折线隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点抗震性能试验研究

通过对折线加强隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点和基本型异型节点试件进行低周往复加载试验,研究了隔板折线加强构造对节点破坏形态、承载力、塑性转角、滞回性能、骨架曲线、刚度退化和耗能等的影响。试验结果表明：基本型异型节点在刚度较大、几何尺寸变化较大的大截面梁翼缘对接焊缝侧边开裂,节点的塑性转角约为0.028 rad;隔板折线加强异型节点的主要破坏模式为隔板折线加强区形成塑性铰及延性拉断、梁腹板焊接孔开裂及梁翼缘对接焊缝断裂,其塑性转角可达0.034~0.057 rad,承载力和耗能能力较基本型异型节点分别提高16.5%~47.0%和21.2%~144.0%;隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点中,大截面梁先于小截面梁破坏,柱壁板间焊缝未发生撕裂破坏,轻骨料混凝土未发生压碎、拉裂、剥离或滑移破坏,节点的抗震性能主要受钢梁和隔板间焊缝破坏（而非轻骨料混凝土）的影响。     

梁翼缘扩大头-圆孔削弱型内隔板式箱型柱-H型钢梁节点断裂分析

对1个内隔板式箱型柱-H型钢梁常规节点和3个梁翼缘扩大头-圆孔削弱型节点进行了循环加载试验,并进行了基于结构钢椭球面断裂模型及耦联的椭球面屈服模型的数值模拟和断裂分析.结果显示,常规节点裂纹起始于梁翼缘对接焊缝侧边,未能形成有效转动能力的塑性铰,节点的塑性转角约为0.02rad.梁翼缘扩大头-圆孔削弱型节点在圆孔削弱梁截面形成塑性铰,大孔侧边开裂风险较其他区域大,扩大头构造显著降低了对接焊缝的断裂风险.当内隔板与柱壁板间焊缝质量较好时,圆弧扩大头-圆孔削弱型节点的塑性转角可达到FEMA要求的0.03rad,承载力较常规节点提高39.8%~52.9%.     

圆弧扩大头隔板贯通式箱形柱-H型钢梁异型节点抗震性能试验研究

对5个圆弧扩大头隔板贯通式箱形柱-H型钢梁异型节点和1个基本型异型节点进行低周往复循环加载试验,研究圆弧扩大头构造对隔板贯通式箱形柱-H型钢梁异型节点在强震时的破坏模式、承载力、塑性转角、滞回性能、骨架曲线、刚度退化和耗能性能等抗震性能的影响规律。试验结果显示,基本型异型节点在刚度较大、几何变化剧烈(应力集中严重)的大截面梁翼缘对接焊缝侧边开裂,节点的塑性转角约为0.015rad,达不到FEMA要求的0.03rad。圆弧扩大头异型节点在隔板圆弧扩大区形成塑性铰,节点的塑性转角达到0.033~0.044rad,承载力和耗能性能较基本型异型节点分别提高41.7%~53%和173%~500%。隔板圆弧扩大区屈曲、对接焊缝延性拉断、贯通式隔板与柱壁板间焊缝剪切破坏、梁腹板焊接孔开裂是圆弧扩大头异型节点的主要破坏模式。隔板圆弧扩大头构造和梁翼缘对接焊缝移至远离节点区的措施,缓和了节点区焊缝过于密集和焊接热影响区的交叉影响,规避了梁翼缘对接焊缝处的几何突变(应力集中)和过早脆断。此次试验的隔板贯通式箱形柱-H型钢梁异型节点,大截面梁均先于小截面梁断裂,且均未出现以往内隔板式节点试验中常见的柱壁板间焊缝撕裂现象。     

隔板贯通方钢管柱-H型钢梁异型节点强震突变机理分析

为研究隔板贯通方钢管柱-H型钢梁异型节点强震灾变机理和延性节点构造,对常规异型节点进行了低周往复循环加载试验和基于结构钢椭球面断裂模型及偶联的椭球面屈服模型的断裂分析.结果显示,常规异型节点在大截面梁翼缘对接焊缝边缘开裂,节点的塑性转角约为0.015rad,达不到FEMA要求的0.03rad.提出隔板圆弧扩大头节点构造并进行数值分析,结果表明,扩大头构造消除了对接焊缝沿梁翼缘宽度的几何突变,降低了对接焊缝的应力集中程度和脆断风险,塑性转角均达到了0.03rad,承载力较常规异型节点提高15.9%~39%.     

