装配式腋板加强型钢节点抗震性能试验研究

提出了一种梁柱间加设腋板的新型装配式钢管柱工字钢梁节点.为深入研究该节点的抗震性能和受力机理,对2组不同腋板外伸长度的足尺节点模型进行了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、初始刚度、延性系数、刚度退化、耗能性能进行了分析.结果表明:在低周往复荷载作用下,试件在腋板外侧且靠近腋板端部位置的梁上钢材最先发生屈服,2组试件最终的破坏模式均为靠近腋板端部位置的螺栓孔处梁翼缘被拉断.腋板的设置有效转移了塑性铰,起到保护节点的作用,实现了"强连接,弱构件"的抗震设计理念;腋板的设置对提高节点承载力以及节点转动刚度有较大影响;随着腋板外伸长度的减小,腋板传递给梁的竖向荷载越大,使得钢梁越早进入屈服;腋板的加设使得腋板端部位置处的梁翼缘应力高度集中,加之螺栓孔对截面的削弱,使其成为影响节点延性的关键,应对该部位适当加强.     

PEC柱型钢梁端板连接框架抗震性能研究

为了研究焊接H型钢部分包裹混凝土柱-型钢梁端板连接框架骨架曲线、延性、耗能能力等抗震性能,设计3榀框架试件在低周往复荷载作用下进行试验。试件参数是端板厚度和柱翼缘厚度。通过试验,研究讨论了改变端板厚度和柱翼缘厚度对框架抗震性能的影响:分析了试件的骨架曲线、延性、耗能能力抗震性能指标。试验结果表明:柱翼缘厚度从12 mm增加到16 mm,框架节点初始刚度增加39.95%,端板厚度从12 mm增加到20 mm,初始刚度增幅11.76%;增加端板厚和柱翼缘厚可提高框架初始刚度;3榀框架试件的延性系数在4.41~5.38之间,说明PEC柱与型钢梁端板连接框架具有良好的抗震性能;增加端板厚度和柱翼缘厚度可以增加框架结构塑性性能。     

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.     

楼板厚度对蜂窝组合梁柱节点抗震性能的影响

目的研究地震作用下楼板厚度对蜂窝组合梁柱节点抗震性能的影响,为蜂窝式组合结构设计在楼板厚度方面提供理论依据.方法对正六边形开孔(开孔率70%)的蜂窝组合梁柱节点进行试验,分析其在低周往复荷载作用下的塑性铰产生机理与破坏形式,并进行有限元模拟;通过建立5个楼板厚度不同的蜂窝组合梁柱节点,对节点的滞回性能进行比较分析.结果开孔率为70%,楼板厚度为90 mm的蜂窝组合梁柱节点可以将塑性铰充分外移到蜂窝孔处;楼板厚度的增加,不仅提高了节点刚度和承载力,也增加了屈服位移、延性以及耗能能力,但是在楼板厚度达到90 mm以后,楼板的刚度和承载力提高不明显;各试件的刚度退化比较接近,试件进入屈服以后,刚度退化更加明显.结论楼板厚度对蜂窝组合梁柱节点的抗震性能影响明显,起到非常重要的作用;对不同楼板厚度蜂窝组合梁柱抗震性能的分析,为蜂窝式组合结构设计提供了参考依据.     

隅撑支撑半刚接钢框架的Pushover分析

将隅撑支撑与半刚接钢框架结合形成的新型支撑钢框架称为隅撑支撑半刚接钢框架。为了研究其在地震作用下的破坏过程,采用有限元软件SAP2000进行了Pushover分析。研究结果表明,罕遇地震作用下,框架中的隅撑和斜支撑率先屈服,耗散大部分地震能量,从而保护了结构的主体构件框架梁和框架柱;梁柱节点的初始转动刚度对结构的抗震性能有很大影响,随着初始转动刚度的降低,结构的极限承载力也在降低,并且过低的初始转动刚度会改变结构塑性铰的发展顺序和结果,因此选择合适的初始转动刚度是隅撑支撑半刚接钢框架抗震设计的关键。     

