内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱-钢梁节点的静力性能

目的通过研究找出两类内置CFRP圆管方钢管高强混凝土柱-钢梁节点在单调荷载作用下的传力机制和破坏模态.方法设计了一栋采用内置CFRP圆管的方钢管混凝土柱的5层框架结构,利用有限元软件ABAQUS建立了三维有限元模型,对两类节点进行了单调荷载作用下的模拟分析.结果外加强环式节点的梁端弯矩主要通过柱角附近的水平环板和柱两侧外伸环板传递给柱壁和核心混凝土,水平环板有效宽度大约为0.5倍的柱宽度.外肋环板式节点的极限位移均大于外加强环式节点,尤其是外肋宽度大于40 mm时更为明显.外肋环板式节点的极限承载力也高于外加强环式节点.结论设计节点的破坏主要原因是环板和钢梁翼缘交接位置出现局部屈曲,节点的极限承载力取决于梁的抗弯承载力,变截面位置作为整个节点危险部位,在设计中应进行计算和校核.     

门式刚架整体式梁柱节点试验研究及有限元分析

对门式刚架整体式梁柱节点进行低周加载试验,并按照现行规范进行常规螺栓端板连接节点足尺试验.结果表明整体式节点较常规节点刚度和承载力均有较大提高,向上承载力提高16.7%,向下承载力提高21.5%.试验也表明螺栓端板连接节点剪切变形大,试件破坏时端板翘起,柱翼缘屈服,过大的梁端位移导致试件失稳,进而失去承载力.相对而言,整体式节点对梁柱有很好的约束作用,减小了梁的变形.     

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。     

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.     

H型钢梁与矩形钢管柱平齐端板单向螺栓节点承载力性能

对H型钢梁与矩形钢管柱平齐式端板单向螺栓连接节点承载性能进行试验和理论分析研究.通过对3种不同形式的平齐式端板单向螺栓连接节点进行单调静力加载试验,获得了各试件的破坏模式和弯矩-转角曲线,讨论了螺栓破坏、端板破坏、柱壁破坏等3种破坏模式.基于试验现象提出了节点螺栓力理论分布模式,并给出了螺栓强度控制的节点抗弯承载力计算公式.通过将端板和钢梁腹板等效为T形件,得出了端板屈服控制的节点抗弯承载力计算公式.基于试验现象并利用屈服线理论提出了钢管柱壁的屈服线模型,运用虚功原理得出由柱壁强度控制的节点抗弯承载力计算公式.研究表明螺栓、端板、柱壁间的相对强弱关系直接影响节点的破坏模式,理论计算值与试验相比结果偏安全.给出了H型钢梁与矩形钢管柱平齐式端板单向螺栓连接节点的设计准则和建议.     

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.     

复式钢管混凝土柱-钢梁节点受力机理及承载力

为研究新型复式钢管混凝土柱-钢梁连接节点的力学性能,采用模型试验与有限元分析相结合的方法得到了钢梁翼缘受拉模型,通过分析竖向肋板和锚固腹板的传力机理,得到了竖向肋板与锚固腹板连接构造参数对节点受力性能的影响,提出了该新型节点设计改进建议,根据钢梁翼缘受拉模型推导出梁端极限承载力计算公式,并将计算结果与反复荷载试验得到的承载力进行了比较。研究结果表明:翼缘传来的拉力主要依靠竖向肋板和锚固腹板进行传递,可忽略钢管和核心混凝土的贡献;该新型节点能可靠地传递梁端弯矩、轴力和剪力,符合节点更强、整体性好的设计原则;理论计算与模型试验所得结构承载力的误差在2.16%~4.14%的范围内,证明了该模型适用性,但计算值偏保守;研究成果可为该新型节点今后的工程应用提供依据。     

楼板作用的装配式型钢混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

为研究楼板组合效应对装配式型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)柱-钢梁节点抗震性能的影响,基于拟静力试验,运用ABAQUS软件对栓焊混合连接形式的装配式边节点进行有限元验证,在有效模型的基础上,对装配式SRC柱-钢梁及其考虑楼板组合效应的节点的抗震性能进行系统地对比分析;进而研究楼板厚度、宽度两个参数对节点抗震性能的影响规律.结果表明:数值模拟所得的节点模型的骨架曲线、承载特性及刚度退化与试验结果一致,所建模型可较好地模拟节点的实际受力情况;楼板与钢梁的结合使节点试件承载力和刚度均显著提升,破坏时H型钢梁下翼缘连接板屈曲变形明显,提高了上翼缘的局部稳定性,延性系数和等效黏滞阻尼系数均减小,环线刚度退化明显,强度退化不明显;增加楼板厚度使装配式SRC柱-钢梁节点试件的承载力以及刚度和耗能能力得到提升,而且会减缓刚度退化速度;在600～1000 mm范围内,楼板有效宽度的增加对节点承载力、初始刚度及耗能能力均有较明显的提升,但其延性有所降低.楼板设计时应合理选取各参数.研究成果可为装配式SRC框架节点实际工程应用提供理论支持.     