变截面方钢管轻骨料混凝土柱-H钢梁隔板贯通节点抗震性能试验研究

通过对变截面方钢管轻骨料混凝土柱-H钢梁圆弧扩大头隔板贯通节点和基本型节点进行低周往复加载试验,分析了该类节点的破坏形态、滞回性能、延性、承载力、刚度退化与耗能能力等。结果表明：隔板圆弧扩大头节点先在隔板圆弧扩大区形成塑性铰,随后梁腹板焊接孔开裂,梁翼缘对接焊缝延性拉断;基本型节点在梁翼缘对接焊缝侧边开裂,裂纹扩展迅速至脆断;隔板圆弧扩大头构造明显提高了节点延性和耗能能力,有效降低了节点区焊缝过于密集和焊接热影响区的交叉影响,避免了梁翼缘对接焊缝处的应力集中和过早脆断;隔板圆弧扩大头节点的承载力、塑性转角和耗能能力较基本型节点分别提高16.09%~22.25%、17.34%~63.94%和24.97%~44.32%;加载到节点破坏时,节点域和柱内轻骨料混凝土未发生压碎、剥离、拉裂或滑移破坏,说明该类节点的抗震性能主要受钢梁与隔板间焊缝影响。     

圆弧扩大头和梁翼缘圆孔削弱型箱型中柱-H型钢梁节点循环加载试验研究

对1个隔板贯通式箱型中柱-H型钢梁常规节点和3个圆弧扩大头及梁翼缘圆孔削弱型节点进行了低周往复循环加载试验.试验结果表明,常规节点在梁翼缘对接焊缝处脆断,节点塑性转角约为0.016rad;圆弧扩大头及圆孔削弱型节点在梁翼缘圆孔削弱处断裂,裂纹起始于圆孔侧边,塑性转角较常规节点提高约19%,承载力较常规节点降低5.5%~9.4%,滞回曲线的包络面积(耗能性能)较常规节点约提高0.2%~9.0%.圆弧扩大头构造降低了梁翼缘对接焊缝的应力集中程度,避免了对接焊缝过早脆断;圆孔削弱构造促使梁削弱截面形成塑性铰.     

隔板贯通变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-箱梁节点抗震性能试验

对折线隔板贯通变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-钢箱梁节点和基本型节点进行了循环加载试验,获得了节点的破坏模式、滞回曲线、塑性转角、耗能能力、节点域应变演化等抗震性能指标.结果 显示,上隔板与小截面柱间焊缝的剪应变远大于下隔板与大截面柱间焊缝;基本型节点在几何突变剧烈的梁翼缘对接焊缝侧边、梁腹板角焊缝端点及构造复杂的梁腹板焊接工艺孔处脆断;折线隔板节点的典型破坏模式为折线隔板段形成塑性铰、极限加载时焊接工艺孔处梁腹板屈曲和开裂、塑性铰区隔板断裂、梁腹板竖向角焊缝开裂.折线隔板节点的极限承载力、塑性转角和耗能能力较基本型节点分别增加40.2％～58.6％、22.7％～44.6％和65.7％～118.6％.     

隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形梁与箱形梁异形节点抗震性能试验

对圆弧加强隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形梁与箱形梁异形节点和基本型异形节点进行循环加载试验,研究了贯通隔板圆弧扩大头构造对异形节点抗震性能的影响,获得了该类节点的破坏模式、滞回性能、承载力和塑性转角等抗震性能参数。基于试验结果和力学分析,建议了异形节点域的抗弯、抗剪计算模型,推导了异形节点域的抗弯、抗剪承载力计算公式。结果表明:基本型异形节点滞回曲线劣化明显,节点在刚度较大、几何突变的箱形梁翼缘对接焊缝边缘脆断;隔板圆弧加强异形节点的滞回曲线饱满,承载能力和刚度退化不明显,主要破坏模式为在隔板圆弧加强区形成塑性铰,梁翼缘对接焊缝延性开裂;加载至节点破坏时,贯通隔板与柱壁板间焊缝未发生撕裂破坏,节点域内轻骨料混凝土未压碎或拉裂,轻骨料混凝土与隔板和柱壁板间未发生剥离或滑移;隔板圆弧加强异形节点的塑性转角可达0.038~0.056 rad,承载力较基本型异形节点提高21.5%~56.2%。     