新型钢框架直接扩翼型节点的滞回性能分析

为了研究扩翼形状和尺寸对钢框架扩翼型节点抗震性能的影响,建立了1个普通型和6个具有不同形状和尺寸的直接扩翼型钢框架节点有限元分析模型,分析了低周往复荷载条件下,不同扩翼型式节点的塑性铰形成与发展、滞回性能、骨架曲线、刚度退化、延性性能和耗能能力等抗震性能,并通过普通型节点试验证实了有限元数值模拟的可靠性.研究结果表明:钢框架节点梁端翼缘扩翼长度和扩翼宽度越大,节点可达到的极限承载能力越高,但节点屈服后其耗能能力下降越快,可达到的极限位移值较小;凹弧式扩翼型节点具有更好的耗能能力,建议在实际工程运用中优先采用.     

狗骨式钢框架子结构节点的累积变形及耗能能力

目的研究在不同加载制度下狗骨式钢框架子结构中节点的累积塑性转角、累积延性比及累积耗能能力的计算方法,为钢框架结构基于性态的抗震设计理论提供参考.方法基于所完成的6榀狗骨式钢框架子结构的拟静力试验,给出了钢框架子结构中典型狗骨式节点的滞回曲线,归纳了所有狗骨式节点的破坏模式、累积塑性转角、累积延性比及累积耗能能力,重点考察加载制度、板件宽厚比对其性能的影响.结果钢梁板件宽厚比对钢框架子结构中狗骨式节点的显著屈服转角有一定影响,钢梁板件宽厚比越大,则狗骨式节点越易发生先屈曲后屈服现象.加载制度对钢框架子结构中狗骨式节点的累积塑性转角及累积耗能能力有显著影响,所施加的循环位移越小,其累积塑性转角及累积耗能能力越大.结论通过统计分析回归了狗骨式节点的累积塑性转角、累积延性比及累积塑性耗能能力的计算公式,对提出狗骨式钢框架结构基于性态的抗震设计方法具有指导意义.     

钢梁与PEC柱组合结构的抗震性能分析

对钢梁与PEC柱半刚性连接组合结构进行抗震性试验研究,共设计了4榀不同连接类型的整体框架试件。通过施加低周水平反复荷载,研究钢梁与PEC柱组合结构的协同工作性能,分析端板厚度、角钢设置、螺栓间距等因素对整体框架抗震性能的影响。试验结果表明:组合结构屈服机制符合"强柱弱梁"的抗震设计要求,梁顶翼缘变形严重并形成塑性铰,柱根部鼓曲进入塑性。增加端板厚度和减小螺栓间距可以增大转动延性、提高承载极限、改善初始刚度;各框架延性性能良好,其位移延性系数均大于2.6,且端板连接的框架延性高于角钢连接的框架;等效粘滞阻尼系数he的数值在0.84～1.14之间,各框架抗震性能良好。     

板厚对板-柱结构抗震性能的影响分析

目的研究板厚对板-柱结构抗震性能的影响,为推广板-柱结构在抗震区的应用提供依据.方法采用三维实体建模,对板厚从190~240 mm(跨厚比30~40)的板-柱结构进行了有限元分析.结果得到了板-柱结构的基底剪力-顶点侧移关系曲线及Pushover分析结果曲线,分析了塑性铰出铰情况,并将加载过程分为4个阶段,对比了各加载阶段结构的响应,给出了对应于7度多遇及罕遇地震作用下的结构侧移和层间位移角.结论当板厚从190 mm增大到240 mm时,板-柱结构的抗侧刚度随之增大,板厚每增加10 mm结构的抗侧刚度增大约5%;等代梁刚度随板厚的增加而增大,虽然板-柱结构在形成出铰机制时出现梁铰数量略减而柱铰数量略增的现象,但整体仍以梁铰为主;在7度多遇、罕遇地震作用下,跨厚比在30~40且经过合理设计的板-柱结构的最大层间位移角均能满足抗震规范的要求.     

