十字形钢管混凝土柱框架中节点抗震性能试验研究

以十字形截面钢管混凝土异形柱-钢梁框架中柱节点为研究对象,按1∶2比例设计了4个弱节点和强节点模型,通过施加恒定轴压比的竖向荷载和低周反复水平荷载,对节点模型进行了加载破坏试验。试验结果表明:弱节点试件破坏形态为节点核心区剪切破坏,随轴压比增大,试件受剪承载力提高,但其延性性能降低;强节点试件破坏形态为梁端受弯破坏,破坏前经历了较大的塑性变形,延性系数达到了5.65。由此可见,合理地设计钢管混凝土异形柱-钢梁框架中节点,可保证其延性破坏,实现"强柱弱梁,节点更强"的设计原则,满足抗震性能要求。     

L形钢管混凝土框架结构抗震性能试验研究

为了探讨L形钢管混凝土柱 钢梁框架的抗震性能,进行了4个1/2.5缩尺比例两层单跨L形钢管混凝土柱 钢梁空间框架的拟静力试验研究,主要考察了柱轴压比（n=0.4,0.6）、加载方向（β=0°,45°）对试件抗震性能的影响,对结构的破坏形态、破坏机制、滞回曲线、结构塑性铰出现的位置及次序、位移延性和耗能能力等性能进行了研究。试验结果表明：结构的破坏形态基本相同,梁端先屈曲,形成塑性铰,然后柱脚核心混凝土开裂压碎,钢管屈曲,形成塑性铰,节点核心区没有出现破坏现象,满足“强柱弱梁、强节点”的抗震设计要求;结构的滞回曲线呈饱满的梭形,强度和刚度退化不明显,变形能力和耗能能力较强;结构的延性较好,正向和反向的位移延性系数均大于4.0;轴压比对结构的抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,框架的位移延性和耗能能力降低。     

碳纤维布加固震损方钢管混凝土框架边节点抗震性能试验研究

为了研究碳纤维布加固震损钢管混凝土柱-钢梁框架节点的抗震性能,按1:2的缩尺比例设计并制作4个方钢管混凝土柱-钢梁框架边节点试件,进行了预损加载、碳纤维布加固和节点加固后的低周往复荷载破坏试验。研究了碳纤维布加固震损节点的有效性,探讨了不同震损程度对加固效果的影响。通过对节点试件的滞回曲线、骨架曲线、碳纤维布应变、延性、耗能能力、刚度退化及承载力退化等参数分析可知:碳纤维布加固方钢管混凝土柱-钢梁框架边节点,保证了"强柱弱梁"的抗震延性设计目标的实现,破坏形态均为钢梁弯曲破坏;碳纤维布加固提高了节点试件承载力,抗震性能得到明显改善;在一定损伤程度情况下,加固节点恢复并超过受损前的抗震性能。     

T形钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点抗震性能试验研究

为研究T形钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点的抗震性能,取再生骨料取代率为100%,根据现行规范制作了3个节点试件模型并进行了拟静力试验。研究轴压比对节点抗震性能的影响,观察节点在加载全程中的破坏过程,分析滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、耗能能力及核心区剪切变形等抗震性能指标。结果表明:节点的破坏形态大体相似,表现为钢梁出现塑性铰的局部屈曲破坏,满足了"强柱弱梁、强节点弱杆件"的抗震设计要求;轴压比对节点的极限承载力和延性有一定影响,轴压比越大,节点的极限承载力越高,但延性和耗能能力会降低,且刚度退化越严重;节点的滞回曲线饱满、具有良好的抗震性能,可在抗震设防区及其他地区推广该类节点的使用。     

薄壁方钢管混凝土柱-空心钢管梁加腋节点抗震性能试验研究

以轴压比为主要考察参数,对4个1∶1足尺模型的薄壁方钢管混凝土柱-空心钢管梁加腋节点进行低周反复荷载试验。通过试验观察其受力过程和破坏形态,得到梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并分析节点的刚度退化、延性和耗能能力。结果表明:加腋板增强了节点域刚度,避免了焊接区域板件的脆性断裂,节点破坏由梁的局部屈曲引起,塑性铰形成于梁上并远离节点区域,柱和节点域基本完好,较好地满足了"强柱弱梁,节点更强"的抗震设计要求;试件的滞回曲线较饱满,延性系数为2.00~2.70;随着位移幅值的增加,试件的耗能能力不断提高,耗能性能良好;试件的极限承载力、延性及耗能能力等随轴压比增大无明显变化。     

