带外加强环板的钢管混凝土柱脚节点受力性能试验研究

为防止钢管混凝土柱埋入钢筋混凝土基础梁的柱脚节点发生冲切破坏,在钢管混凝土柱脚处设置外加强环板,通过两个缩尺模型一次短期单调荷载的静力试验,研究柱脚节点的破坏过程、破坏形态、竖向极限承载力,研究不同位置的加强环板对柱脚性能的影响,以及加强环板与钢管混凝土柱、外围混凝土的协同工作性能。与不设加强环板的柱脚节点对比分析发现,柱脚节点内设置加强环板,是防止冲切破坏、提高柱脚承载力的有效措施。     

L-CFST柱-钢梁中节点抗震性能试验和有限元分析

基于高层L形钢管混凝土组合异形柱(L-CFST柱)住宅结构体系,对两侧连接形式不同的中节点试件进行抗震性能研究.首先,对2个轴压比不同的足尺节点试件进行往复加载试验,对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力及应变分布等进行对比分析.结果表明:试验的破坏主要发生在扩翼缘式端板连接处端板的鼓曲和拉裂,钢梁翼缘连接板圆弧过渡处的局部屈曲及开裂等,外肋环板式连接只出现了竖向肋板端部处钢梁翼缘连接板的轻微开裂.扩翼缘式端板连接与外肋环板式连接的刚度接近,但承载力相差较大.通过建立三维非线性有限元模型,并与试验结果进行对比分析,验证了有限元模型的准确性,并对影响扩翼缘式端板连接承载力的4种因素进行了参数化分析.     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱极限承载力研究

根据内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土的特点,通过引入混凝土强度折减系数和等效约束折减系数,将内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土等效为内置CFRP圆管的圆钢管高强混凝土.进而,在统一强度理论的基础上,推导出内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压构件的强度承载力.通过引入整体稳定系数,推导出内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压中长柱的稳定极限承载力公式.将该公式的计算结果与试验结果进行了比较,结果表明该理论公式是正确可行的.理论公式以期能为工程应用提供帮助.     

高强方钢管高强混凝土柱-钢梁套管环板节点有限元分析

目的 研究一种新型方钢管混凝土柱与钢梁套管环板节点,以解决T型连接件与柱壁分离的现象以及外环板在外荷载作用下对节点承载力贡献不足的问题.方法 采用ABAQUS对节点在低周往复荷载作用下的力学性能进行有限元分析.研究轴压比、梁柱抗弯承载力比值、套板高度、套管厚度等参数对该新型套管环板节点受力性能的影响.结果 套管环板节点...     

方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁中柱节点骨架曲线影响因素

为了分析不同因素对内加强环式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点荷载-位移骨架曲线的影响,采用有限元软件对27个中柱节点在低周往复荷载下的受力过程进行模拟;模拟前采用已有试验数据对模拟方法进行验证,提取各节点的荷载-位移骨架曲线,并计算各节点的屈服荷载、极限荷载、破坏荷载、屈服位移、极限位移和位移延性系数。结果表明:环板宽度、环板厚度、轴压比和梁柱端第1个孔洞中心到柱壁的距离对节点荷载-位移骨架曲线影响较小,钢材屈服强度、柱截面含钢率、梁柱线刚度比、孔间距和开孔率对节点荷载-位移骨架曲线影响较大;钢材屈服强度和梁柱线刚度比增大,节点的承载力显著增强,位移延性系数明显减小;柱截面含钢率增大,节点的承载力增大,但屈服位移和极限位移逐渐减小,骨架曲线呈现显著下降的趋势;孔间距增大或开孔率减小,节点承载力显著增大。     

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.     

GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱轴压试验

目的研究GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱在轴压荷载作用下的破坏模式和轴压力学性能,以指导工程实际·方法对7根GFRP管约束钢骨混凝土组合短柱进行轴压试验,研究混凝土强度等级、截面含钢率和截面组合形式对组合短柱的破坏模式和轴压力学性能的影响,得到其荷载位移曲线;采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线.结果短柱内部混凝土均呈45。斜剪切破坏,柱脚钢管发生鼓曲;相同含钢率下,内置工字钢短柱比内置钢管短柱破坏更严重,极限承载力更低;短柱的荷载-位移曲线都呈双线性上升,内置钢管使短柱极限承载能力提升1.44～1.96倍,增大钢管截面尺寸对短柱极限承载力的提升效果最明显.结论内置钢管能更有效提高短柱的极限承载力,采用纤维模型法预测荷载轴向应变曲线时,引入环向极限约束面积比系数ξ,使极限承载力预测误差在5%以内,可为GFRP管约束钢骨混凝土组合构件的非线性分析提供参考.     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土框架结构的静力弹塑性分析

