元模型开展主要影响参数扩展分析,通过数值拟合方法,建立考虑半刚性节点剪切刚度和抗弯刚度计算方法。结果表明：水平荷载作用下,节点先平动再转动,该构造能利用钢棒的弯曲能力和橡胶套的压缩能力来实现桥梁上、下部结构连接处的半刚接性能。橡胶套厚度与钢棒直径是影响半刚性连接节点剪切刚度和抗弯刚度的主要因素,同时钢棒的根数与节点剪切刚度和抗弯刚度成近线性倍数关系,钢棒高度和橡胶垫厚度对节点受力性能的影响可以忽略不计。随着钢棒直径增大,半刚性节点平动位移逐渐减小,剪切刚度和抗弯刚度呈非线性递增关系。随着橡胶套厚度增大,半刚性节点平动位移逐渐增大,剪切刚度和抗弯刚度呈非线性递减关系。考虑钢棒直径和橡胶套厚度双参数变化的刚度计算公式,可用于墩梁半刚性连接节点设计。     

水平荷载作用下足尺半刚性连接组合梁框架试验

为研究半刚性连接组合梁钢框架在水平荷载作用下的特性,进行水平荷载作用下足尺的空间两层两跨半刚性连接组合梁框架的试验研究。半刚性连接组合梁框架由热轧H型钢柱和焊接H钢梁及压型钢板混凝土组合梁组成,连接为平端板连接半刚性节点。试验主要进行相应测点的应变、转角及位移测量,框架整体性能及半刚性连接节点性能的分析。试验结果显示半刚性连接组合梁框架具有较强的抵抗水平荷载的能力;平端板连接组合节点为半刚性连接、部分强度节点,具有较高的强度、刚度和较好的延性。将试验结果与简化计算方法的预测结果进行比较,结果显示框架的总体位移、极限承载能力、节点转动能力及强度的试验值与简化方法的预测值能较好的吻合。     

无侧移半刚性连接箱式模块化框架的稳定分析

基于《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）,利用三柱子框架模型推导了无侧移半刚性连接箱式模块化框架柱计算长度系数方程,给出了基于分析假定的柱计算长度系数理论解,提出了针对无侧移半刚性连接箱式模块化框架柱计算长度系数的实用计算公式;通过对比理论计算结果和有限元分析结果,验证了实用计算公式的精确性与适用性;研究了无侧移半刚性连接箱式模块化框架柱计算长度系数的各影响因素。结果表明:柱计算长度系数除了受到半刚性节点刚度变化的影响外,还受到上下相邻模块框架梁对框架柱约束系数比值的影响;当上下相邻模块框架梁对框架柱约束系数的比值均为1时,柱计算长度系数不随节点刚度变化而变化。     

半刚性连接钢框架二阶内力和位移的简化计算

框架中梁柱连接大多介于完全刚接与理想铰接之间,即半刚性连接.提出了半刚性连接钢框架二阶内力与位移的简化计算方法.在计算内力时用弯矩放大法,连接的影响通过将梁的抗弯刚度乘以修正系数来考虑;计算位移时用D值法,连接的影响通过将梁的抗弯刚度转化为等效刚度来考虑.算例表明,在计算中应充分考虑半刚性连接的影响.     

半刚性连接钢框架二阶内力和位移的简化计算

框架中梁柱连接大多介于完全刚接与理想铰接之间,即半刚性连接。提出了半刚性连接钢框架二阶内力与位移的简化计算方法。在计算内力时用弯矩放大法,连接的影响通过将梁的抗弯刚度乘以修正系数来考虑;计算位移时用D值法,连接的影响通过将梁的抗弯刚度转化为等效刚度来考虑。算例表明,在计算中应充分考虑半刚性连接的影响。     

半刚性连接对有侧移刚架稳定性的影响

利用半刚性连接的转角位移方程,使用位移法推导了单层单跨刚架发生有侧移失稳时的稳定承载力公式。数值分析结果表明,当节点刚度相对较小的时候,刚架的稳定承载性能受节点刚度的影响而折减很大:当节点刚度与梁线刚度之比等于5时,刚架的屈曲荷载仅为柱两端节点均为刚接情况下,刚架屈曲荷载的75%～95%。由此可见,在刚架的稳定分析和设计中,应考虑半刚性连接对框架柱的不利影响。文章最后给出了设计建议。     

