新型PEC柱-钢梁BRS耗能部分自复位节点的抗震性能

为研究采用预拉对穿螺栓的新型卷边PEC柱-钢梁BRS耗能板部分自复位连接中节点的抗震性能,对考虑PEC柱布置方式的2个试件进行了拟静力试验.结果表明:BRS板耗能部分自复位连接,通过BRS板屈服耗散地震能和预拉杆实现自复位功效,且整个加载过程中结构主要受力构件处在弹性状态;PEC柱的布置决定梁柱连接的刚度匹配,相应影响部分自复位节点受力性能发展进程和试件损伤分布规律;预拉对穿螺栓和预拉杆的设置促使节点域混凝土斜压带传力模式的形成,相应降低了对节点域钢结构腹板的抗剪要求;所有试件连接转角达到中震层间侧移角限值0.020 rad,残余转角均小于自复位残余转角限值为0.005 rad,即使层间侧移角超过大震层间侧移角限值0.035 rad,试件承载能力仍处于增长趋势,且梁端残余转角基本不超过0.010 rad.     

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.     

新型PEC柱(强轴)-钢梁(BRS)端板连接组合框架中间层抗震机理数值模拟

以端板预拉对穿螺栓连接的卷边钢板组合截面PEC柱(强轴)-钢梁(削弱截面)组合框架中间层子结构试验试件作为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行拟静力循环荷载下抗震机理的数值模拟.基于模拟结果,对比分析试件结构的承载力、抗侧刚度衰减、连接性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点传力和破坏机构等抗震性能.结果显示:试件具有较大的承载能力、较高的初始抗侧刚度和优越的耗能能力;PEC框架柱平均分担层间水平剪力,层间变形表现为剪切型变形模式;预拉对穿螺栓设置使得连接表现出一定程度的自复位功效,而梁截面削弱进一步改善了连接的转动能力和试件整体耗能延性;试件最终破坏模式为所有梁端削弱截面处形成塑性铰的塑性倒塌机构,且形成对应层间侧移角和连接转角均超过中震层间侧移限值1/50,表明该结构体系具有良好的抗倒塌性能.     

BRS板部分自复位连接新型卷边PEC柱-钢梁组合框架边节点抗震机理试验

为了研究BRS板部分自复位连接新型卷边PEC柱-钢梁组合框架边节点的抗震性能,对考虑PEC柱布置方式和柱顶竖向力的3个缩尺试件进行水平低周往复荷载下的抗震性能试验研究。基于试验结果,从试件的承载力、刚度衰减规律、自复位功效、耗能能力和节点传力机理等方面分析试件的抗震机理。研究结果显示:(a)BRS板部分自复位连接可通过BRS板屈服耗散地震能和预拉杆实现自复位功效,且整个加载过程中结构主要构件处在弹性状态。(b)PEC柱顶竖向力明显提高了其初始抗弯刚度,且其二阶效应加快了连接的耗能发展进程,而PEC柱的布置对初始抗弯刚度、刚度退化和耗能发展进程影响较小。(c)试件SYJ1加载至中震层间侧移限值1/50时其残余相对侧移角小于0.005 rad,而加载至大震层间侧移限值1/30时其残余相对侧移角仍小于0.01 rad,表明该试件具有极佳的自复位功效;试件SYJ3的自复位功效稍劣于试件SYJ1,前者在加载至中震层间侧移限值1/50之前时自复位功效尚好,但加载后期其自复位功效退化明显。     

新型PEC柱-钢梁边节点BRS板部分自复位连接抗震性能数值模拟

为研究新型卷边PEC柱-钢梁组合框架层边节点BRS耗能型部分自复位连接的抗震性能,考虑PEC柱布置方式、PEC柱轴压力、预拉杆预应力、BRS板长度与宽度、节点类型等系列设计参数,利用ABAQUS建立相应的节点连接模型试件并进行循环荷载下抗震性能的数值模拟;并且对比分析试件的承载能力、耗能能力、自复位功效和节点区传力机理.结果显示:PEC柱布置方式导致的梁柱刚度匹配变化和PEC柱轴压力引起的二阶效应相应改变自复位连接的受力发展进程,但对部分自复位受力机理影响甚微;M_a/M_d设计取值对节点连接的自复位功效和耗能能力影响显著,建议在0.3～0.65取值;所有试件残余转角均不超过小震层间侧移角限值0.005 rad,而实际作法Ⅱ型试件达到预定设计中震侧移角限值0.02 rad后,连接转化为承压型传力模式,且当BRS耗能段拉伸屈服过大残余变形导致其在卸载过程中出现反向受压屈服耗能.该连接具有良好的耗能能力、自复位效果和安全冗余度.     

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.     

PEC柱钢梁摩擦耗能部分自复位组合框架抗震性能数值模拟

为更好满足建筑结构不同抗震性能化设计目标,对已有自复位连接节点弯矩-转角关系进行改进,提出摩擦型耗能部分自复位连接设计思路。利用ABAQUS软件设计了5榀卷边PEC柱-钢梁摩擦耗能型部分自复位连接组合框架模型试件,并对其在往复荷载下的抗震性能进行了数值模拟。基于模拟数据,对比分析柱顶竖向力、摩擦板长圆孔孔径、柱脚边界条件和摩擦板翼缘螺栓布置方式等设计参数对试件滞回性能、抗侧刚度退化、残余变形、耗能能力等抗震性能的影响规律。结果显示:卷边PEC柱满足自复位结构对竖向构件承载力及抗侧刚度的要求;摩擦板长圆孔孔径合理设置可控制摩擦滑移耗能和连接转化为承压型传力模式的发展进程,从而实现结构不同抗震性能化设计目标;摩擦板内外侧翼缘均布置高强对穿螺栓的实际工程做法可更好发挥部分自复位连接的自复位和耗能减震功效;柱脚边界条件对结构受力进程和刚度分配影响显著,柱底与基础梁刚性连接的试件承载力、抗侧刚度和耗能减震远高于柱底铰接试件;柱顶竖向力在大侧移情况下的二阶效应对试件承载力和自复位功效产生较小的不利作用。     

