部分包裹混凝土组合柱-型钢梁端板连接框架抗震性能试验研究

为了研究部分包裹混凝土组合(PEC)柱-型钢梁端板连接框架结构抗震性能,通过改变端板厚度和柱含钢率,对3榀端板连接复合框架模型进行低周反复荷载试验。分析了组合框架层间滞回特性、承载力、抗侧刚度、耗能能力、节点转角延性、层间位移和屈服机制等抗震性能。结果表明:框架的层间屈服机制为先期梁端截面形成塑性铰,后期柱根部屈服,实现了利用塑性屈服耗能的设计目标;节点域填充混凝土形成斜压带传力模式,满足了节点域薄腹板的抗剪需求;端板厚度由12 mm增加到20 mm,试件承载力增加2%,试件初始刚度提高22.44%,节点转角延性系数提高10.00%,耗能能力增加12.87%;柱截面含钢率由15.5%增加到19.4%,试件承载力提高13.00%,初始刚度提高50.77%,耗能能力增加9.80%,但节点转角延性系数降低3.4%。试件破坏时层间位移角均超过抗震规范弹塑性层间侧移角限值1/50,且试件承载力退化系数仍达到0.96,结构具有良好的屈服机制和抗震性能。     

Experimental research on sismic performance of PEC column-steel beam frame connected by endplate

为了研究部分包裹混凝土组合（PEC）柱-型钢梁端板连接框架结构抗震性能,通过改变端板厚度和柱含钢率,对3榀端板连接复合框架模型进行低周反复荷载试验。分析了组合框架层间滞回特性、承载力、抗侧刚度、耗能能力、节点转角延性、层间位移和屈服机制等抗震性能。结果表明：框架的层间屈服机制为先期梁端截面形成塑性铰,后期柱根部屈服,实现了利用塑性屈服耗能的设计目标;节点域填充混凝土形成斜压带传力模式,满足了节点域薄腹板的抗剪需求;端板厚度由12mm增加到20mm,试件承载力增加2%,试件初始刚度提高22.44%,节点转角延性系数提高10.00%,耗能能力增加12.87%;柱截面含钢率由15.5%增加到19.4%,试件承载力提高13.00%,初始刚度提高50.77%,耗能能力增加9.80%,但节点转角延性系数降低3.4%。试件破坏时层间位移角均超过抗震规范弹塑性层间侧移角限值1/50,且试件承载力退化系数仍达到0.96,结构具有良好的屈服机制和抗震性能。     

端板厚度对PEC柱与型钢梁连接框架延性的影响

为研究端板厚度对框架耗能及延性的影响,对2榀PEC柱与型钢梁端板连接框架进行了低周反复荷载试验,在分析试验数据的基础上进行了有限元模拟。试验结果表明,端板厚度从12 mm增加到20 mm,框架极限承载力变化不大,滞回环面积增加了12.90%,延性系数提高了14.77%,两个试件的延性系数均大于3,说明此类框架具有良好的延性。有限元分析结果与试验结果基本相同,增加端板厚度可以改善框架的耗能能力和延性性能。     

PEC柱(弱轴)对穿螺栓端板连接抗震性能研究

为了研究部分包裹混凝土组合(PEC)柱(弱轴)与型钢梁对穿高强螺栓端板连接节点的抗震性能,考虑端板厚度、盖板厚度以及节点构造形式3个参数,设计了两种不同构造的梁柱节点,对其进行低周往复荷载试验和有限元模拟,分析了各设计参数对试验节点滞回性能、承载能力、节点刚度、延性和耗能能力等指标的影响。研究结果表明:盖板厚度由14mm增加至16mm时,节点承载力提高了33.91%,初始刚度提高了14.9%,延性降低了18.9%;端板厚度由12mm增加至14mm时,节点承载力提高了19.93%,初始刚度提高了15.1%,延性系数增加了3.13%;各试件的承载力退化系数基本稳定在1.0左右,延性系数在3.17~3.96之间,等效黏滞阻尼系数平均值介于0.303~0.334之间。增加盖板厚度与端板厚度能显著提高节点的承载力和初始刚度,两种构造形式的节点均具有良好的延性和耗能能力。     

方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点抗震性能试验研究

为研究方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点的抗震性能,进行了5个节点拟静力试验研究,分析了端板厚度、螺栓直径、混凝土强度和轴压比等因素对承载力、弯矩-转角曲线、耗能能力、承载力衰退、刚度退化、延性以及破坏模式的影响。研究结果表明：方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点均属于半刚性节点,初始转动刚度随着端板厚度和螺栓直径增大而提高,但节点的极限转动能力随着端板厚度的增大而减小;当承载力由端板或钢梁控制时,其具有良好的转动和耗能能力;试件承载力退化系数在0.8～1.0之间,变化幅度不大,刚度退化相比荷载退化严重;设计中应避免高强螺栓发生脆性破坏。     