方钢管混凝土柱-H型不等高钢梁框架节点抗震性能试验研究

为了研究方钢管混凝土柱-H型不等高钢梁框架节点的抗震性能,基于现行规范按缩比1∶3设计并制作了4个方钢管混凝土柱-H型不等高钢梁外加强环式框架节点模型,对其进行拟静力加载试验,以梁高差为参数,研究该类节点的滞回曲线、延性、强度与刚度退化、耗能性能。试验结果表明:4个试件的破坏均发生在梁端,节点核心区均没有破坏,满足"强剪弱弯、强节点弱构件"设计要求;所有试件的滞回曲线均有捏缩现象,呈弓形;节点在反向加载时的承载力要高于正向加载时的承载力,且随着梁高差的变化,试件破坏形态有所不同;该类节点强度衰减、刚度退化明显;4个试件的延性系数为3.956～4.388,能量耗散系数为1.383～1.811,等效黏滞阻尼系数为0.220～0.288,说明该类节点具有较强的耗能能力,但随着左右梁高差的增大,耗能能力逐渐降低。     

装配整体式梁-柱边节点抗震试验研究

通过对装配整体式混凝土框架梁-柱边节点的低周反复荷载试验,研究其破坏形态和破坏机理,分析了构件受力的滞回曲线、骨架曲线、延性系数等抗震性能指标,并对节点安全性进行评判。试件满足＂强柱弱梁＂、＂强剪弱弯＂和＂强节点、强锚固＂的要求,具有良好的延性、整体性及耗能能力,抗震性能良好。试验为装配整体式钢筋混凝土框架结构体系的推广应用提供试验论证,促进装配整体式混凝土结构的发展。     

钢管再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架抗震性能试验研究

为了研究钢管再生混凝土框架的抗震性能,以100%为再生粗骨料取代率,制作1榀圆钢管再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架试件,进行拟静力试验。观察试件受力的全过程和破坏形态,获取滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能和刚度退化等各项抗震性能指标。试验结果表明:框架在设计方法上满足了"强柱弱梁、强剪弱弯、强节点,弱构件"等抗震设计要求;框架滞回曲线对称,呈现出比较饱满的梭形;框架位移延性系数均大于3,变形性能良好;破坏位移转角大于1/38,抗倒塌能力强;破坏时等效黏滞阻尼系数为0.243,耗能充分。钢管再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架表现出良好的抗震性能,可以应用于高烈度抗震设防区的高层建筑之中。     

方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点抗震性能

为研究方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点的抗震性能,利用有限元分析软件ABAQUS建立了该节点的有限元模型。通过对已有试验中的圆钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点抗震性能的模拟分析,验证了有限元计算结果的正确性,进而对方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点的受力性能进行了数值模拟分析,研究了该节点在低周循环荷载作用下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线及节点延性;同时考察了柱内型钢含钢率、柱轴压比和环梁配筋率对节点抗震性能的影响。结果表明:方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点的滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能;在节点核心区设置环梁后,节点试件的最终破坏模式为梁端形成塑性铰破坏,环梁对节点核心区保护作用明显,满足"强柱弱梁"及"强节点、弱构件"的抗震设计原则;随着柱内型钢含钢率及环梁配筋率的降低,节点试件的最大荷载、延性系数和抗震性能均有所降低,且强度退化加快;轴压比对节点抗震性能影响较大,当轴压比从0.31增加至0.63时,节点试件的延性系数从4.14降低至2.12,最大荷载降幅高达15.16%。     

新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点拟静力试验研究

以轴压比为主要变化参数,对两种类型共4个1∶1足尺模型的新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点进行了拟静力试验。试验观察了试件的受力过程和破坏形态,得到了梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并对比分析了试件的刚度退化、延性和耗能能力。结果表明:两种节点破坏均属于延性破坏,破坏时C型钢梁发生平面外屈曲,形成塑性铰,钢梁下翼缘、腹板与柱焊接处拉裂,钢管混凝土柱-空钢管梁节点还在空心钢管梁上出现塑性铰;随着轴压比的增大,空钢管柱-空钢管梁节点初始刚度变化不大,而钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度有所减小,两种节点的延性均明显降低,极限承载力也有所下降,其中钢管混凝土柱-空钢管梁节点下降幅度更大。至于钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度则明显大于空钢管柱-空钢管梁节点,且滞回曲线较饱满,在极限承载力、延性和耗能指标等方面均优于空钢管柱-空钢管梁节点。     