端板与柱间灌浆层对端板连接RCS节点抗震性能影响的试验研究

为研究端板与柱间灌浆层对端板连接RCS节点抗震性能的影响,以端板与柱间灌浆层厚度、灌浆层强度以及螺栓预拉力为主要研究参数,进行了4个端板连接RCS节点试件的低周反复加载试验.基于试验数据,研究了各试件的破坏形态、滞回性能、承载能力、刚度退化规律、延性、耗能能力和变形组成等.试验结果表明:强柱弱梁型端板连接RCS节点的破坏形态为梁铰破坏机制,灌浆层出现压碎脱落现象,整个受力过程中钢梁端板、灌浆层和柱面之间连接紧密,未出现滑移现象,端板和RCS节点之间的连接和传力可靠,表现出良好的受力性能.各试件滞回曲线呈梭形,梁端塑性铰充分耗散能量,具有较好的抗震性能;反复荷载作用下端板与柱间灌浆层的损伤累积导致节点延性和耗能能力降低,其降低幅度随灌浆层损伤程度增加而增大;各试件刚度退化规律基本一致,灌浆层的损伤累积导致刚度退化加剧;节点的变形主要来自钢梁的变形,在整个加载过程中,各试件端板连接变形较小,在极限位移角时,试件RCS1、RCS3和RCS4由端板连接变形引起的位移所占比例分别为1.5%、1.8%和2.7%.各试件弯矩-转角关系曲线呈现出明显的非线性特征,试件RCS1～RCS4按刚度分类均属于半刚接节点,节点初始转动刚度随灌浆层厚度增加而提高,但提高幅度有限.     

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.     

卷边PEC柱(弱轴)-钢梁组合框架层间抗震机理试验研究

为揭示新型卷边PEC柱(弱轴)-削弱截面钢梁组合框架结构的层间抗震机理,按1∶2缩尺比例设计制作1榀组合框架层间子结构试验试件并进行低周往复荷载试验。基于试验观察和数据整理,对试件结构的破坏过程与破坏模式、滞回特性、刚度退化、耗能能力与变形模式等抗震性能进行分析。结果显示:试件结构最终破坏模式为梁端削弱截面处充分屈服形成塑性铰的理想塑性破坏机构;试件中间层推拉方向位移延性系数μu分别为3.91和3.97,层间最大等效黏滞阻尼系数(ζeq)max=0.359;试件结构侧移分布规律呈理想的倒三角弯剪型变形模式;试件结构在承载力下降到极限承载力的85%时,对应试件层间相对侧移大于4.9%,而节点转角最小值为0.366 rad,均超过大震层间侧移限值下限的1/30,表明试件具有良好的抗倒塌性能。     

新型PEC柱-钢梁T形件焊接连接中节点抗震性能的有限元分析

为研究新型钢板组合PEC柱-钢梁节点连接的抗震性能,以采用预拉对穿螺栓的新型PEC柱-钢梁T形件焊接连接中节点试验试件为研究对象,考虑轴压力、PEC柱截面形式与钢板组合截面布置方式等设计参数,利用有限元软件ABAQUS建立4个中节点有限元模型并对其滞回性能进行模拟.研究结果显示:柱轴压力提高了节点连接的初始抗弯刚度,而二阶效应降低了其抗弯能力;采取钢结构翼缘卷边增强了混凝土的约束作用,更好地满足"强柱弱梁"的抗震要求;钢板组合截面布置是决定梁柱连接刚度合理匹配的关键;预拉对穿螺栓表现出部分自复位功效,且较好地实现了混凝土斜压带传力模式,相应降低了节点域腹板的抗剪要求;所有试件破坏模式均因T形件的加强使得梁上塑性铰出现位置向T形件腹板尾部附近梁截面转移,且所有试件达到破坏时节点转角均超过0.02弧度,表明该节点连接能较好地满足抗震对节点转动能力的需求.     

新型卷边PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架抗震性能数值模拟

为研究新型卷边PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架的抗震性能,考虑T形件对穿螺栓布置方式、BRS板T形件长圆孔尺寸、PEC柱顶轴力、柱脚连接方式4个设计参数,利用有限元软件ABAQUS以1∶2缩尺比例建立5个框架模型并进行水平循环荷载下抗震性能的数值模拟.对比分析各设计参数对试件滞回性能、抗侧刚度退化、耗能能力、自复位功效等抗震性能的影响.分析结果显示:实验T形件单边对穿螺栓布置试件由于翘拔作用明显,极大程度延缓了自复位连接的受力发展进程,而实际工程T形件双边对穿螺栓布置可较好实现了自复位连接的设计思路;BRS板T形件长圆孔尺寸决定部分自复位连接的性态设计目标;柱顶轴力对试件初始刚度与承载力影响甚微,而后期二阶效应会加快自复位连接受力发展进程;所有试件中的PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接均能实现自复位功效、耗能能力和安全冗余度的有机统一.     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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.