钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗连续倒塌机理分析

采用有限元软件ABAQUS对中柱失效工况下的钢管混凝土平面框架进行抗连续性倒塌性能的分析.通过分析各框架抗连续性倒塌全过程工作机理,计算竖向荷载-位移曲线,观察典型节点破坏形态,以此来研究不同组合梁形式及不同轴压比对钢管混凝土平面框架抗连续性倒塌性能的影响.研究表明,钢管混凝土平面框架的倒塌过程都会经历从梁机制到悬链线机制的转变.合理的轴压比限值对钢管混凝土平面框架的抗连续性倒塌性能有积极作用,尤其是在梁机制阶段较为明显.翼板的存在可以显著提高钢管混凝土平面框架的初始刚度,并且板内钢筋在悬链线阶段发挥了重要作用.     

体外预应力钢—混凝土组合梁连续倒塌性能分析

为了研究体外预应力钢—混凝土组合梁在中柱失效情况下的连续倒塌性能,利用ANSYS软件对10根组合梁柱子结构试件进行了有限元建模,分析了转向块布置形式、混凝土板中配筋率、组合梁跨高比、栓钉间距、钢梁高度等参数对体外预应力组合梁连续倒塌性能的影响。研究结果表明,预应力有助于组合梁内悬链线效应的形成和发展;跨高比、钢梁高度等参数对组合梁的抗倒塌承载力影响显著;在采用静力方法分析体外预应力组合梁的连续倒塌性能时,倒塌荷载的动力增大系数(DIF)可在1.24~1.32取值。     

考虑黏结滑移RC框架结构抗倒塌性能分析

钢筋混凝土框架梁在倒塌过程中会经历大变形受力阶段,为研究钢筋黏结滑移效应对其抗倒塌性能的影响,特别是悬索阶段的受力特性,基于OpenSees非线性有限元分析平台以及一组钢筋黏结滑移模型参数,采用梁柱节点单元对约束梁子结构试验进行了数值验证,计算结果有效反映了结构的弹性与塑性变形、压拱效应以及悬索阶段的受力特性,且与试验结果吻合良好.基于计算结果,对一榀单层和一榀三层平面框架结构的试验结果进行了数值模拟,并分析了层数和跨数对平面框架结构抗倒塌性能的影响以及倒塌受力机理.     

钢管再生混凝土框架抗震性能试验研究

为了从结构层面对钢管再生混凝土框架结构的抗震性能进行研究,以梁截面高度为变化参数,设计制作了2榀100%取代率的方钢管再生混凝土柱—钢筋再生混凝土梁框架,并对其进行低周反复加载试验。结果表明:框架的滞回曲线呈现为饱满的梭形,试件破坏时的等效黏滞阻尼系数heu在0.22以上,表明该框架结构具有良好的耗能性能;试件破坏时的层间位移转角在1/39左右,表明该框架结构具有较好的抗倒塌能力。随着梁截面高度的增加,试件的承载能力及初始弹性刚度会逐渐上升,而其延性系数则会逐渐下降;峰值荷载之前,增加梁的截面高度可以提升框架的耗能性能,峰值荷载之后,增加梁的截面高度则会降低框架的耗能性能,而梁截面高度对框架在达到峰值荷载后的残余刚度影响则相对较小。     

外环式空间钢管混凝土柱-钢梁节点受剪性能

为了探讨空间钢管混凝土柱-钢梁环板节点的受剪性能,基于ABAQUS建立圆形和方形空间环板节点在3种不同梁端加载方式下的有限元模型,分别对节点域的剪力-梁端位移曲线进行分析.在此基础上,选取4个影响节点域抗剪的参数进行分析,以此来明晰空间钢管混凝土节点的受剪机理.结果表明:平面内-平面外梁端依次加载为节点域受剪的最不利加载方式,钢梁强度、柱混凝土强度、柱钢管强度对节点域抗剪起着有利作用,轴压比在一定范围内对抗剪有利,超过这个范围反而不利.     