CFST柱-RC梁钢筋环绕式节点抗震性能试验

通过8个钢管混凝土(CFST)柱-钢筋混凝土(RC)梁钢筋环绕式节点在低周往复荷载作用下的试验,对其在不同轴压比下的开裂破坏模态、滞回特征、剪切变形、钢筋和钢牛腿变形、延性和耗能性能等进行系统研究。试验结果表明,试验节点的破坏模态均为核心区剪切破坏,圆钢管混凝土柱节点较方钢管混凝土柱节点的滞回曲线饱满,但均能满足现行规范的抗震设计要求。     

矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点抗震性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的破坏特征和抗震性能, 进行了5个中节点、2个边节点和2个角节点的低周反复加载试验。观察了节点的受力过程及破坏形态, 分析了试件的荷载-位移滞回曲线、承载能力、强度和刚度退化、层间位移角和延性以及耗能能力等力学特性。结果表明: 矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的典型破坏形态是节点域腹板的剪切破坏、节点核心区腹板与柱翼缘连接的竖向焊缝断裂; 试件滞回曲线饱满,层间位移延性系数介于1.44~2.74,弹塑性极限层间位移角约为1/43~1/21;等效黏滞阻尼系数介于0.227~0.316,表明节点域的变形和耗能能力较强。当柱截面肢高肢厚比为3、4时,破坏时节点核心区的剪切角约为0.01~0.03;当柱截面肢高肢厚比为2时,破坏时节点核心区的剪切角约为0.08~0.10。     

装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能试验研究

圆形或方形钢管混凝土柱与钢梁通过单边高强螺栓和适宜端板连接组成框架,通过钢筋桁架混凝土组合楼板形成了新型装配式组合框架。为了解装配式钢管混凝土组合框架在地震作用下的抗震性能和受力机理,进行了2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁通过单边高强度螺栓和平齐或外伸端板连接形成的组合框架的水平低周反复荷载试验,研究了柱截面形式和端板连接类型对组合框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了此类组合框架在水平低周反复荷载作用下的受力全过程和楼板裂缝发展规律,得到了此类结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、延性、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明,单边螺栓端板连接装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,延性系数μ为2.13~4.28,能量耗散系数E为0.652~0.90。在柱截面含钢率相同条件下,圆钢管混凝土组合框架的承载力小于方钢管混凝土组合框架,其延性、耗能性能优于方钢管混凝土组合框架。研究成果将为我国装配式钢管混凝土组合框架设计理论与应用提供科学依据。     

Seismic behaviour of steel beam to circular CFST column assemblies with external diaphragms

This paper presents experimental and analytical studies on the seismic behaviour of steel I-beam to circular CFST column assemblies with external diaphragms. In the experimental study, four specimens, i.e. two exterior joints and two interior joints in a frame structure, are tested under constant axial loads on columns and cyclic vertical loads on beam ends. The specimens are designed to be strong column-weak beam for exterior joints and strong beam-weak panel zone for interior joints. The failure modes of local buckling on beams and shear deformation of the panel zone are observed in the test. The seismic performance of the beam to column assemblies is assessed by analysing the load–displacement hysteretic curves, the energy dissipation ability and the ductility of the load–displacement skeleton curves. In the analytical study, finite element models of the four test specimens are developed to predict the hysteretic behaviour and the stress distribution. The nonlinear mixed hardening model and the concrete damaged plasticity model are used to define the material properties of steel and concrete, respectively. The steel to concrete interfaces are modelled by hard contact with friction. The fidelity of the model is verified by comparing the prediction with the experimental data. The stress distribution of model components, including steel beams, steel tubes, and concrete cores are illustrated. The results indicate that failure modes have significant effects on the characteristic of stress distribution.     

复式钢管混凝土柱-钢梁外加强环板节点滞回性能及核心区变形研究

为了研究复式钢管混凝土外加强环板节点滞回性能及核心区变形场,基于数字散斑方法（DSCM）进行了复式钢管混凝土外加强环板节点低周往复加载试验,对节点的梁柱相对转角变化、核心区受剪性能、节点初始转动刚度以及滞回耗能特性等进行了分析。结果表明：节点弯矩-转角和核心区剪力-剪切变形滞回曲线没有捏拢,呈饱满的梭形,说明节点耗能性能良好;提高环板宽度、锚固腹板加肋和轴压比增大均可提高节点初始转动刚度和节点域抗剪刚度;提高梁柱线刚度比可提高节点的受弯能力、耗能能力和节点域剪切变形能力。节点域剪切变形对复式钢管混凝土柱 钢梁相对转角贡献较大,占比超过30%。测得的核心区剪应变云图分布基本发展为沿对角线对称,后期随着荷载增加,破坏形态为梁端弯曲的试件节点域剪应变发展较缓,而柱端压弯破坏的试件剪应变发展充分,在整个加载过程中,其节点核心区剪应变为梁端弯曲破坏试件的2~3倍。     

