单边螺栓连接圆中空夹层钢管混凝土柱 节点拟静力试验研究

为了获悉中空夹层钢管混凝土柱节点在地震作用下的抗震性能和破坏机理,文章进行了4个圆套圆中空夹层钢管混凝土柱与钢梁单边螺栓端板连接节点的拟静力试验,分析了端板形式和柱截面空心率对此类节点性能和破坏模式的影响;详细观察了节点在低周反复荷载作用下的受力全过程和破坏特征,分析此类节点的滞回曲线、骨架曲线、强度及刚度退化规律、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明:此类端板连接节点具有典型的半刚性特征,连接可靠,耗能效果良好;在相同空心率条件下,外伸端板连接节点的极限承载力、耗能能力要高于平齐端板连接节点;在相同端板形式条件下,节点的极限承载力和耗能能力随着柱截面空心率的增大而减小。研究成果可为我国半刚性中空夹层钢管混凝土结构的设计与应用提供科学依据。     

预制钢管混凝土核心区-梁端耗能装配式框架节点滞回试验

装配式结构中预制框架梁与框架柱连接的可靠性尤为重要,是研究的热点。笔者提出一种预制装配式框架连接节点,该节点核心区采用预制钢管约束钢纤维自密实混凝土的形式,预制混凝土梁外伸钢筋与贯穿预制节点核心区的钢组件焊接连接、然后在梁端局部现浇钢纤维自密实混凝土实现预制混凝土梁与预制核心区的连接。为验证其可靠性,设计了1个装配式框架节点和1个对比的现浇框架节点进行滞回性能试验研究,对比分析了2种节点在延性、强度和刚度退化、耗能能力、梁端塑性铰区域弯矩-曲率等方面的差异。试验结果表明：所设计的2个试件均发生梁端塑性铰破坏,但贯穿装配式节点核心区的钢组件、外包钢管及柱钢筋均未屈服、核心区外包钢管也未发鼓曲;此外,该装配式框架节点的延性、耗能能力、承载力等指标均略高于现浇框架节点,说明该装配式框架节点能达到等同现浇的水平。     

圆钢管混凝土轴压短柱对比试验研究

为了综合比较各类圆钢管混凝土的轴压力学性能,共设计了4种截面形式的圆钢管混凝土短柱试件,包括圆实心钢管混凝土(圆实心)、内外钢管均为圆形的中空夹层钢管混凝土(圆套圆中空夹层)、外圆内方的中空夹层钢管混凝土(圆套方中空夹层)、内外钢管均为圆形的复式钢管混凝土(圆套圆复式),对其轴压力学性能进行了对比试验研究。结果表明:复式钢管混凝土的力学性能最优,具有较高的承载力和轴压刚度;圆套方中空夹层钢管混凝土短柱的力学性能与实心钢管混凝土短柱接近,而圆套圆中空夹层钢管混凝土短柱的后期延性要稍差一些;实心钢管混凝土短柱和复式钢管混凝土短柱外钢管横向应变的发展要快于中空夹层钢管混凝土短柱;外钢管对中空夹层钢管混凝土短柱中夹层混凝土的约束作用要比对实心钢管混凝土短柱中的核心混凝土弱,内管截面形式对夹层混凝土所受约束效应程度的影响不大。最后,利用ABAQUS软件对4类圆钢管混凝土轴压短柱的轴力-应变曲线进行模拟,计算结果与试验结果接近。     

钢管混凝土柱与钢梁单边高强螺栓端板连接框架拟动力试验

为了研究地震作用下半刚性钢管混凝土框架结构的动力性能与破坏机理,进行了两榀钢管混凝土柱与钢梁单边高强螺栓端板连接框架的拟动力试验,以El Centro波作为拟动力试验的激励输入,获得不同地震加速度峰值下结构的动力响应和破坏模式.分析了在地震作用下组合框架的滞回曲线、动力放大系数、阻尼比、刚度退化规律和耗能能力等抗震性能指标,研究了结构在不同地震波阶段的位移时程曲线和加速度时程曲线等动力响应,比较了柱截面形式和端板类型对组合框架结构抗震性能的影响.试验结果表明,在柱截面宽度和含钢率相同条件下,采用单边高强螺栓端板连接,方钢管混凝土框架的刚度大于圆钢管混凝土框架,但其延性系数小于圆钢管混凝土框架;该类型半刚性组合框架具有良好的抗震性能,连接可靠,可以在实际工程中推广和应用.     

