钢管混凝土柱—钢梁组合框架抗震性能试验研究进展

钢管混凝土柱—钢梁组合框架是近年来逐渐得到广泛应用的一种抗震框架结构。主要针对工程应用中较常见的由钢梁和方形、圆形钢管混凝土柱组成的组合框架,从模型试验、数值试验两个方面介绍了钢管混凝土柱—钢梁组合框架抗震性能试验研究进展,并对未来的研究趋势进行了展望。     

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架抗震性能拟静力试验研究

为研究型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架的抗震性能,对一榀缩尺比为1∶2.5的两跨三层组合框架试件进行拟静力试验,观察试件的受力过程及破坏模式,分析试件荷载-位移滞回曲线和骨架曲线、承载能力、层间位移角、延性系数、耗能能力及刚度退化等抗震性能指标,结果表明：组合框架破坏时,梁端率先发生明显塑性铰破坏,随后柱根部位再生混凝土压碎脱落,节点区域安全可靠,仅出现细微裂缝;组合框架的滞回曲线呈梭形状且饱满,骨架曲线下降段和刚度退化较为平缓;组合框架的位移延性系数平均值为3.205,等效黏滞阻尼系数为0.303,极限层间位移角为1/25,说明组合框架具有良好的抗震性能、耗能能力及抗倒塌能力,研究结论可为该组合框架的工程应用提供参考.     

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—钢筋混凝土柱框架节点抗震性能试验研究

试验设计制作了两个钢梁-钢筋混凝土柱框架中间层中节点试件,水平加载装置采用MTS力学加载系统,对结构试件施加低周反复荷载。在节点区的型钢腹板、翼缘和箍筋上预埋应变片,用以观测节点区的应力应变状态。通过在节点区的梁端上下翼缘处布置拉杆传感器观察钢梁的受力过程。利用MTS自身配置的数据采集系统对结构试件的力和位移等信息进行采集和分析,研究表明:钢梁-钢筋混凝土柱节点有利于结构抗震,同时具有较强的耗能能力。     

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.     

新型梁柱板柱组合结构(住宅)体系的抗震性能分析

本文采用SATWE结构分析软件对该体系不同类型结构方案的抗震性能进行了对比,探讨了该结构的动力特性和地震反应,对比了不同的剪力墙设置方案。研究表明,该体系的抗震性能介于框架结构和板柱结构之间,未设置剪力墙的该体系可用于设防烈度为7度的多层结构,添加剪力墙后可用于8度区的小高层建筑。通过2个1：15的对比模型的振动台试验,对该体系的抗震性能进行了进一步的分析与验证。     

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。     

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.     

开洞组合墙划分成组合梁和组合柱的可行性研究

在钢筋混凝土-砌体组合结构中,窗过梁与圈梁和砌体构成组合梁,窗边框与构造柱和砌体构成组合柱。本文采用ANSYS对单片11层组合墙结构整体分析和对组合梁、组合柱的正截面进行应力分析,初步证实开洞组合墙可以根据约束划分成组合梁和组合柱进行承载力研究的可行性。     

装配式钢管混凝土柱梁下栓上焊节点抗震性能试验

为了解决节点对装配式钢管混凝土结构整体抗震性能影响的问题,本文提出了一种新型装配式钢管混凝土柱梁下栓上焊节点方法,为研究其抗震性能,设计并进行了3个下栓上焊节点和1个全螺栓节点的拟静力试验.结果表明:3个下栓上焊节点主要由于梁端屈曲及钢梁翼缘延性断裂导致构件破坏,节点的滞回曲线饱满,耗能能力、刚度退化能力、承载力退化能力良好,表现出接近全螺栓节点的抗震性能.相比于JD1,梁截面尺寸增大后JD3的峰值荷载、刚度及耗能能力有了明显提高,贴板厚度增加后节点的抗震性能并无显著改变.     