目的研究内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱-工字型钢梁框架结构的工作特点和抗震性能及不同材料配置量对结构抗震性能的影响.方法使用OpenSees软件,对一个8层内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱-工字型钢梁的框架结构建立标准模型,进行Pushover分析.结果不同参数对组合柱的承载力、刚度、延性均产生影响,并且由于约束作用的存在改变了夹层混凝土和核心混凝土的本构关系,间接影响了组合柱的抗震性能.将Pushover分析中能力谱法得出的性能点反带入能力谱求出其所对应的目标位移为140 mm,满足规范的限值要求.结论设计时应根据需要改变梁柱刚度比的最小值及其性能,达到在合理塑性破坏形式的前提下,使组合柱更多的参与结构抗震,以提高结构的抗震能力.     

方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点抗剪性能

为研究方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点抗剪性能,以钢管混凝土柱节点试验尺寸为参照,建立方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点在往复荷载作用下的精细有限元分析模型。该模型考虑材料非线性、混凝土材料在循环荷载下的损伤退化、钢和混凝土之间的相互作用等因素的影响。通过与试验结果进行对比分析,验证该有限元模型具有较好的精度和可靠性。此后研究柱宽厚比、核心混凝土强度、轴压比和节点核心区高宽比等因素对节点的影响,提出一种方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点的核心区剪力-剪切变形恢复力模型。研究结果表明,该模型具有实用性,可为工程设计提供实际依据。     

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。     

双重环筋加强式梁柱节点区非线性有限元分析

为了深入研究用双重环筋加强的节点区柱钢管不连通式钢管混凝土柱-梁节点的力学性能,采用TNODIANA软件对其进行参数化非线性有限元分析,并与试验结果进行了对比研究.结果表明,当节点高度不太低时,非线性有限元分析可以较好地模拟节点区的受力变形、极限承载力、裂缝开展及钢筋应变分布规律.混凝土强度、钢筋配筋率及环梁宽度的提高均会使得节点的轴压承载力提高,其中混凝土强度的影响程度最大,钢筋配筋率次之,环梁宽度更次之.     

装配式钢管混凝土柱—钢梁节点性能数值分析

为进一步研究所设计的装配式梁柱节点性能,基于大型有限元数值平台ABAQUS,通过建立低周往复荷载作用下装配式钢管混凝土柱—钢梁节点三维有限元模型,综合考虑材料非线性和几何非线性,并与节点试验结果对比,从滞回曲线、骨架曲线、延性系数以及耗能等方面进行了多工况数值计算,分析了加强环板尺寸和形状、轴压比及有无垫板等对装配式钢管混凝土柱—钢梁节点性能的影响规律,在此基础上,进一步对该装配式梁柱节点进行了参数化数值外推分析,探讨了节点受力变形规律和破坏机理,计算结果表明该节点模型当轴压比为0.8时,节点承载力明显降低,当钢管厚度达到8 mm时,钢管厚度对节点性能影响不显著。     

内加强环式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁中柱节点的力学性能分析

为分析内加强环式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁(IATCFSST-SCB)中柱节点的力学性能并探讨其抗震性能,对其在低周往复荷载作用下的受力过程进行有限元模拟分析。模拟前,采用前人内加强环式方钢管混凝土柱-实腹钢梁(IATCFSST-SB)中柱节点试验数据验证了模拟方法的可行性。根据模拟结果,分析了IATCFSST-SCB中柱节点中核心混凝土、钢管、钢蜂窝梁和内加强环的受力特征,对比了其与IATCFSST-SB中柱节点的抗震性能差别。结果表明:IATCFSST-SCB中柱节点的最大应力主要发生在混凝土的中心区域、钢管的中心区域、钢管与钢蜂窝梁连接的上下翼缘处、钢蜂窝梁的开孔外围处、钢蜂窝梁与环板的连接处;IATCFSST-SCB中柱节点的最大承载力可以达到IATCFSST-SB中柱节点承载力的90%,且蜂窝梁能更早地进入塑性阶段,形成"强柱弱梁"的屈服机制;IATCFSST-SCB中柱节点具有良好抗震性能。     

钢骨钢管混凝土柱与钢梁空间节点抗震性能的非线性有限元分析

目的研究钢骨方钢管混凝土柱与钢梁空间节点的抗震性能,为工程应用和进一步理论研究提供参考.方法利用大型通用有限元分析软件ABAQUS研究钢骨方钢管混凝土柱-H型钢梁空间组合节点在不同的双向位移荷载加载比例、轴压比和钢骨强度下的抗震性能,通过有限元模拟,得到不同参数时梁端的荷载-位移曲线和骨架曲线;根据得到的曲线和数据,对节点的抗震性能进行深入分析.结果某方向的梁端位移荷载固定不变,随着与其垂直方向的梁端位移荷载逐渐增大时,节点的极限承载力下降,构件耗能性能变差;轴压比为0.2~0.5时,随着柱顶轴力的增加,节点梁端承载力并没有产生明显变化;当轴压比大于0.5时,节点的承载力和延性迅速下降;随着钢骨强度的提高,节点的受力性能增强,但并不明显.结论不同参数时钢骨方钢管混凝土柱-H型钢梁的滞回曲线均比较饱满,未出现明显的捏缩现象,表明节点能够有效地吸收地震能量,可广泛应用于实际工程中.     