圆端形不锈钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

以外钢管材质、加载方向及中空夹层截面为变化参数,进行了 4个圆端形不锈钢管（concrete-filled round-ended stainless steel tubular,CFRST）和2个圆端形普通钢（concretefilled round-ended carbon steel tubular,CFRT）混凝土桥墩试件的往复加载拟静力试验. 分析了试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、延性系数及耗能等. 试验结果表明：圆端形不锈钢管混凝土桥墩试件的破坏形态均为墩底外钢管的鼓曲及底部混凝土的局部压溃,各试件的滞回曲线较为饱满,无明显捏拢现象,耗能能力及延性均较好;与圆端形钢管混凝土桥墩试件相比,圆端形不锈钢管混凝土桥墩试件的峰值荷载及初始刚度基本不变,但延性及耗能能力增加,刚度退化程度减小;与圆端形实心不锈钢管混凝土桥墩试件相比,圆端形中空夹层不锈钢管混凝土桥墩试件沿强轴加载时峰值荷载、初始刚度、延性及耗能能力均增加,而沿弱轴加载时由于内钢管平直段发生向内凹曲,其峰值荷载及初始刚度虽仍有增加,但延性及耗能能力略有降低. 给出了此类桥墩水平承载力的计算方法,计算结果与拟静力试验结果吻合较好.     

组合楼板对装配式钢框架节点抗震性能的影响

为了解决装配式钢框架中节点区域构造复杂和传力机制不明的问题,提出一种考虑组合楼板作用的端板螺栓连接节点。设计并制作了2组端板连接的装配式梁柱节点,进行了低周往复循环荷载试验,建立了节点试件的数值模型,分析组合楼板对节点的破坏模式、滞回性能、承载能力、半刚性性能、受力特征的影响作用。结果表明,端板连接节点主要破坏模式为端板的弯曲变形,组合楼板的加入会使滞回曲线产生一定的捏拢现象,同时会产生组合楼板开裂破坏现象;增加组合楼板后,端板连接节点的初始转动刚度、极限承载力、耗能能力分别增加了约22%,13%,22%;组合楼板和钢梁上翼缘共同作用时,荷载通过组合楼板传递至柱腹板;与闭口型压型钢板-混凝土组合楼板的节点相比,采用开口型压型钢板-混凝土组合楼板的节点初始转动刚度和极限承载力分别提高13%和9%。组合楼板能有效提高端板连接节点的抗震性能,扩大节点核心区的传力范围,增强梁柱传力机制,可为进一步提高装配式节点性能提供参考。     

方钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点静力性能有限元分析

针对方钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点,采用ABAQUS有限元软件进行工作机理及参数分析.研究结果表明:该类新型节点具有良好的转动能力和延性;节点抗弯承载力随着轴压比的增大而降低;柱长细比对该类节点弯矩-转角曲线影响较小;增大钢管强度、混凝土强度、柱截面含钢率可有效提高节点力学性能.对于平齐式端板连接,减小外侧螺栓至钢梁翼缘距离及增大连接螺栓数量可提高节点抗弯承载力.     

多层钢框架半刚性端板连接的试验研究

为研究钢结构梁柱端板连接的刚度和承载力特性,对8个不同构造的多层钢框架梁柱端板连接进行了试验研究,分析了端板厚度、螺栓直径、端板加劲肋、柱腹板加劲肋、平齐式和外伸式等因素对节点承载力、转动刚度和极限转动能力的影响。试验结果表明:实际工程中采用的很多端板连接大多属于半刚性连接,在荷载作用下,节点发生明显的转动变形。该文根据试验结果,对端板连接节点提出了设计建议。     

装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点的力学性能试验研究

为深入研究装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点力学性能,进行了3个十字形1/2缩尺比例节点试件在低周往复荷载作用下的试验研究,对节点的破坏模式、滞回性能、刚度退化、节点核心区剪切变形、弯矩-转角关系曲线等进行了分析.研究结果表明,在低周往复荷载作用下节点的破坏模式主要表现为对穿螺栓被拉断,外伸端板屈曲,柱壁凹屈,柱壁间连接焊缝断裂;上段柱对穿螺栓往复滑移造成的塑性变形集中在柱壁及外伸端板区域并形成塑性铰,节点具有一定的耗能能力,受对穿螺栓贯穿柱壁连接效应影响,在往复荷载作用下出现"对称凹屈"现象;随内套筒厚度增加,节点核心区剪切变形减小,抗剪刚度增加;节点具有一定的转动刚度,表现出半刚性节点性质.提出的装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点可以实现上柱与下柱、梁与柱全装配式连接.     