连续钢梁SFRC组合桥面板的优化设计

为探究中大跨径连续钢梁钢纤维混凝土（SFRC）组合桥面板优化设计方法,研究结合SFRC组合板偏拉试验与数值模拟所得SFRC受拉开裂特性,依据现有连续钢梁构造特点,采用SFRC代替原设计中C50混凝土铺装,通过Abaqus建立SFRC组合桥面板钢箱梁节段模型进行参数分析,考察了SFRC板厚、钢顶板厚、配筋率对主梁抗弯刚度、钢结构应力影响的特点。在此基础上以主梁弹性抗弯刚度和关键截面应力为约束条件,以上部结构自重与材料成本为优化目标,对中跨50 m和80 m连续钢梁进行优化。最后依据变量优化结果,采用Midas建立考虑负弯矩区SFRC开裂的杆系模型来验证优化结果的合理性。结果表明：文中引入材料塑性损伤的有限元分析方法具有可靠性,所建立的SFRC裂缝宽度与受拉损伤因子关系可以表征SFRC开裂状态。连续钢梁上80～120 mm厚SFRC层参与受力后使主梁弹性抗弯刚度提升17%～24%,当SFRC裂缝宽度达0.20 mm时,主梁抗弯刚度折减13%～20%;钢顶板应力降低7%～12%,主梁负弯承载力无明显变化。增大顶板厚度与配筋率均可有效改善钢顶板应力。对SFRC层厚、配筋率、钢顶板与顶板加劲肋尺...     

钢纤维混凝土组合桥面板钢箱梁抗负弯性能

对1个C50混凝土组合板和1个钢纤维混凝土（SFRC）组合板试件进行偏拉试验和基于材料塑性损伤的有限元模拟，考察了组合板开裂特性与拉伸刚度变化。在此基础上，建立了钢?混凝土连续箱梁负弯矩区节段模型并进行了参数分析，探究了混凝土材料、SFRC板厚、配筋率对主梁力学性能的影响特征。试验与模拟结果表明：SFRC板开裂呈裂缝细密特点；当裂缝宽度达0.10 mm和0.20 mm时，SFRC板对组合板轴拉刚度剩余贡献为44%和23%，C50板剩余贡献为12%和9%，表明裂后SFRC板仍可参与受力。参数分析结果表明：当SFRC板裂缝宽度达0.10 mm时，SFRC板对主梁抗弯刚度的剩余贡献约为C50板的2倍；此状态下80~120 mm厚SFRC板的主梁抗弯刚度相比未开裂状态下降约11%；增大SFRC板配筋率可改善其损伤程度，但对提高主梁抗弯刚度作用较小。     

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。     

T形件螺栓连接卷边PEC柱-钢梁组合框架结构抗震试验研究

为研究T形件螺栓连接卷边钢板组合截面PEC柱-钢梁组合框架结构的抗震机理,设计制作了一榀底部两层单跨组合框架1/2缩尺试件并进行水平低周往复荷载试验.基于试验现象和测试数据,从试件结构的滞回特性、水平抗侧刚度退化、节点性能、耗能能力与抗震延性、塑性机构发展进程与延性破坏模式等性能进行分析.研究结果显示:T形件螺栓连接增大了梁柱节点刚度,改善了结构的整体性,试件的初始抗侧刚度较大、极限承载力较高;T形件螺栓连接使得梁端塑性铰形成位置远离节点区,试件滞回曲线较为饱满,试验结束对应承载力未出现明显降低,且对应整体侧移角、位移延性系数和等效黏滞阻尼系数表明试件具有良好的抗倒塌能力、抗震延性与耗能能力;T形件螺栓连接PEC柱-钢梁组合框架试件塑性破坏机构发展进程为T形件端部梁截面和PEC柱脚相继形成塑性铰,实现了框架结构的理想延性耗能模式.     