不同形式钢管混凝土框架节点抗震性能对比试验

目的对比分析两种框架节点的抗震性能,选出性能较好的框架节点,为工程实践提供试验依据和技术支持.方法对两个方钢管混凝土柱-钢梁节点和两个矩形钢管混凝土梁节点进行伪静力试验,以轴压比和梁柱线刚度比为变化参数,研究分析两种节点的破坏特征及机理、滞回曲线、延性和刚度退化等性能.结果 4个节点试件的破坏机理基本相同,首先是节点加强环板外的梁端产生塑性铰,然后依靠塑性铰区的转动耗散能量.与钢梁节点相比,矩形钢管混凝土梁节点的滞回曲线无明显"捏缩"现象,包络面积较大,耗能能力较强;位移延性系数可达到4.32,而钢梁节点为3.51,延性和变形能力较好,刚度退化程度较缓慢.结论矩形钢管混凝土梁节点的抗震性能优于钢梁节点,有进一步推广应用的价值.     

复式钢管混凝土柱-钢梁空间节点有限元研究

目的研究复式钢管混凝土柱(CFST)与钢梁连接空间节点的抗震性能,为复式钢管混凝土结构空间节点的后续研究与应用提供参考.方法运用有限元模拟软件ABAQUS建立了外加强环式复式钢管混凝土柱与H型钢梁节点的空间模型,通过选取计算单元、设定接触关系、施加载荷等一系列建模过程,建立了3种不同参数下的6个模型,考察不同加载方式、不同混凝土强度等级及核心混凝土的存在对空间节点的抗震性能的影响.结果空间双向加载制度2对空间节点的承载力、刚度、变形性能和耗能性能影响较大,与平面加载方式相比,承载力下降了14.3%,累积耗能降低15%,刚度退化明显;随着混凝土强度等级的提高,节点的承载力越高,混凝土强度等级的变化对刚度退化影响越不明显;核心混凝土的存在有效地提高了节点承载力,延缓了节点刚度的退化速度.结论实心高强复式钢管混凝土柱与钢梁空间节点在双向加载作用下的抗震性能较平面节点试件的抗震性能要差,应加强空间节点抗震试验方法的研究.     

ECC/RC键槽节点装配整体式梁柱结构 倒塌性能试验研究

为了研究键槽连接节点装配整体式梁柱结构倒塌性能以及不同后浇混凝土对其性能的影响,完成了2榀单层两跨梁柱结构的移柱静力加载试验,其分别在节点键槽处后浇普通C30混凝土、高延性ECC混凝土.试验获取了构件力-位移曲线、破坏形态以及变形性能等试验数据.研究结果表明:键槽连接节点梁柱结构在满足常规抗震荷载要求下,变形过程中能较好地形成梁机制、压拱机制以及悬索机制,是一种较好的装配式结构可采取的抗倒塌节点形式.依靠ECC高延性、高极限压应变等优越的材料性能,ECC键槽节点梁柱结构能表现出更高的承载能力以及更好的节点延性.钢筋与混凝土之间的局部不均匀相对滑移有利于结构发展大变形,提高结构的抗倒塌性能.     

基于多尺度的半刚性组合框架抗震性能数值分析

考虑参数相关性,应用结构多尺度模型,对外加强环式钢管混凝土柱-钢梁节点进行了不确定性结构灵敏度分析,并进行多尺度半刚性组合平面框架体系模型在典型地震波下的弹塑性时程分析.分析表明,采用的多尺度界面连接方法,对于单一材料截面和组合材料截面是同样有效的;获得该组合节点转动的弯矩-转角曲线模型;在进行该组合框架体系地震时程分析时,框架顶层位移的平均相对偏差达到14.6%,,表明考虑节点半刚性是必要的.本文所提方法弥补了实体单元模型与杆系模型的不足,计算精确、有效,且可以关注局部区域.     