钢管加强梁腹板开孔型梁柱弱轴连接节点的抗震性能研究

为解决梁腹板开孔型梁柱弱轴连接节点抗剪承载力不足以及全焊型节点在地震作用下焊缝脆性断裂的问题,提出了一种钢管加强梁腹板开孔型梁柱弱轴连接形式。利用ABAQUS有限元软件对该节点连接形式进行了数值模拟分析,详细研究了不同参数对节点抗震能力的影响。结果表明:在合理参数取值范围内,钢管加强梁腹板开孔型梁柱弱轴连接节点在低周反复荷载作用下能够使塑性铰远离梁端,在节点域和柱位置未发生塑性变形。加强钢管厚度越大节点抗剪承载力越高,节点耗能系数越小;腹板开孔半径越大承载力越低,节点耗能系数越大;节点位移延性系数随加强钢管厚度和腹板开孔半径的增大先增加后降低;开孔距离主要对塑性铰产生位置有较大影响,开孔距离较大或者较小时,钢梁塑性铰均出现在梁端根部,不满足设计要求;给出了加强钢管厚度、腹板开孔半径、开孔距离合理建议取值,为实际工程提供参考。     

折线隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点破坏机理分析

对隔板贯通方钢管轻骨料混凝土柱-H形钢梁异型节点试件进行了循环加载试验,并进行基于结构钢椭球面断裂模型及耦联的屈服模型和轻骨料混凝土二次曲面通用破坏面模型的数值模拟和破坏机理分析.数值分析结果表明:基本型异型节点梁翼缘对接焊缝侧边应力集中严重,断裂风险大;贯通隔板折线加强构造降低了梁翼缘对接焊缝处的应力集中程度和断裂风险,使屈服区形成于远离节点区的隔板折线加强段内;节点域内轻骨料混凝土的应力场未达到通用破坏面模型计算的强度值,未发生压碎、拉裂或滑移破坏.     

浅析钢管混凝土柱-钢梁节点形式

介绍了目前钢管混凝土柱—钢梁框架常用节点的构造形式和受力特点,按照柱贯通式节点和梁贯通式节点的分类,分析了钢管混凝土柱—钢梁框架节点形式的一些研究,并提出了简洁合理的端板螺栓连接新型节点形式,以供钢管混凝土柱—钢梁结构体系的节点设计参考。     

带悬臂梁段拼接的梁柱连接循环荷载试验研究

为了检验带悬臂梁段拼接的梁柱连接抗震性能,对4个试件进行了循环加载试验。试验侧重于对拼接节点的研究,采用10.9级高强螺栓摩擦型连接,翼缘和腹板全部拼接。试验结果表明:螺栓拼接节点的延性远好于梁柱焊缝连接;较弱的拼接节点产生较大的塑性变形;接触面的滑移摩擦、螺栓与孔壁的挤压和翼缘拼接板的屈曲都使连接具有良好的耗能能力;但滑移伴随有剧烈的响声,会使人产生心理恐慌。根据试验结果提出了设计建议:尽量将拼接设计得弱些,可以提高梁柱连接的转动能力,减少地震作用向梁柱连接焊缝的输入,延缓焊缝的脆性破坏。     

钢牛腿式钢管混凝土柱与型钢混凝土梁节点试验研究

超高层钢结构建筑采用钢管混凝土柱是目前较为常用的一种结构形式,与钢管混凝土柱连接的梁有钢梁、劲性梁或混凝土梁等多种方式。目前钢管混凝土柱与型钢混凝土梁节点的研究较少,针对钢牛腿式钢管混凝土柱与型钢混凝土梁的连接节点,对受力性能进行了1∶2缩比例的试验研究,同时采用了ANSYS有限元软件进行分析。结合试验结果和有限元分析结果,研究了该节点的受力特性,结果表明,该节点有很好的极限承载力和抗震性能。     