复式钢管混凝土梁柱节点抗震性能研究

复式钢管混凝土柱具有较高抗压承载力,在地震区不受轴压比限制,在大跨度桥梁中应用较多,可将其用于大跨度或超高层房屋建筑。为满足强节点弱杆件的抗震设计要求,设计了T型加劲板和加腋两种加强型连接方式对钢熙和柱外层钢板进行连接。利用有限元软件ANSYS对节点进行了单调加载和往复加载的抗震性能对比分析。结果表明：加强型节点承载力高,耗能能力较高,延性较好,且不会发生节点域的板件断裂,破坏时梁有很长的屈服平台,属于延性破坏,节点破坏时塑性铰外移,满足强节点弱杆件的抗震设计原则。     

混凝土柱-钢梁混合结构栓接节点的抗震性能试验研究

为了研究全装配式混凝土柱-钢梁混合结构节点的抗震性能,提出了3种不同的干作业螺栓连接混合节点.通过拟静力试验,分别对节点组合件的破坏特征、破坏机理以及承载能力、延性和耗能能力等抗震性能进行了试验研究.研究结果表明,结合钢结构削弱外伸梁端节点的理念,将塑性铰从梁端外移到削弱处,能避免塑性铰对核心区的不利影响,实现强柱弱梁的抗震设计要求;采用提出的新型钢构套构造,试件节点核心区具有较高的承载能力和刚度;盖板拼接节点的滞回曲线呈Z字型,反映出存在较大滑移的影响;外伸端板的半刚性连接节点,其滞回曲线呈纺锤形,等效黏滞阻尼系数较大,端板屈曲能较好地耗散能量;盖板内侧设置摩擦铜片后,等效黏滞阻尼系数明显增大,利用摩擦机制能起到较好的耗能效果;试件的损伤集中在钢梁连接部位,通过合理设计,能实现震后破损构件的修复和替换.     

钢管束混凝土组合墙-梁翼缘加强型节点抗震性能试验

对钢管束混凝土组合墙-梁刚接节点抗震性能进行研究,设计1个肋板型节点和3个翼缘加强型端板节点试件,进行低周反复荷载试验.考察翼缘与墙体是否焊接对肋板型节点的影响和翼缘补强及端板厚度对端板型节点的影响,研究节点的破坏形态、极限承载力、滞回性能、延性、耗能能力等.研究结果表明,肋板型节点和端板型节点都展现了很好的承载能力和抗震性能;肋板型节点因翼缘与墙体未进行焊接,虽延性有所提高但降低了其承载力,削弱了其抗震性能;端板型节点的承载力和抗震性能随着端板厚度的增加而增强,端板厚度对节点有较大影响;端板型节点在梁翼缘增加了贴板后,对极限承载力、延性、刚度等均有一定提高,但耗能能力有微小下降,翼缘加强后在梁翼缘可以有效地形成塑性铰,达到"强节点,弱构件"的抗震设计要求.     

钢-钢纤维混凝土组合桥面板偏心受拉性能

为探究钢-钢纤维混凝土（SFRC）组合桥面板在主梁体系下的偏拉力学特征，分别设计制作了1个普通混凝土组合桥面板和1个SFRC组合桥面板试件进行偏拉试验，并引入材料塑性损伤模型进行有限元模拟，考察了偏拉荷载作用下SFRC对组合桥面板破坏形态、刚度折减、应变分布等力学性能的影响规律。试验及数值分析结果表明，相比普通混凝土，SFRC受拉裂缝数量多但宽度小；通过观测钢筋应变发展及分布可知，由于SFRC具有拉伸硬化特性，在开裂后仍能继续承担外部荷载；SFRC开裂后，其对组合板轴向抗拉刚度与侧向抗弯刚度贡献明显大于普通混凝土；当最大裂缝宽度分别为0.10和0.20 mm时，SFRC对组合板的轴向抗拉刚度贡献为36%和22%，普通混凝土仅为15%和11%;SFRC对组合板的侧向抗弯刚度贡献为41%和27%，普通混凝土仅为29%和17%，表明SFRC开裂后仍可考虑其对组合桥面板刚度贡献。此外，结合理论推导分析了组合板在钢结构全截面屈服时的承载力，结果表明，SFRC和普通混凝土对组合桥面板极限承载力贡献不显著。     