环梁式圆钢管约束H型钢混凝土柱-钢梁 节点的抗震性能

设计了一种环梁式圆钢管约束H型钢混凝土柱-钢梁节点,并建立了该试件的全尺寸三维有限元分析模型,计算得到了此类节点试件的滞回曲线、骨架曲线及破坏模式,经与试验结果进行对比,两者吻合良好.在此基础上,对试件进行有限元变参数分析,考察了轴压比、混凝土强度、梁柱线刚度等对试件抗震受力性能的影响,同时提出了一种改进型梁端削弱翼缘的节点形式.结果表明:随轴压比增大,试件的耗能及延性性能明显下降;混凝土强度的变化对试件滞回性能影响不大;当保持柱截面不变,仅变换钢梁尺寸时,节点的承载力、延性及抗震耗能性能均随梁-柱线刚度比的增大而显著增大;而当保持钢梁截面不变,仅改变柱内型钢含钢率时,节点抗震受力性能随梁-柱线刚度比的变化并不明显;改进的梁端翼缘削弱形式的试件可在不明显降低其承载力及耗能性能的情况下,将塑性铰外移至距节点区较远的地方,从而更好地保护节点区.上述研究结论可为此类新型节点的应用提供理论基础.     

钢筋混凝土柱-钢梁节点的抗震性能研究

提出了一种新型端板高强螺栓连接的狗骨式削弱钢梁-钢筋混凝土柱节点,通过2个足尺试件的低周反复荷载试验研究了其抗震性能和破坏形态.两组试件的试验结果表明此种节点具有较高的强度和刚度.试件EJ1在钢梁狗骨式削弱区的塑性还没有充分发展前发生了连接破坏,节点耗能能力较差;而试件EJ2由于提高了节点连接质量,在梁端狗骨式削弱区形成塑性铰破坏,节点耗能能力较好,抗震性能优良.建议采取措施提高钢梁和端板的焊接质量,尽量采用工厂焊接来保证钢梁狗骨式削弱作用的实现.     

加强式端板连接节点的初始刚度与抗弯承载力

针对需要局部加强的梁柱端板连接节点,考虑了柱翼缘用背垫板加强,节点域柱腹板用补强板加强的构造形式.将节点分为若干组件,求各组件初始刚度;对其中经过加强的组件,采用理论推导和有限元分析相结合的方法得出初始刚度表达式;然后将各组件初始刚度进行组装,得到加强式端板连接节点初始刚度.用屈服线法推导出含背垫板柱翼缘的设计抗弯承载力表达式,参照现行规范推导出其余影响节点承载力的组件的设计抗弯承载力表达式,取其中抗弯承载力的最小值,得出加强式端板连接节点的设计抗弯承载力表达式.通过与有限元计算结果对比表明加强式节点初始刚度的计算方法具有足够的精确性,可用于节点刚性的判断和参数研究.     

方钢管混凝土柱-钢梁节点静力性能试验研究

通过对4个隔板贯穿式方钢管混凝土柱-钢梁连接节点试件的静力性能试验研究,揭示此类节点的受力机理和破坏形态,探讨梁端翼缘两侧的侧板、钢管柱的宽厚比以及隔板的外伸长度等因素对节点承载力和传力机理的影响.试验结果表明,该类节点具有受力明确,传力途径清晰的特点;宽厚比的改变对节点承载力的影响不大,但对于节点板剪应变的影响较大;梁端翼缘两侧增加侧板可以减缓隔板与梁相交的角隅处应力集中现象,使塑性铰出现梁上,远离脆弱的梁端焊接区,提高了节点的延性.     

方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点非线性有限元分析

对方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型,模拟分析了单调加载下节点的受力性能,较为精确地分析了节点区应力分布.结果表明:由有限元模型所得的位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线相符,由有限元模型所得的应变分布和发展规律与试验结果一致;竖向加劲肋式节点的梁端弯矩一部分通过竖向加劲肋传递给柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分梁端弯矩由梁端翼缘直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土;节点的破坏模式为梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰,最终梁受压翼缘出现严重的局部屈曲,而柱钢管和竖向加劲肋均在弹性范围内工作,很好地实现了强柱弱粱、强节点弱构件的抗震原则;节点核心区混凝土性能符合斜压杆受力机制.     