PEC柱-型钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究部分包裹混凝土(PEC)柱-型钢梁框架中节点的抗震性能,以端板厚度、柱翼缘宽厚比以及是否增设背垫板为参数,对4榀焊接H形钢部分包裹混凝土柱-型钢梁框架中节点进行低周反复荷载试验,分析其破坏模式、承载力、滞回性能及延性等。并以此为基础,建立有限元拓展模型。试验和有限元结果表明：各节点滞回曲线均为饱满的梭形;节点处梁翼缘、腹板变形明显,节点域出现塑性铰;端板厚度由18mm增加到24mm,节点承载力提升7.1%;柱翼缘宽厚比由8减小到6,节点承载力提升17.3%;增设背垫板后,节点承载力提升14.2%;加载过程中节点刚度退化稳定,屈服后承载力退化系数约为0.9;节点位移延性系数介于3.72~5.34之间,等效黏滞阻尼系数介于0.537~0.619之间;节点破坏时,层间位移角介于1/26~1/24之间,变形性能满足抗倒塌设计要求。基于节点受力分析,建立节点域抗剪计算模型,提出PEC柱-型钢梁框架中节点受剪承载力计算公式,计算结果与试验值及有限元模拟结果较为吻合。     

PEC柱弱轴-H型钢梁节点抗震性能研究

通过对四个设置不同构造的节点试件进行低周反复试验,观察PEC柱弱轴-H型钢梁节点域设置竖向加劲肋后抗震性能的改变和节点域不设加劲肋单纯增加盖板厚度或端板厚度的抗震效果。结果表明,PEC柱弱轴-H型钢梁节点域设置竖向加劲肋后,其破坏形式和节点域关键部位应变分析结果理想,节点的承载力、延性、刚度和耗能能力明显提高,更好地满足了"强节点"的抗震设计要求。在不设加劲肋的情况下,单纯增加盖板厚度节点的破坏形式和节点域关键部位应变分析结果理想,节点的承载力提高,但延性和耗能能力会降低;单纯增加端板厚度节点的破坏形式没有发生改变,节点域关键部位应变分析不理想,节点承载力没有明显改变,延性和耗能能力会降低。     

焊接H型钢PEC柱-钢梁顶底角钢连接节点滞回性能研究

为了研究焊接H型钢PEC柱-钢梁顶底角钢连接节点的滞回性能,以顶底角钢连接节点为研究对象,共设计了6个试件。试件参数有高强螺栓直径、顶底角钢厚度和PEC柱翼缘厚度。通过低周反复水平荷载试验,得到了6个试件的荷载-位移曲线、位移延性系数等试验结果。试验结果表明,各参数中角钢厚度对节点的滞回性能影响较大,增大角钢厚度能明显提高节点的承载力,最大增幅为35.9%,但平均位移延性系数减小了46.1%;增大螺栓直径对节点承载力提高幅度较小,最大增幅为6.6%;柱翼缘厚度对节点的承载力几乎没有影响,但减小柱翼缘厚度使节点延性提高了68.1%。焊接H型钢PEC柱-钢梁顶底角钢连接节点具有良好的滞回性能。     

预制混凝土柱-钢梁对拉钢筋连接节点抗震性能试验研究

为充分发挥装配式结构的施工优越性以及改善钢筋混凝土柱-钢梁节点(RCS)的抗震性能,提出一种预制混凝土柱-钢梁对拉钢筋连接节点。通过对6个节点试件的低周往复加载试验,研究了对拉钢筋直径、对拉钢筋与钢梁翼缘相对位置以及钢梁翼缘形式对节点抗震性能的影响。结果表明：节点试件破坏模式为梁端弯曲破坏和节点区连接破坏,主要表现为柱钢梁翼缘屈曲、钢梁翼缘撕裂、对拉钢筋断裂、钢套筒撕裂、对拉钢筋脱孔和钢套筒与混凝土柱脱空;梁端荷载-位移的滞回曲线形状较为饱满,刚度退化曲线较为平缓,位移延性系数在3.30～5.52之间,等效黏滞阻尼系数在0.15～0.30之间,节点具有较好的塑性变形能力和抗震性能;随着对拉钢筋和塞焊孔的直径增大,节点试件的承载力和耗能能力有所提高;对拉钢筋布置在钢梁翼缘内侧,节点试件的承载力、延性和耗能均有所降低,非加强翼缘节点试件的承载力显著降低,但延性有所提高。在试验基础上,建立了该种节点的有限元分析模型,对轴压比、钢套筒厚度等相关影响因素进行了研究。结果表明：随着轴压比的增大(由0.2增大到0.7),节点承载力有小幅增加8.8%;节点承载力随着核心区钢套筒厚度的增大(由10 mm...     