部分包裹混凝土柱加固钢框架结构的非线性分析

部分包裹混凝土组合柱(PEC柱)表现出型钢强度高和混凝土抗压能力强等优点,具有良好的抗震性能。此次分析以原框架结构为原型,阐述了采用PEC柱加固所具有的优势。对原框架以及采用PEC柱加固后的框架,通过结构分析软件SAP2000进行静力非线性分析和非线性时程分析,对两种框架的抗震性能和结构的破坏情况进行对比分析。结果表明:框架经过加固后其强度和刚度均有所提升;地震作用下,框架经过加固后其破坏情况明显减小,塑性铰主要集中在底层梁上。     

方钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通节点抗震性能试验

为研究方铜管混凝土柱与钢梁连接的隔板贯通式节点的抗震性能,对4个足尺节点试件进行了低周反复荷载试验,分析了各试件的破坏过程及特征,并对节点的承栽力、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标进行了深入的研究与分析．结果表明,隔板贯通节点滞回曲线饱满,具有较强的耗能能力;铜梁翼缘与隔板的连接构造对节点的延性、耗能能力和刚度退化影响较大,倒角放坡型节点比侧板加强型节点具有更好的抗震性能;隔板的厚度、浇筑孔径和铜管的宽厚比对梁端破坏节点的抗震性能影响较小,但在试件中浇筑混凝土可以显著提高节点刚度,减小核心区的剪切变形,改善隔板贯通节点的抗震性能     

部分充填式钢箱-混凝土连续组合梁刚度分析

为探讨部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁的变形情况,设计3片不同抗剪连接度的试验梁,并进行单调加载实验.考虑边界条件对刚度的影响,结合组合系数法,推导出适合部分充填式钢箱-混凝土连续组合梁的刚度计算式.理论分析与试验结果表明:在钢箱-混凝土连续组合梁的钢箱中部分充填混凝土可以提高梁体的刚度,当钢箱-混凝土连续组合梁的钢箱中充填60%的混凝土时,其刚度提高最明显,最为合适.     

钢、砌体及混凝土构成的组合梁跨中截面应力分析

在房屋建筑中时常会用到钢窗。试图在组合结构中让钢窗框参与受力,用以提高开洞组合墙边框对砌体的约束。本文着重研究钢过梁与其上的砌体及圈梁构成的钢-砌体-混凝土组合梁(GQH组合梁)的截面应力分布。通过应力分析得出厚钢板需要满足一定高度才能保证砌体不开裂等一些有利于后续研究的结论。     

方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的非线性有限元研究

针对方钢管混凝土柱与钢梁连接方式问题,研究隔板贯穿式翼缘加楔形板刚接节点变形性能,建立3D有限元模型,钢材采用Von-Mises屈服条件和三线性随动强化本构,混凝土采用弹塑性本构,基于非线性有限元模拟研究低周反复荷载作用下模型节点的滞回耗能性能,对节点抗震性能基本指标进行比较分析,节点有限元分析结果可为设计提供一些参考.     

基于OpenSees的方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点抗震性能分析

为研究方钢管混凝土柱-不等高钢梁节点的抗震性能,基于4个方钢管混凝土柱-不等高钢梁节点的低周往复加载试验,利用Open Sees开放平台,建立了梁柱节点数值模型。为考虑钢管混凝土-钢梁的实际受力性能,梁柱节点区域采用梁柱纤维单元、非线性弹簧以及剪切区组合建立。通过数值模拟分析了钢管强度等级、梁高比、试验轴压比、核心混凝土强度对不等高钢梁框架节点抗震性能的影响。结果表明:钢管强度等级的增大有利于提高节点的延性和极限承载力,且Q390性价比最高,极限承载力增幅最大为11. 5%;随着左右两侧梁高比的增大,节点承载力上升显著,当梁高比为0. 8时,承载力增幅最大为17. 75%;试验轴压比会导致节点承载力下降,且大于0. 5时,下降幅度十分明显,在设计中应当重视;混凝土强度等级的提升对节点承载力及刚度的影响较小。     

钢管混凝土斜柱抗剪环-环梁节点抗震性能试验

为满足建筑造型中设置钢管混凝土斜柱的要求,在结构中形成了钢管混凝土斜柱与环梁相交的抗剪环-环梁节点。检验这种斜柱抗剪环-环梁节点的抗震性能,进行了2个2/3缩尺比例的钢管混凝土斜柱抗剪环-环梁梁柱组合体的低周反复加载试验。试验结果表明,通过对环梁的合理配筋构造,即使试件最终破坏发生在环梁内,仍能够使组合体具有足够的变形能力和耗能能力;由于钢管混凝土斜柱与环梁节点承载能力相对独立,即使环梁最终发生破坏,对钢管混凝土斜柱的纵向承载力也不致造成较大影响。     

预应力值对张弦梁结构受力性能的影响分析

介绍了张弦梁结构的特点和受力机理．利用通用有限元程序对一个算例进行了静力分析，详细阐述了预应力大小对该结构受力性能的影响，可供结构设计参考．