钢梁贯穿式方钢管砼梁柱节点滞回性能分析

针对以往钢管混凝土梁柱节点受力性能及应用中的缺陷,提出钢梁贯穿节点.通过ANYSYS有限元软件分析其单调荷载作用下的内力传递机理,循环荷载作用下的滞回性能、延性及耗能性能.结果表明:穿心节点有效地降低了钢管壁所受应力,提高了节点刚度,能实现"强柱弱梁"和塑性铰形成于节点区外的抗震设计理念;滞回曲线均为饱满的梭形,强度和刚度退化不明显.     

梁-柱节点抗连续倒塌性能研究进展

结构的连续性倒塌一直是土木工程领域关注的焦点,而梁柱节点作为结构体系传递荷载的关键部位,其一旦遭受破坏,就可能造成结构连续性的倒塌倾覆,进而造成无法估量的损失。本文简要介绍了整体结构的两种不同的连续倒塌的形式以及四类主要的抗倒塌设计方法,结合已有研究成果从抗连续倒塌模式、抗连续倒塌机制以及抗连续倒塌性能三个方面总结了节点破坏导致的连续性倒塌研究现状。结合应用及研究热点,从试验研究和数值分析角度分别对装配式梁柱节点和自复位梁柱节点的研究进展进行了阐述。最后提出一种基于超弹性形状记忆合金的新型自复位梁柱节点,并对设计方法、抗倒塌性能以及抗震性能的研究进行了探讨。     

方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点地震损伤演化过程分析

为研究方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点在地震作用下的损伤演化过程,基于4个方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点的抗震性能试验,运用有限元分析软件ABAQUS对梁柱节点进行了数值分析,并选取了适用于此类异型节点的双参数地震损伤模型.通过有限元结果和损伤模型分析了不等高钢梁框架节点在低周反复荷载作用下的损伤发展过程.结果表明:所选取的损伤模型能更好地反映节点从"基本完好"到"完全破坏"的损伤演化规律,且能够定量确定节点不同破坏程度的损伤限值;节点的地震损伤主要集中在高梁上下翼缘螺栓连接处,并随着加载循环次数的增加,损伤累积不断加大,最终破坏模式为高梁端塑性铰破坏.研究结论为该类节点基于损伤的抗震设计方法以及地震损伤评估提供了理论依据.     

钢管混凝土柱与钢梁单边高强螺栓端板连接框架拟动力试验

为了研究地震作用下半刚性钢管混凝土框架结构的动力性能与破坏机理,进行了两榀钢管混凝土柱与钢梁单边高强螺栓端板连接框架的拟动力试验,以El Centro波作为拟动力试验的激励输入,获得不同地震加速度峰值下结构的动力响应和破坏模式.分析了在地震作用下组合框架的滞回曲线、动力放大系数、阻尼比、刚度退化规律和耗能能力等抗震性能指标,研究了结构在不同地震波阶段的位移时程曲线和加速度时程曲线等动力响应,比较了柱截面形式和端板类型对组合框架结构抗震性能的影响.试验结果表明,在柱截面宽度和含钢率相同条件下,采用单边高强螺栓端板连接,方钢管混凝土框架的刚度大于圆钢管混凝土框架,但其延性系数小于圆钢管混凝土框架;该类型半刚性组合框架具有良好的抗震性能,连接可靠,可以在实际工程中推广和应用.     