钢-混凝土组合节点平齐式端板连接抗震性能试验研究

为研究混凝土板内纵向钢筋配筋率和柱翼缘填充混凝土对平齐式端板连接钢-混凝土组合节点抗震性能的影响,对1个平齐式端板连接钢-混凝土组合梁与组合柱节点和3个平齐式端板连接钢-混凝土组合梁与钢柱节点进行了低周反复加载试验,研究了节点试件变形特征与破坏模式、弯矩-转角滞回曲线及骨架曲线等,探讨了试件承载力、承载力退化、延性及耗能能力等的影响,利用组件法对负弯矩作用下的梁端初始转动刚度进行了分析计算,并建立了考虑刚度退化的恢复力模型。研究结果表明:提高混凝土板纵向配筋率可有效提高在负弯矩作用下的梁端极限弯矩和初始转动刚度,但对正弯矩作用下的梁端极限弯矩与开裂弯矩影响不大;采用柱翼缘填充混凝土可有效提高梁端初始转动刚度和延性;提出了梁端初始转动刚度计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

PEC柱型钢梁端板连接空间框架抗震性能研究

为研究空间框架抗震性能,设计制作了1个PEC柱–型钢梁端板连接空间框架缩尺试件,在低周往复荷载下进行试验。分析试验数据可知,其极限承载力为453.2 k N,延性系数平均值3.2,层间位移角小于规范限值,能量耗散系数在2.11~2.90之间,说明PEC柱型钢梁端板连接空间框架具有优良的抗震性能。     

复式钢管混凝土装配式连接节点抗震性能试验研究

为研究复式钢管混凝土装配式连接节点的抗震性能,设计了5个复式钢管混凝土单边螺栓节点试件及1个穿心螺栓对比节点试件,进行了柱端固定轴压下水平往复加载试验,分析了T型件加肋、T型件翼缘厚度、梁柱线刚度比等对节点破坏形态、荷载-位移曲线、承载力、延性、耗能、刚度退化等抗震性能的影响。结果表明:复式钢管混凝土单边螺栓T型件连接节点滞回曲线饱满,变形耗能能力较强; 相比T型件未加肋试件,加单肋的节点极限承载力提高39%,加双肋节点极限承载力提高44%; T型件翼缘厚度20 mm的节点比14 mm的极限承载力提高13%,且极限位移也相应提高; 当梁柱线刚度比增大时,节点试件极限承载力和耗能能力均明显提高; 单边螺栓可发挥复式钢管混凝土柱内层钢管单边锁紧优势,内钢管应变值较大但节点域无明显变形,节点传力可靠且结构整体性较好; 对比穿心螺栓节点,单边螺栓节点初始刚度略小,极限承载力略有提高,二者等效黏滞阻尼系数基本相当,而节点变形能力及延性显著提高,说明单边螺栓装配式连接能较好地保证节点的稳定性和抗震性。     

多层钢框架半刚性端板连接的循环荷载试验研究

为研究多层钢框架半刚性梁柱端板连接的抗震性能,对8个不同构造端板连接足尺试件进行了循环荷载试验研究, 分析了端板厚度、螺栓直径、端板外伸加劲肋、柱腹板加劲肋、平齐式和外伸式等因素对节点承载力、转动刚度、极限转动 能力、耗能能力、延性和极限破坏状态的影响。试验结果表明,半刚性梁柱端板连接具有良好的延性和耗能能力,可以应用 于多层抗震钢框架中。根据试验结果及相关分析,提出了多层抗震钢框架中端板连接的标准构造为:两端外伸,设置柱腹 板加劲肋和三角形端板加劲肋,柱翼缘在端板外伸边缘上下各100mm范围内局部加厚,厚度与端板厚度相同。对提高端 板连接节点的抗震性能提出了宜采用大直径螺栓、中等厚度端板的设计建议。本文还在"强节点,弱构件"抗震设计一般原 则的基础上提出了"强连接,弱板件"的端板连接抗震设计概念。     

钢梁-圆钢管混凝土柱穿心连接抗震性能试验研究

为研究钢梁-圆钢管混凝土柱穿心连接的抗震性能,进行了3个大尺寸钢梁根部翼缘不处理的标准型、翼缘削弱型及翼缘扩大型节点试件的拟静力试验。试验结果表明:试件的破坏形态为钢梁根部坡口焊缝与钢管之间开裂,钢梁端部翼缘局部屈曲;钢梁悬臂端的极限位移角达0.04左右;钢梁固端弯矩-悬臂端转角滞回曲线饱满;翼缘削弱型试件的极限承载力为标准型试件的78%。建议在抗震设计的建筑工程中,钢梁-圆钢管混凝土柱可采用梁端部翼缘不处理的标准型穿心连接。     