Post-fire behaviour of concrete-filled steel tubular column to axially and rotationally restrained steel beam joint

This paper presents a numerical investigation on the post-fire behaviour of concrete filled steel tubular (CFST) column to restrained steel beam joint. An entire loading and fire phase, including ambient loading, heating with constant loads, cooling with constant loads and post-fire loading, was employed in the numerical analysis, and a finite element analysis (FEA) model was built to simulate the behaviour of CFST column to axially and rotationally restrained steel beam joints with external diaphragm connections under the entire loading and fire phase. For validation, the proposed modelling method was used to predict the test results of CFST columns and joints in fire and post-fire. The comparison demonstrates that the accuracy of the proposed FEA model is acceptable. Afterwards, the FEA model was used to analyse the mechanics characteristics of CFST column to restrained steel beam joints in the entire loading and fire phase. Based on the numerical analysis, the joint moment versus relative rotation angle relationship in the entire loading and fire phase was addressed, and the residual joint strength index and stiffness index were defined to evaluate the post-fire performance of joints. Finally, simplified calculating formulas were proposed to calculate the two indexes, which provide a simply and feasible method to evaluate the post-fire performance of external diaphragm joints in the CFST column - steel beam framed structure.     

壁式钢管混凝土柱平面外穿芯拉杆-端板连接梁柱节点抗震性能试验研究

壁式钢管混凝土柱是一种特殊的矩形钢管混凝土柱,针对壁式钢管混凝土柱截面特点,提出了壁式钢管混凝土柱平面外穿芯拉杆-端板连接梁柱节点。通过3个足尺节点试件的低周反复加载试验和有限元分析,对其破坏模式、滞回行为、承载能力、变形性能等进行分析。结果表明：节点的破坏模式为钢梁塑性铰区破坏,破坏区域钢梁上下翼缘屈曲或撕裂,梁与端板连接焊缝撕裂;滞回曲线稳定饱满,无明显捏拢;节点域混凝土损伤微小;破坏时位移延性系数大于3.0,等效黏滞阻尼系数大于0.34,具有良好的变形能力。所建立的有限元模型可较为准确地预测该节点在低周反复加载下的滞回行为。分析表明：随着轴压比提高,模型的延性降低;适当的增加钢梁翼缘和端板厚度可以提高节点的承载能力和延性。     

波形钢腹板钢管混凝土梁受弯试验研究

提出了一种新型的组合结构--波形钢腹板钢管混凝土梁,进行了3根模型梁的受弯试验。对试验梁的变形、应变、破坏模式和极限承载力等进行了分析,比较了上下弦管填充混凝土对梁受力性能的作用,并与钢管混凝土桁梁的试验结果进行了对比。结果表明,与钢管混凝土桁梁相比,波形钢腹板钢管混凝土梁避免了节点破坏问题,其抗弯刚度和极限承载力得到较大的提高;上弦钢管填充混凝土对提高极限承载力作用很大,下弦钢管填充混凝土也能提高梁的极限承载力,但作用小于上弦管;"拟平截面假定"的计算方法可以用于波形钢腹板钢管混凝土梁的极限承载力计算。     

方钢管混凝土柱-钢梁节点承载力试验研究

基于隔板贯通节点在地震作用下的破坏调查结果,提出了一种改善钢梁翼缘与隔板连接处受力性能的新型节点--倒角放坡型隔板贯通节点。对7个十字形节点试件进行了静力拉伸试验,研究了隔板贯通式连接中方钢管混凝土柱与钢梁受拉翼缘的连接性能,分析了钢梁翼缘与隔板连接构造以及浇注孔直径、隔板厚度、钢管的宽厚比等参数对节点局部受拉承载力的影响,并将试验得到的承载力与规程公式计算结果进行了比较。研究结果表明:倒角放坡型隔板贯通节点具有较好的承载力和延性;影响节点承载力的主要因素是隔板的厚度、浇注孔径和钢管的宽厚比,在钢管中填充混凝土有利于提高节点的屈服承载力和刚度;对于填充混凝土的试件,采用公式计算节点承载力偏于保守。