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。     

方钢管混凝土柱与工字钢梁竖向加劲式节点拟静力试验研究

为了解方钢管混凝土柱-工字钢梁竖向加劲肋式节点的抗震性能,对两个方钢管混凝土柱-工字钢梁竖向加劲肋式节点试件进行了拟静力加载试验,研究了节点在反复循环荷载作用下的滞回性能、耗能能力、延性、应力分布和传力机制.试验结果表明,节点具有足够的承载力以及较好的延性和耗能能力,竖向加劲肋式节点的梁端弯矩大部分通过竖向加劲肋传递给柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分梁端弯矩由梁端翼缘直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土.节点破坏模式为靠近竖向加劲肋端部的梁翼缘出现严重的局部屈曲,梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰,而柱钢管、竖向加劲肋、梁端部均在弹性范围内工作,很好地实现了强柱弱梁、强节点弱构件的抗震原则.     

一种新型全装配柱座式节点力学性能的数值分析与设计方法

提出一种方钢管柱与H型钢梁连接的柱座式全装配节点，在梁柱交汇处形成节点中心，由法兰盘连接上下柱，由端板连接钢梁。通过改变节点的端板厚度、螺栓直径和法兰盘与加劲板的开孔直径等参数，采用ABAQUS软件对4组节点试件进行了有限元数值分析，在单调加载制度下研究了各节点的极限承载能力与变形破坏模式，分析了参数改变对节点性能的影响；通过对节点进行往复加载获取节点的滞回曲线、骨架曲线，分析其耗能性能、延性性能及刚度退化等抗震性能。研究结果表明：该节点具备良好的抗震性能和耗能能力，端板厚度与螺栓直径对节点承载力有较为显著的影响，节点设计时合理选取参数可在保证节点承载性能的同时，充分发挥其耗能性能以确保梁柱等主要构件不发生塑性破坏。     

蜂窝组合梁-复合螺旋箍混凝土柱节点试验

为推广组合梁-复合螺旋箍混凝土柱结构体系,提出了一种梁贯通式的蜂窝组合梁-复合螺旋箍混凝土柱节点,节点核芯区采用双U形箍筋贯穿梁腹板,并在梁上下翼缘位置设置柱短钢板箍.对两个1/2缩尺的蜂窝组合梁-复合螺旋箍混凝土柱节点试件和一个模拟节点核芯区试件进行了低周反复荷载试验.试验结果表明扩张比为1.2的试件在非洞口处出现了钢梁的弯曲破坏,扩张比为1.3的试件同时在洞口和非洞口处同时出现了钢梁的弯曲破坏.提出了节点抗剪承载力计算公式,节点试件试验值与计算值吻合.两个节点试件的荷载位移曲线呈理想的梭形,且延性系数分别为4.55和4.30,等效粘滞阻尼系数分别为0.46和0.38,说明节点有良好的抗震性能.     

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。     

外端板加强式节点抗震性能试验研究

提出外端板加强式焊接节点与栓焊混合节点构造形式.通过6个钢管混凝土柱-钢梁节点的低周反复荷载试验,分析并比较了外端板加强式焊接节点、栓焊混合节点与穿芯螺栓-加劲端板节点在不同构造、不同梁柱刚度比下的破坏过程及特征,对节点的滞回曲线、承载能力、延性和耗能能力、强度与刚度退化等抗震性能进行了研究.试验结果表明:当梁柱刚度比较小时,两种新型节点与穿芯螺栓-加劲端板节点均表现为梁端出现塑性铰破坏;当梁柱刚度比较大时,外端板加强式焊接节点发生核心区焊缝开裂破坏,外端板加强式栓焊混合节点发生柱端弯折破坏;与穿芯螺栓-加劲端板节点相比,两类新型节点具有更高的承载力和更好的安全储备,且滞回曲线饱满,各抗震性能指标较好,满足强节点弱构件的抗震设计要求.     

单轴对称钢梁截面组合节点的抗震性能试验研究

为减小钢框架梁柱组合节点中梁下翼缘焊缝脆性破坏的风险，提出了采用单轴对称钢梁截面的梁柱组合节点形式，完成了3个1∶2的组合节点试件的拟静力试验研究，分别考虑标准型钢梁截面、上窄下宽且仅梁下翼缘削弱型的单轴对称钢梁截面及仅梁下翼缘扩翼型的单轴对称钢梁截面组合节点试件，对各试件的破坏过程、滞回行为、关键部位的应变发展、耗能性能及延性等进行了详细分析 . 结果表明：焊缝质量有所保证的组合节点试件其加载点的荷载-位移滞回曲线饱满，具有良好的耗能性能；仅梁下翼缘扩翼型组合节点试件的塑性铰在扩翼板末端的钢梁截面上形成，在梁下翼缘反复屈曲的过程中母材逐渐开裂并向腹板延伸；正弯矩作用下组合梁截面的中和轴靠近梁上翼缘，从而显著加大了梁下翼缘处的应变水平；单轴对称钢梁截面组合节点形式有助于实现梁上塑性铰外移，减小梁下翼缘焊缝处的应变集中程度；实际工程中应切实保证梁翼缘对接焊缝的质量.