预应力型钢混凝土框架结构竖向反复荷载作用下抗震性能试验研究

通过对1榀柱中内置型钢和1榀梁柱均内置型钢的预应力型钢混凝土框架的竖向反复荷载试验, 研究预应力型钢混凝土框架的破坏机制、滞回特性、延性、刚度和耗能等性能。结果表明：预应力型钢混凝土框架梁是梁铰破坏机制,极限状态时 “拱效应”提高了框架梁的承载能力;预应力型钢混凝土框架梁滞回曲线饱满,变形恢复能力小于普通预应力混凝土框架梁;预应力型钢混凝土框架梁位移延性系数均值为4.8,普通预应力混凝土框架梁的为4.18,均有较好的延性;等效黏滞阻尼系数介于0.258~0.323之间,说明2个试件破坏时截面具有良好的耗能能力;参数分析表明,试件延性系数受含钢率影响不大,随内置型钢截面高度与梁截面高度比值增大而增大。     

低周反复荷载下传统风格建筑钢筋混凝土-钢管混凝土组合框架抗震性能研究

对一缩尺比为1/2的传统风格建筑钢筋混凝土(RC)-钢管混凝土(CFST)组合框架模型进行了低周反复加载试验,研究了模型结构的破坏过程、破坏特征,得到了结构的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、应变特征、延性、耗能性能、刚度退化与承载力退化。试验分析表明：乳栿为模型结构的第一道抗震防线;模型结构的滞回曲线呈现出“捏缩”效应,表现出剪切滑移特征;试件破坏时,其等效黏滞阻尼系数为0.146,小于常规现代混凝土框架结构;模型框架的位移延性系数大于3.0,极限位移角为1/27,表现出良好的变形能力及抗倒塌能力。由应变分析可知,金柱纵筋先于檐柱纵筋屈服;混凝土柱纵筋先于方钢管屈服。基于试验结果,采用ABAQUS软件对模型进行了有限元分析,计算结果与试验实测结果吻合较好。在此基础上对模型进行参数分析,结果表明：随组合柱轴压比和CFST柱与RC柱线刚度比的提高,模型框架的水平承载力增大,但延性变差;随混凝土柱纵筋配筋率的增大,模型框架的水平承载力和延性均明显提高。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能试验研究

进行了3榀方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的低周反复加载试验,分析了轴压比和梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。得到了框架的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及各阶段的荷载和位移值,分析了框架的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化。试验结果表明：框架滞回曲线饱满,具有良好的变形性能和耗能能力;增大轴压比将降低框架的延性和水平极限承载力,提高框架的耗能能力;增大梁柱线刚度比将降低框架的延性和耗能能力,提高框架的水平极限承载力。试验结果可为方钢管混凝土柱-钢梁框架的工程应用提供参考。     

Cyclic Experimental Behavior of CFST Column to Steel Beam Frames with Blind Bolted Connections

This paper aims to investigate the seismic behavior of blind bolted end plate composite frames between square or circular concrete filled steel tubular (CFST) columns and steel beams. Two composite frames were tested under a constant axial load on the CFST columns and a lateral cyclic load on the frame. Each specimen composed of CFST columns and steel beams was selected to represent a plan frame in an assembly building. Failure pattern of the type of frames was analyzed to comprehend the structural response. The seismic resistance ability of the blind bolted CFST frames was also estimated in terms of hysteretic curves, ductility and energy dissipation etc. The effect of column section type and end plate type on the type of semi-rigid CFST frames was studied. The test results showed that at the same steel ratio of the column section, the bearing capacity and energy dissipation of square CFST frame were higher than those of circular CFST frame at ultimate state. Strain response of main members in each CFST frame was also estimated. The internal force analysis of the test CFST frames with semi-rigid connections was discussed and evaluated the effect of the bending moment distribution. It was concluded that the novel typed CFST frames exhibited excellent seismic performance and structural internal force redistribution. The experimental studies will be useful for design and application of the blind bolted CFST frames in fabricated steel structure building.