钢管混凝土扁柱-钢梁节点抗震性能有限元分析

为避免钢框架结构中梁柱节点凸出墙体,文章提出一种钢管混凝土扁柱与钢梁节点,采用ABAQUS有限元模拟软件建立4个不同连接位置的钢管混凝土扁柱-钢梁节点的有限元模型,分析节点在低周往复荷载下的破坏模式和抗震性能;结果表明,所提出的节点构造可以实现梁柱刚性连接,所有节点均发生梁铰破坏,抗震性能和耗能能力良好。进一步研究轴压比、竖向隔板厚度和连接构造对节点抗震性能的影响规律,结果表明：随着轴压比的提高,柱端峰值承载力随之下降;减小柱内竖向内隔板的厚度会导致柱端承载力的降低;将盖板连接改为竖向加劲肋连接后,能有效缓解节点处柱壁的应力集中现象。     

内置加劲环T型管节点抗冲击承载力分析

以内置加劲环宽度和厚度为参数,采用有限元分析法,建立内置加劲环T型钢管节点有限元分析模型.通过分析主管跨中变形、冲击力、惯性力、支座反力时程曲线,得到内置加劲环T型管节点的抗冲击破坏模态和抗冲击作用机理.结果表明:内置加劲环可以提高T型管节点的抗冲击承载力,而且加劲环厚度对提高T型管节点抗冲击承载力的效果要强于宽度,冲击力峰值大小和波形持续时间可以反映T型管节点的刚度大小.内置加劲环提高T型管节点抗冲击性能,为钢管结构抗冲击设计和加强维护提供参考.     

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。     

空心板柱结构中柱节点受冲切承载力试验研究

为了研究板厚、肋宽、配筋率对空心板冲切性能的影响,对9个空心板柱节点试件进行了抗冲切试验,得到不同条件下空心板柱结构节点的开裂荷载、极限荷载、板底位移以及钢筋和混凝土的应变数据.采用数据对比和理论分析的方法,研究不同板厚、孔径、肋宽和配筋率对冲切承载力的影响.试验结果表明:空心板柱结构节点的冲切破坏形式为脆性破坏;初始裂缝发生在顺管向加载柱板底外边缘和板底边之间;顺管向和垂直管向的冲切角度分别为50°～60°和30°～45°,即顺管向的冲切角大于垂直管向的冲切角;增大肋宽、板厚和板底配筋率可以提高节点的抗冲切承载力.     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土框架结构的动力时程分析

目的研究内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土框架的抗震性能.方法使用Open Sees Navigator软件,对一个8层内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱-工字型钢梁的框架结构建立模型,对模型在一组人工波、两组自然波作用下进行动力时程分析.在此基础上,通过改变外包钢管的钢材强度、配筋率、混凝土强度、CFRP配置层数,分别进行动力时程分析.结果外包钢管强度的改变对结构抗震性能影响逐渐减小;钢材配筋率在5%~10%的情况下,可以更好地利用柱的弹塑性进行结构抗震,同时还能保证"强柱弱梁"的设计要求.结论随着混凝土强度的提高,结构刚度增大,柱较晚参加工作,因此合理控制梁柱刚度比是梁柱共同参与抗震作用的关键;内置CFRP圆管在结构进入塑性中后期才开始工作,因此需要控制合理的梁柱比来保证CFRP圆管在结构抗震中充分发挥作用.     

工字形CFRP-高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析

目的将工字形CFRP型材置入钢管混凝土截面型心处,研究高强方钢管高强混凝土轴压短柱的受力性能.方法对典型构件的应力-应变曲线、组合柱的受力机理进行分析,并定义了6个特征点.研究在构件受力的各个特征点的方钢管、混凝土和工字形CFRP分担的纵向荷载,分析内置工字形CFRP配置率、核心混凝土抗压强度、钢材屈服强度、含钢率等因素对组合柱力学性能的影响.结果内置工字形CFRP的高强方钢管高强混凝土轴压短柱极限承载力随着混凝土强度、钢材屈服强度、CFRP配置率以及含钢率增加而增加,而钢材屈服强度以及混凝土强度对构件荷载-位移曲线初始刚度影响较小.结论高强方钢管高强混凝土的各组分受力随着高度变化而变化,构件受力性能较好并承载力较高.