平齐端板连接偏心支撑钢框架抗震试验研究

为研究耗能梁段长度和柱轴压对平齐端板连接偏心支撑钢框架抗震性能的影响,进行4个偏心支撑半刚接钢框架的低周反复荷载试验,并从滞回曲线、承载力、延性、耗能及螺栓应变等方面分析了试件的抗震性能.试验结果表明:平齐端板连接偏心支撑钢框架破坏模式为耗能梁段端板焊缝或腹板断裂,其余构件均未出现明显屈曲变形和裂纹,易于震后修复和更换耗能梁段.耗能梁段长度是偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的重要影响因素之一,随耗能梁段长度比的增大,极限承载力及累计耗能均呈下降趋势,短耗能梁段试件的承载力高于长耗能梁段试件的,由于构件之间的滑移,平齐端板连接偏心支撑钢框架结构滞回曲线呈现不同程度的捏缩现象,且随着耗能梁段长度增加,捏缩现象愈加明显.     

方中空夹层钢管混凝土纯扭力学性能研究

当中空夹层钢管混凝土构件用于高架桥桥墩、输变电杆塔、风力发电支架等时,其抗扭性能是十分重要的,纯扭性能的研究是进行压扭、弯扭、压弯扭力学性能研究的基础,因此有必要对中空夹层钢管混凝土纯扭的力学性能进行深入研究。以名义含钢率和空心率为变化参数,设计了4根方中空夹层钢管混凝土试件和1根实心方钢管混凝土试件,对其进行了试验研究,并且利用有限元软件ABAQUS对纯扭试件的扭矩—转角关系进行了计算。研究结果表明:所有试件具有良好的延性和后期承载力;名义含钢率越大,承载力越大;空心率为0.4的方中空夹层钢管混凝土与实心方钢管混凝土纯扭试件力学性能接近。采用本文的有限元方法可以较好地模拟方中空夹层钢管混凝土和实心方钢管混凝土纯扭试件的扭矩—转角关系全过程曲线。     

焊接复合箍筋柱蜂窝梁组合节点的拟静力试验

选取4组8个梁柱节点模型,对焊接复合箍筋柱蜂窝梁组合节点进行拟静力试验研究.分析组合节点在模拟地震作用下的破坏形态及承载力,并探讨其抗震性能.试验观测及分析结果表明,在RCS梁柱节点中,箍筋除了抗剪作用外,对约束混凝土、减少节点剪切变形和增加延性均起重要作用;采用外伸式端板连接的试件,其在柱端低周反复荷载作用下具有较好的延性和耗能能力.通过对比3种节点连接形式发现,钢梁对梁柱节点的转动性能约束越强,则钢筋混凝土柱分配到的水平地震剪力越大,核心区混凝土发生的剪切破坏也越严重.     

单边高强螺栓连接圆形CFDST柱组合节点抗震试验与分析

为揭示地震作用下单边高强螺栓连接圆形中空夹层钢管混凝土(concrete filled double skin steel tube,CFDST)柱(简称"圆形CFDST柱")组合节点的受力性能和破坏机理,文章开展了单边高强螺栓连接圆形CFDST柱组合节点的抗震试验,建立了此类组合节点的有限元分析模型,通过滞回曲线和破坏模式比较验证了有限元分析模型的准确性;对组合节点进行了深入的参数分析,讨论了钢材强度、楼板配筋率、端板厚度及螺栓预紧力等诸多参数对此类组合节点水平荷载-水平位移关系曲线的影响。研究结果表明:单边高强螺栓连接圆形CFDST柱组合节点具有较高的承载力、良好的延性及滞回性能,满足在高烈度地震区的结构抗震性能要求。     

H型钢梁与矩形钢管柱端板单向螺栓连接节点

进行了6组平齐式、外伸式端板单向螺栓连接节点试验,并在现有研究成果的基础上,分别推导了单向螺栓抗拉刚度、受拉端板抗弯刚度、柱壁抗拉刚度、柱壁抗压刚度和受压外伸式端板抗压刚度的计算式.利用组件法推导了平齐式、外伸式连接节点在弯矩作用下初始转动刚度的理论计算公式.结果表明：给出的节点初始转动刚度的计算式与试验结果吻合较好,精度可满足工程设计的要求.最后,提出了H型钢梁与矩形钢管(RHS)柱端板单向螺栓连接节点的设计建议.     

薄钢板组合截面PEC柱(强轴)-钢梁(BRS)组合框架抗震性能数值模拟

为研究薄钢板PEC柱-钢梁组合框架的抗震性能,针对1榀2层单跨对穿螺栓端板连接薄钢板组合截面PEC-削弱截面钢梁组合框架结构试验试件,采用有限元软件ABAQUS对其进行水平循环往复荷载下的数值模拟.基于模拟结果,对试件结构滞回特性、水平抗侧刚度、耗能延性和破坏模式等进行分析.研究表明:试件结构具有较高承载力和较大的抗侧刚度;试件层间变形为剪切型变形模式;试件耗能能力主要由梁端削弱截面屈服和PEC柱脚钢构架屈服与混凝土压溃提供,端板对穿螺栓连接及梁端削弱截面实现了梁端塑性铰区远离节点区;试件最终破坏模式为梁端削弱截面和PEC柱脚处形成塑性铰的塑性破坏机构.该结构体系具有良好的抗震延性.     