钢-混凝土预制混合梁受力性能分析

通过对4个钢-混凝土预制混合梁试件进行拟静力试验,研究了该预制试件的破坏模式、受力过程及受力机理。采用有限元软件ABAQUS对钢-混凝土预制混合梁的受力性能进行模拟,研究了钢材屈服强度、纵筋配筋率和钢梁长度对其受力性能的影响,并分析了钢、混凝土梁两者间刚度及承载力的匹配关系。研究结果表明：钢-混凝土预制混合梁最终破坏表现为混凝土梁端出现塑性铰,而端部钢梁在整个加载过程中保持完好,钢与混凝土连接节点能可靠传递两者间应力。提高钢材屈服强度和增加纵筋配筋率可提高承载力,其中增加纵筋配筋率的提高效果更明显;随着钢梁长度的增加,承载力逐渐增大,但初始刚度呈线性降低。根据研究结果给出了该类型预制构件的设计建议：混凝土梁与钢梁设计受弯承载力比（Mc/Ms）取值范围宜为0.8~1.0,端部钢梁长度取值范围宜为100~200mm;箍筋加密区范围起算点应取混凝土梁端截面而不应取柱边。     

预制装配式混合框架屈曲约束狗骨式节点抗震性能试验研究

为充分发挥装配式混凝土结构施工便捷的特性及钢结构中狗骨式钢梁的抗震性能优势,提出了预制装配式混合框架屈曲约束狗骨式节点。该混合框架节点由预制钢筋混凝土柱和预制钢-混凝土混合梁通过高强螺栓连接而成,其中混合梁由屈曲约束狗骨式钢梁段与混凝土梁段采用高强螺栓连接。完成了2个框架中节点及2个框架边节点的低周往复加载试验。通过对节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化的研究,对节点类型及梁内是否布置预应力筋对该节点抗震性能的影响进行了分析。研究结果表明：该节点的拼装方式采用全螺栓连接,施工便捷;节点的破坏主要集中于钢梁段,达到了塑性铰外移的目的;节点梁内布置预应力筋能明显提高混凝土梁段的抗裂性能及节点整体抗震能力;提出了该节点中梁端受弯承载力计算方法,试验值与计算值吻合较好。     

节点刚度对预制装配框架抗震性能的影响分析

采用端部带转动弹簧的梁单元力学模型,编制相应的Fortran语言刚架计算程序,对不同节点刚度的钢筋混凝土预制装配框架结构的自振周期等动力特性进行了系统研究,并分析了不同节点刚度的钢筋混凝土预制装配框架在8度(0.20g)多遇地震作用下的层间位移和层间位移角。结果表明:混凝土预制装配框架结构的自振周期随着节点刚度的减小而不断增大,节点刚度对低阶振型自振周期影响较大、对高阶振型自振周期影响较小;层间位移和层间位移角随着节点刚度的增大而不断减小,在节点刚度较小时不满足多遇地震作用下的钢筋混凝土框架弹性位移角限值要求。     

考虑节点刚度预制装配框架抗震性能研究

采用端部带转动弹簧的梁单元力学模型,编制相应的Fortran语言刚架计算程序,对考虑节点刚度的混凝土预制装配框架结构的动力特性及其在地震作用下的层间位移和层间位移角进行了系统研究.结果表明:混凝土预制装配框架结构的自振周期随着节点刚度的减小而不断增大,节点转动刚度对低阶振型自振周期影响较大、对高阶振型自振周期影响较小;...     

采用混杂纤维ECC的叠合板#br# 组合梁负弯矩受力性能试验研究

基于一种新型混杂纤维ECC材料研发一种钢 混凝土-ECC组合桥面结构,用于连续组合桥梁的负弯矩区以提升其抗裂性能,可代替其他复杂的工程措施。完成2根钢-混凝土-ECC叠合板组合梁和1根钢-混凝土叠合板组合梁的静力单调加载试验。通过对承载力、刚度与裂缝发展的分析,初步论证混杂纤维ECC用于钢-混凝土组合梁的可行性和优势。试验表明：在纵向受拉钢筋配筋率相等的情况下,采用ECC后浇层的叠合板组合梁在正常使用阶段的承载力略高于对比梁,刚度则高于对比梁且裂缝数量减少、宽度减小;在采用界面拉毛处理后,后浇ECC与混凝土之间的黏结性能良好,界面未出现滑移破坏。基于试验数据和规范方法,提出了含ECC构件的受弯裂缝宽度计算公式,公式计算值与相关试验吻合较好。     

