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.     

外加强环式与内隔板式方钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能比较

为了对比外加强环式与内隔板式方钢管混凝土柱-钢梁连接框架结构的抗震性能,设计并制作了1榀3层2跨外加强环式连接的方钢管混凝土柱-钢梁框架,对其进行了低周反复加载试验,与内隔板式连接的方钢管混凝土柱-钢梁框架抗震试验成果进行比较。分析两种节点连接方式下试件的滞洄曲线、骨架曲线、延性和耗能能力、强度退化和刚度退化。结果表明:两种节点连接方式下试件的滞回曲线饱满,延性系数均大于4,满足抗震要求;外加强环式连接的试件极限承载力要明显高于内隔板式连接试件;外加强环式连接的试件具有更好的弹塑性变形能力及耗能能力,抗震性能整体优于内隔板式连接试件。     

装配式复式钢管混凝土节点抗震性能试验

提出一种便于灾后修复的装配式复式钢管混凝土节点。为明确端板厚度、柱轴压比、螺栓直径、混凝土填充度和内钢管截面形状对节点抗震性能的影响,对6个缩尺比为1∶2的节点试件进行拟静力试验,研究了节点的承载力、延性、刚度退化、承载力退化和耗能能力。结果表明:节点的破坏形态包含端板弯曲、钢梁翼缘屈曲、端板与翼缘间焊缝开裂和螺栓翘曲断裂；6个试件的荷载-位移滞回曲线饱满,表明节点具有较强的耗能能力；位移延性系数均大于4.89,具有良好的塑性变形能力和延性；强度退化系数基本保持在0.9~1.0,表现出良好的承载力稳定性；增大端板厚度,可显著提高节点的各项抗震性能指标；增大柱轴压比、提高混凝土填充度和方钢管代替内圆钢管均会提高节点承载力,而螺栓直径几乎不影响节点承载力；改变柱轴压比和螺栓直径对节点耗能影响极小,提高混凝土填充度和方钢管代替内圆钢管均会明显降低节点耗能能力。建立的非线性有限元模型得到的节点破坏形态、承载力与试验结果吻合良好。     

牛腿外加强环—钢管煤矸石混凝土柱与钢梁节点的试验研究

目的 研究牛腿外加强环-钢管煤矸石混凝土柱与钢梁节点的抗震性能.方法 制作了钢管煤矸石混凝土柱与钢梁连接节点-牛腿外加强环节点,进行了低周反复荷载作用下的加载试验及理论分析.结果 试验测试了梁端的位移、转角及柱子、加强环、钢梁、牛腿各关键点的应变.分析了它们结构形式在一定轴压比下的滞回性能、破坏机理与破坏特征.计算出了延性系数为5.3、耗能比为0.891.结论 牛腿外加强环-钢管煤矸石混凝土柱与钢梁连接节点具有优越的抗震性能.     

方钢管混凝土柱-H型钢梁组合节点抗震性能试验

目的 研究不同参数下的隔板贯穿式方钢管混凝土柱-H型钢梁组合节点的抗震性能.方法 对2组共6个隔板贯穿式方钢管混凝土柱-H型钢梁足尺节点试件进行低周往复荷载试验,并且完成节点的非线性有限元分析,明确各试件的破坏过程及特征,并对节点的承载力、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标进行分析.结果 隔板贯通节点滞回曲线饱满,具有较强的耗能能力,同时从强度和刚度退化曲线中可以观察到退化现象,并且满足“强柱弱梁,强节点,弱杆件”的设计原则.结论 改变贯穿隔板的厚度对节点的抗震性能、延性性能以及刚度和强度退化影响不是很明显,但是随着隔板厚度的增加节点的抗震性能逐渐增强;改变贯穿隔板的外伸长度对节点的抗震性能有一定的影响.     