H型钢梁与矩形钢管柱端板单向螺栓连接节点初始转动刚度性能

进行了6组平齐式、外伸式端板单向螺栓连接节点试验,并在现有研究成果的基础上,分别推导了单向螺栓抗拉刚度、受拉端板抗弯刚度、柱壁抗拉刚度、柱壁抗压刚度和受压外伸式端板抗压刚度的计算式.利用组件法推导了平齐式、外伸式连接节点在弯矩作用下初始转动刚度的理论计算公式.结果表明:给出的节点初始转动刚度的计算式与试验结果吻合较好,精度可满足工程设计的要求.最后,提出了H型钢梁与矩形钢管(RHS)柱端板单向螺栓连接节点的设计建议.     

装配式混凝土框架顶层端节点抗震性能试验

进行了5个配置500 MPa级纵筋框架顶层端节点试件的低周反复加载试验,研究了采用两种新型构造的装配整体式混凝土框架顶层端节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线和位移延性等抗震性能及承载力,并提出了柱端无上伸节点的斜截面受弯承载力计算方法.结果表明:装配式试件均发生了梁端受弯破坏,且集中在梁端结合面较小范围内,但梁水平叠合面未见开裂;装配式试件的滞回曲线相对现浇试件更为饱满,其位移延性和耗能能力均优于现浇试件;装配式试件的位移延性系数为2.54～3.66,极限位移角为1/29～1/26,且柱端无上伸试件的延性略优于柱端上伸试件;装配式试件的极限承载力比现浇试件平均约低10%,但其极限承载力计算值与试验值之比平均为0.62～0.71,仍具有较高的安全储备.     

新型PEC柱——钢梁端板连接组合框架抗震机理数值模拟

为了研究新型卷边PEC柱—钢梁组合框架的抗震机理,本文针对1榀两层单跨设置预拉对穿螺栓短端板连接新型卷边PEC-钢梁组合框架结构试验试件,采用商业有限元软件ABAQUS对其进行水平循环往复荷载下的抗震性能数值模拟。基于模拟结果,对试件结构滞回性能、水平抗侧刚度、耗能能力、节点连接力学性能、层间传力机理和破坏机构等方面抗震性能进行分析。研究表明:试件结构具有较高承载力和较大的抗侧刚度,且加载初期两层初始抗侧刚度差异明显,随着加载损伤进程的发展其差异不断减小;试件结构水平力作用引起的倾覆弯矩受压侧下层PEC柱承担层间水平总剪力58%,而上层PEC柱平均分担层间剪力,且试件层间侧移变形表现为剪切型变形模式;试件耗能能力由梁端端板附近截面屈服和PEC柱脚钢构架屈服与混凝土压溃提供,且上下层耗能分布基本均匀;PEC柱与钢梁端板预拉对穿螺栓连接具有较强的转动能力,且端板预拉对穿螺栓形成了节点区混凝土斜压带传力模式和提供了节点连接部分自复位功效;试件最终破坏模式为梁端附近截面充分屈服和PEC柱脚部位钢构架屈服与混凝土压溃形成塑性铰的塑性破坏机构,对上下层层间侧移和节点连接转角分别为0.051 rad、0.042 rad和0.045 5 rad,均超过大震对应层间侧移限值1/30的要求,即该试件结构具有良好的抗震延性。     

外伸端板半刚性节点的初始刚度和内力分析

钢框架梁柱外伸端板连接节点的半刚性结构力学模型,是一种用已知节点尺寸来预测其M-θ关系的非线性数学模型, 模型中的主要参数是节点初始转动刚度和极限承载力.文章给出了考虑外伸端板半刚性节点连接的线性化模型初始刚度的计算公式,推导了半刚性连接在荷载作用下的内力计算公式,讨论了半刚性连接对框架内力的影响.     

不同节点轻钢框架的受力性能试验研究

通过对4种不同形式和构造的轻钢框架梁柱连接节点试验研究,分析了端板厚度、T型钢厚度、柱腹板加劲肋等因素对半刚性节点承载力、转动刚度和极限转动能力的影响.研究表明,轻钢框架半刚性连接是承载力较高、延性性能非常好的连接形式.柱腹板设加劲肋的端板连接是轻钢框架较好的半刚性节点.T型钢翼缘厚度对节点承载力的提高作用不明显,但腹板抗剪能力对此有影响.对于具有半刚性连接节点的轻钢框架,应该进行非线性分析.半刚性连接节点组合构件在荷载作用下的滑移现象不能忽视,分析和设计中应引起足够重视,并应提出可靠构造措施.