框架中钢-混凝土组合梁等效弯曲刚度分析

框架体系中钢-混凝土组合梁在竖向荷载作用下的弯矩分布与其端部受到的转动约束条件密切相关,而在不同方向的弯矩作用下钢-混凝土组合梁截面的抗弯刚度又差异显著,要准确计算竖向荷载作用下组合梁的等效弯曲刚度必须充分考虑与其相连的梁柱变形对其端部产生的转动约束刚度。为此,采用分段刚度建立了框架中组合梁在竖向荷载作用下的等效刚度理论模型,以考虑不同梁端转动约束刚度和楼板开裂前后截面特性差异对组合梁等效刚度的影响。基于该理论模型进行大量参数分析,识别了影响组合梁等效弯曲刚度的两个关键参数：转动约束刚度与组合梁开裂后截面线刚度比和梁开裂前后截面刚度比,得到了随梁端转动约束刚度变化的组合梁在竖向荷载作用下等效弯曲刚度的计算式,在框架设计时可方便地用于组合梁的变形和内力计算。对比讨论了建议算式和现有公式的计算精度,并通过结构体系的非线性全过程分析对建议算式的合理性做了进一步的验证。理论分析和设计方法表明,组合梁在竖向均布荷载作用下的负弯矩区长度和等效弯曲刚度随梁端转动约束刚度变化显著,必须在设计中准确考虑。     

钢-混凝土预制梁连接区段抗震性能试验研究

为实现预制装配式混凝土框架结构的干式连接,提出一种带工字钢接头的装配式钢筋混凝土梁.通过3个不同配筋率(0.96％、1.50％、2.34％)试件的低周反复荷载试验,研究了不同弯矩系数比对其破坏形态、滞回特性、承载力、延性、承载力退化及关键部位应变的影响.结果表明,该预制混合梁在不同弯矩系数比下表现出不同的屈服顺序和破坏...     

现浇柱预制梁混凝土框架结构抗震性能试验研究

为研究装配整体式混凝土框架结构的滞回性能、延性和耗能能力等抗震性能,并考察其在罕遇地震作用下进入弹塑性阶段的受力性能,进行了2个1/2比例的2层2跨现浇柱预制梁框架试件的低周反复荷载试验。2个试件分别为对比装配式框架试件和预制梁端底部钢筋带套管的框架试件,试验中结构的最大层间位移角达到1/25。试验结果表明：现浇柱预制梁框架结构具有稳定的滞回性能及良好的延性;整个试验过程中结构刚度退化明显,且刚度退化主要发生在屈服之前;梁端钢筋的套管很好地发挥了作用,套管将接缝处钢筋变形平均到套管中,增大了梁端塑性铰长度,进而提高了结构的变形能力。研究成果可为装配整体式混凝土框架在抗震设防区的推广和应用提供参考。     

钢-混凝土预制梁连接区段抗震性能试验研究

为实现预制装配式混凝土框架结构的干式连接，提出一种带工字钢接头的装配式钢筋混凝土梁。通过3个不同配筋率(0.96%、1.50%、2.34%)试件的低周反复荷载试验，研究了不同弯矩系数比对其破坏形态、滞回特性、承载力、延性、承载力退化及关键部位应变的影响。结果表明，该预制混合梁在不同弯矩系数比下表现出不同的屈服顺序和破坏模式，随着弯矩系数比的减小，试件的损伤从集中在混凝土梁段到集中在钢梁段逐渐演变，滞回曲线渐趋饱满；在焊缝质量可靠的前提下，钢套筒连接区段未发生破坏，传力可靠。结合试验结果，进一步分析了该预制梁的受弯承载力计算方法和剪力传递过程。工程应用时，以钢接头屈服耗能为目标，保守建议设计弯矩系数比小于0.63，并保证钢套筒剪力传递的构造可靠。     

水平荷载作用下半刚性连接组合梁框架承载能力极限状态验算方法

本文分析了半刚性连接组合梁框架的在水平荷载作用下的受力特性,提出了对于具有合理构造措施的半刚性连接框架,采用塑性分析方法进行在水平荷载作用下的框架整体极限承载能力、组合梁的承载能力及框架柱的承载能力验算。采用塑性分析方法可使设计计算工作量极大地降低,而且能给出较为安全和准确的分析结果,这可供半刚性连接框架的实际设计参考。