钢管混凝土隔板贯通式节点的性能

隔板贯通式节点是一种新型钢管混凝土柱-钢梁连接形式。以中海广场为工程背景,进行了钢管混凝土柱一钢梁隔板贯通式节点的拟静力试验,并结合数值模拟结果对该类节点的性能进行了研究。试验结果表明,钢管混凝土柱一钢梁隔板贯通式节点具有较好的刚度、承载能力和延性,能够满足“强柱弱梁,强节点弱构件”的抗震设计原则。数值模拟与试验结果相吻合,可以采用本文所建立的数值模型模拟钢管混凝土柱～钢梁隔板贯通式节点的性能。采用数值的方法,重点研究了隔板尺寸对该结点性能的影响,并提出设计建议。     

基于统一理论的复式钢管混凝土轴压承载力计算

依据钢管混凝土统一理论,将其研究成果推广应用于复式钢管混凝土轴压强度计算中,分析了复式钢管混凝土轴压受力机理,考虑不同内外钢管截面形式,提出复式钢管混凝土等效套箍系数,分别计算实复式钢管混凝土和复式空心钢管混凝土短柱的轴压强度.公式计算结果分别与文献试验数据进行了对比,结果表明:在满足一定的含钢率和空心率范围内,可以用统一理论计算复式钢管混凝土的轴压承载力,为复式钢管混凝土承载力设计计算提供了新的理论方法.     

采用分离模量分析钢管混凝土框架结构的抗震性能

基于一榀两跨3层钢管混凝土柱-钢梁框架结构模型的抗震性能试验,建立了反复荷载作用下的刚度退化规律。选用合理的反复荷载作用下钢材和钢管约束混凝土材料的本构模型,考虑钢与混凝土的粘结滑移作用以及节点加强等因素的影响,应用钢管混凝土分离模量理论,采用APDL(ANSYS Parametric Design Language)参数化程序设计语言编制的命令流,对钢管混凝土框架在反复荷载作用下的抗震性能进行了非线性有限元分析。计算结果与模型试验结果吻合较好,并讨论了套箍系数对框架结构抗震性能的影响。     

不同构造复式钢管混凝土足尺柱抗震性能试验

为研究复式钢管混凝土柱的抗震性能,完成了3种截面形式、2种剪跨比共6个试件的低周反复荷载试验,各试件施加相同轴力.截面钢构形式分别为圆钢管、外圆内圆复式钢管和带分腔焊接钢板的复式钢管.分析了各试件的破坏形态、滞回特性、承载力、刚度退化、延性和耗能.试验结果表明:除剪跨比2.2且未设置腔体构造的钢管混凝土柱外,其余试件滞回曲线饱满,抗震性能稳定;增加截面含钢率或提高剪跨比,可使试件在达到相同位移角时的滞回曲线更加饱满;设置内圆钢管和分腔焊接钢板可提高构件承载力,对较小剪跨比试件的延性改善显著;降低剪跨比可显著提高构件初始刚度,但刚度退化速度较快,累积损伤效应更加显著;各试件在达到极限位移角时,设置腔体构造的剪跨比较小试件的累积耗能更高;与试验结果进行对比,本文采用的钢管混凝土柱实用承载力计算方法结果偏于保守.     

钢管煤矸石混凝土柱-环梁节点在低周反复荷载作用下的试验

目的研究钢管煤矸石混凝土柱-钢筋煤矸石混凝土环梁节点的抗震性能．方法制作了两个钢管煤矸石混凝土柱-钢筋煤矸石混凝土环梁节点,进行了低周期反复荷载下的加载试验,对其破坏形态、耗能能力和变形能力进行了理论分析．结果试件达到最大承载力时,滞回曲线比较饱满;承载力下降时,滞回曲线虽有不同程度的捏拢,但不严重,试件有较好的耗能能力;节点的钢管煤矸石混凝土柱与环梁相对独立,节点的破坏基本上不影响钢管煤矸石混凝土柱的承载力．结论钢管煤矸石混凝土柱-钢筋煤矸石混凝土环梁节点具有良好的抗震性能,     

自应力钢管混凝土研究

论了自应力钢管混凝土的实验研究,及普通钢管混凝土的缺陷．分析了混凝土自应力钢管混凝土的不足之处,并提出了一种新型式的自应力钢管混凝土──钢管自应力钢管混弟土．实验结果表示：钢管自应力钢管混凝土既实现了相对永久性的自应力,又弥补了混凝土自应力钢管混凝土的不足,为一种比较理想的自应力钢管混凝土实现型式．     

钢-混凝土组合结构构件工作性能的研究进展

钢-混凝土组合结构构件具有承载力高、塑性韧性好、抗火性能优于钢结构等诸多优点.为了研究其构件的力学性能和工作机理,对钢管混凝土构件、型钢-钢管混凝土构件、钢管混凝土叠合构件、中空夹层钢管混凝土构件工作性能的研究现状进行了总结,对钢-混凝土组合结构构件的研究方向进行了展望.     