摩擦软钢节点阻尼器抗震及抗倒塌性能

依据传统钢梁柱节点提出了新型摩擦软钢双重耗能节点阻尼器,该阻尼器能够将中屈服点软钢屈服耗能和钢板摩擦耗能相结合进而提高节点的抗震及抗倒塌性能.为提高计算效率采用多尺度建模方法进行有限元建模,节点核心区采用精细化建模方式,非节点核心区梁柱部分采用非线性梁单元,针对梁柱钢节点及其平面框架结构进行抗震性能分析.结果表明:在梁柱节点增设节点阻尼器可有效提高梁柱节点的承载力和耗能能力,并吸收外部输入能量,降低结构构件的破坏水平.同时,基于抽柱法将该新型节点应用于平面钢框架结构的静力Pushdown分析和非线性动力时程分析,分析结果表明:在增设该阻尼器后,可以有效降低构件失效点位移,进而提高结构的抗倒塌性能.     

塑性铰区采用SFRC的高架桥墩抗震性能

为了改善高架桥墩的抗震性能,提出了在其潜在塑性铰区采用钢纤维增强钢筋混凝土(SFRC)进行增强的方法。对普通混凝土(NC)和钢纤维混凝土(SFC)棱柱体试块进行轴压试验,获得2种混凝土的本构关系曲线。基于结构分析软件建立全墩身采用普通钢筋混凝土(RC)和桥墩塑性铰区采用SFRC的高架桥分析模型,分析不同桥墩关键部位的地震需求。利用UCFyber程序建立桥墩截面纤维单元模型,计算桥墩抗弯能力。对比分析全墩身采用RC和桥墩塑性铰区采用SFRC的高架桥墩的抗弯能力需求比。结果表明:SFC的强度和变形能力较NC更具优势;在纵桥向地震动输入下,塑性铰区采用SFRC的桥墩比RC桥墩具有更强的塑性变形和地震耗能能力;塑性铰区采用SFRC的桥墩抗弯能力需求比平均比RC桥墩增大25.5%,具有更好的抗震安全性。     

无筋超高性能混凝土板的受弯性能及承载力计算

为明确无筋超高性能混凝土（Ultra High Performance Concrete,UHPC）单向板和周边支承方板的受弯性能,分别对其进行了跨中局部荷载作用下受弯性能的破坏性试验. 基于本文及其他文献的试验结果,考虑钢纤维特征参数的影响,建立了UHPC材料的受拉本构. 通过数值分析,提出了无筋UHPC板截面受拉区等效均布应力折减系数k的计算公式. 根据试验和分析结果,建立了无筋UHPC单向板和周边支承方板抗弯承载能力的简化计算方法. 结果表明：无筋UHPC单向板和周边支承方板均发生由UHPC抗拉性能所控制的受拉破坏. 由于UHPC内钢纤维的增强作用,无筋UHPC板的抗弯承载能力和极限变形分别较相应的开裂荷载和开裂变形明显提高且表现出一定的延性破坏特征,但UHPC的受拉塑性尚不足以保证周边支承方板中完全塑性铰线机构的形成,塑性铰线法的上限解不适于预测周边支承方板的极限荷载,而静力法的下限解却能给出精度较高且偏于安全的预测结果;试验结果验证了所提无筋UHPC单向板和周边支承方板极限承载能力简化计算方法的适用性.