钢管混凝土柱-钢梁错层节点地震损伤评估

为研究地震作用下钢管混凝土柱-钢梁错层节点的地震损伤演化规律,进行了8个钢管混凝土柱-钢梁错层节点的低周往复加载试验.基于低周往复加载试验的研究成果,研究了试件循环加载过程中变形和能量的非线性组合关系.从钢管混凝土柱-钢梁错层节点地震损伤破坏机理出发,提出适合于钢管混凝土柱-钢梁错层节点的双参数地震损伤模型.通过低周往复加载试验得到数据,基于双参数地震损伤模型,计算其地震损伤指数,定量地描述钢管混凝土柱-钢梁错层节点在地震作用下的损伤演化规律.对钢管混凝土柱-钢梁错层节点地震损伤评估,分析了轴压比、错开高度和剪压比对错层节点地震损伤的影响.发现轴压比小的试件在损伤过程中会有所提前,累积损伤比轴压比大的试件大,错开高度大的试件的损伤发展与累积大于错开高度小的试件,剪压比大的试件的累积损伤大于剪压比小的试件.     

火灾下钢框架抗连续倒塌动力响应分析

为研究钢框架结构在火灾作用下的抗连续倒塌动力响应。通过ABAQUS有限元软件分别对二层四跨平面钢框架瞬间去柱动力试验以及平面钢框架火灾试验进行数值模拟。将数值模拟获取的竖向位移-时程曲线和破坏模态与试验结果对比,验证了有限元模型的准确性,获取的位移-温度曲线也验证了顺序热力耦合方法的适用性。在验证有限元模型有效性的基础上,进一步研究瞬间去柱的钢框架结构在不同受火温度下的抗连续倒塌动力响应。研究表明：不同节点的连接形式对钢框架进行瞬间去柱时,钢框架的破坏模态与结构的稳定性影响显著,当火灾高温下钢框架采用加强型节点时,框架柱更容易发生过度屈曲,从而更容易引发连续倒塌;温度越高,钢框架去柱后中柱节点的峰值位移值和稳定后的竖向位移值均有明显提升,结构动力响应越明显,结构抗连续性倒塌能力也越小。     

椭圆钢管混凝土受扭性能及抗扭承载力计算

为研究椭圆钢管混凝土构件的受扭性能和抗扭承载力计算,文章通过ABAQUS建立了椭圆钢管混凝土受扭构件的理论分析模型,开展了椭圆钢管混凝土构件受扭性能的参数分析,研究参数包括钢材强度、混凝土强度、截面含钢率、截面面积和长短轴比,揭示了椭圆钢管混凝土构件在纯扭状态下的受力机理,提出了椭圆钢管混凝土纯扭构件的抗扭承载力简化计算公式。研究结果表明:椭圆钢管混凝土构件的抗扭强度承载力随着钢材强度、截面面积和含钢率的增大而增大;椭圆钢管混凝土构件的扭矩(T)-转角(θ)曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性强化阶段,表现出良好的塑性性能;提出的椭圆钢管混凝土构件抗扭强度承载力公式可用于椭圆钢管混凝土设计中。     

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。     

方钢管混凝土柱节点的抗剪受力分析

为研究方钢管混凝土柱节点的受剪屈服问题,建立了方钢管混凝土柱节点抗剪受力模型。该模型在试验的基础上,将方钢管混凝土柱节点抗剪受力过程分为协同工作、共同工作、屈服强化和极限变形4个阶段,抗剪受力由钢管腹板和节点核心区混凝土共同承担,其中核心区混凝土又以平面抗剪和压杆模式分别对抗剪承载力作出贡献。综合考虑这三者的作用,该模型与试验结果吻合较好。使用该模型可对方钢管混凝土柱节点的受剪和变形等性能进行分析研究。     

方钢管混凝土柱节点的抗剪受力分析

为研究方钢管混凝土柱节点的受剪屈服问题,建立了方钢管混凝土柱节点抗剪受力模型。该模型在试验的基础上,将方钢管混凝土柱节点抗剪受力过程分为协同工作、共同工作、屈服强化和极限变形4个阶段,抗剪受力由钢管腹板和节点核心区混凝土共同承担,其中核心区混凝土又以平面抗剪和压杆模式分别对抗剪承载力作出贡献。综合考虑这三者的作用,该模型与试验结果吻合较好。使用该模型可对方钢管混凝土柱节点的受剪和变形等性能进行分析研究。     

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。