内置CFRP圆管方钢管高强混凝土纯弯构件力学性能的试验

目的了解内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土纯弯构件的静力性能,研究不同CFRP配置率和含钢率对纯弯构件的承载能力的影响．方法对5个内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土纯弯构件和3个方钢管高强混凝土纯弯构件进行静力试验,分析试验结果,绘制荷载-跨中挠度曲线,钢管碳纤维P-ε曲线．结果受弯构件内置了CFRP圆管约束内部核心混凝土后,有效地改善了该构件的力学性能（承载力提高率可提高10％左右、延性提高5％-12％）;试件的荷载跨中挠度全过程曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段、强化段．结论内置CFRP圆管可有效地改善方钢管高强混凝土纯弯构件的力学性能．     

钢管混凝土边框剪力墙抗震试验及承载力计算

为研究钢管混凝土边框剪力墙抗震性能,对不同轴压比、不同强弱抗剪连接键的矩形钢管混凝土边框剪力墙进行了低周反复荷载下的抗震性能试验研究.试验模型包括1个普通钢筋混凝土剪力墙和3个矩形钢管混凝土边框剪力墙,模型按1/4缩尺.在试验基础上,分析了各剪力墙的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力和破坏特征.建立了该新型剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好.研究表明:这种剪力墙可有效地组合混凝土剪力墙与钢管混凝土边框柱的优势,抗震效果良好.     

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一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140mm,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．     

钢管混凝土结构及钢结构单层单跨框架力学性能分析

为了对比分析方钢管混凝土柱-工字钢梁和方空钢管柱-工字钢梁两种框架结构的力学性能,运用有限元软件分别对上述两种框架结构进行了全尺寸建模,完成非线性有限元计算分析.结果表明,计算结果与实验数据吻合较好,验证了所建模型的准确性;两种框架结构的滞回曲线均为饱满的梭形,无明显的捏缩现象,且方钢管混凝土柱-工字钢梁框架梁端水平极限承载力高于方空钢管柱-工字钢梁框架结构.     

薄壁钢管混凝土节点的试验研究与ANSYS有限元分析

通过对8个薄壁钢管混凝土柱与组合梁节点的试验研究,得出了各类节点受力性能的一般规律.试验证明,各节点均具有较高的承载力和较好的延性性能.采用ANSYS有限元程序中的Solid 65单元和Shell 181单元分别来模拟组合梁、柱中的混凝土和薄壁钢板对节点进行有限元分析,理论计算结果与试验基本吻合.     

轴向压力下刚性支承矩形钢板件屈曲弹性分析

通过对钢管混凝土中外包钢管板件的屈曲弹性分析，目的在于研究钢管内填混凝土后钢板件的抗屈曲能力．在钢管混凝土中，核心混凝土可以被看作刚性材料；对于组成钢管的矩形钢板件而言，当其与刚性材料并置时钢板的屈曲仅发生外凸．根据小挠度理论，用迦辽金方法计算具有刚性支承的矩形板件的弹性屈曲，并得到了屈曲系数k．计算结果表明：由于核心混凝土的存在，钢管抵抗屈曲的能力比无内填混凝土的空钢管抵抗屈曲的能力有显提高．     

钢管混凝土柱框架结构动力特性试验与有限元分析

为了解钢管混凝土柱框架结构动力特性,设计制作了一榀单跨、两开间、8层钢管混凝土柱-钢梁框架结构模型,采用单输入单输出(SISO)方法进行动力特性试验,得到固有频率、振型和阻尼比等结构动力特性参数.同时,采用大型有限元软件ANSYS8.1进行数值计算,得到结构的振型和频率.将试验结果与有限元分析结果进行对比,二者符合较好,此项研究为钢管混凝土框架结构的抗震设计提供了重要参考依据.     

钢管混凝土叠合柱边框组合核心筒抗震性能试验研究

为了比较带钢管混凝土叠合柱边框组合核心筒与带钢管混凝土边框组合核心筒的抗震性能,进行了1个钢管混凝土叠合柱边框组合核心筒模型和1个钢管混凝土柱边框组合核心筒模型的低周反复荷载试验研究,2个模型均按1/6缩尺.在试验基础上,分析比较了2个核心筒的承载力、延性、滞回特性、刚度及其衰减过程、耗能能力和破坏特征.研究表明,钢管混凝土叠合柱边框组合核心筒比钢管混凝土柱边框组合核心筒的抗震性能显著提高;承载力简化计算模型的计算结果与实测结果符合较好.