钢框架翼缘加强互形装配式节点力学性能研究

钢框架翼缘加强互形装配式节点在悬臂梁下翼缘与框架梁上翼缘交互布置拼接板,一侧用焊缝连接,另一侧用高强螺栓连接,另外梁柱连接根部用角钢加强.节点的焊接在工厂完成,现场用高强螺栓拼接.为研究翼缘拼接板宽度和厚度对节点滞回性能、骨架曲线、耗能性能、延性性能、应变分布规律等的影响,设计了 3个试件进行低周往复循环荷载试验.此外,还用ABAQUS软件建立7个模型,进行了有限元分析.结果表明:各试件的滞回曲线饱满,节点具有较好的耗能能力;梁柱根部用角钢加强可使翼缘拼接板与框架梁之间得到充分滑移,试件的延性系数均达到5.0以上;随着翼缘拼接板厚度的增加,试件的极限承载力提高,极限位移增大,刚度退化速率减缓,耗能能力明显增强;翼缘拼接板宽度的增大,对承载力、刚度和滞回性能影响不明显.节点设计时,建议翼缘拼接板的厚度比翼缘厚度多2～4 mm,宽度比翼缘宽30～50 mm.     

考虑楼板组合作用的复式钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为研究楼板的组合作用对复式钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能的影响,进行了4个考虑楼板组合作用的节点和1个不考虑楼板组合作用的钢梁节点的低周往复荷载试验,分析了不同构造和混凝土楼板对节点破坏形态、滞回曲线、承载能力、刚度退化、延性和耗能能力等的影响。结果表明:该类节点构造合理,满足"强节点弱构件"的抗震设计原则;不考虑楼板组合作用的节点试件的破坏形态为梁端破坏,考虑楼板组合作用的节点试件的破坏形态为梁端破坏和柱端破坏;楼板与钢梁的组合作用使节点承载力提高显著,但延性提高不明显,破坏时钢梁下翼缘的变形和焊缝撕裂程度增大;锚固腹板设置加劲肋有效延缓了钢梁下翼缘破坏,提高了组合节点的耗能能力;该组合节点试件滞回曲线较饱满,刚度退化明显,承载力退化不明显,等效黏滞阻尼系数介于0.282~0.311之间,转角延性系数和层间位移角均满足规范要求,具有较好的抗震性能。     

端板与顶底角钢连接节点PEC柱-钢梁框架抗震性能比较

为了对比采用端板与顶底角钢连接节点的部分包裹混凝土组合柱(partially encased composite column,即PEC柱)-钢梁框架的抗震性能,设计了四榀不同构造形式梁柱节点的平面框架,分别进行了低周往复加载,对各试件的破坏模式、滞回曲线、承载力、刚度、耗能及延性等抗震性能进行了对比。结果表明:平面框架下,部分包裹混凝土组合柱-钢梁端板及顶底角钢节点均为半刚性节点;4个框架均体现出良好的滞回性能,承载力退化稳定;端板厚度对框架及节点刚度影响明显;角钢厚度对框架承载力及耗能能力影响显著;端板节点框架的抗震性能优于顶底角钢节点。     

焊接H形钢部分包裹高强混凝土柱抗震性能试验研究

以混凝土工作系数为参数,研究部分包裹高强混凝土柱(PEC柱)的抗震性能,对6根焊接H形钢部分包裹高强混凝土柱进行低周反复荷载试验。结果表明:不同设计参数下PEC柱的柱顶荷载-位移滞回曲线均为饱满的梭形,在柱翼缘厚度不变的情况下,混凝土工作系数从0.36提升至0.39时,PEC柱的极限荷载提升了7.5%,最大水平位移变化不大;混凝土工作系数从0.39提升至0.44时,PEC柱的极限荷载提升了2.1%,极限位移减小了16.98%,这是由于高强混凝土的脆性导致的。混凝土强度不变,混凝土工作系数从0.40减至0.36,PEC柱位移延性系数增加36.97%,改变翼缘厚度,降低混凝土工作系数对PEC柱的延性提升较为明显。位移角为1/35时,PEC柱承载力退化系数在0.95～0.99之间,位移延性系数在3.61～4.25之间,仍能保持良好的承载性能,且耗能系数均在2.0以上。此种PEC柱有良好的耗能能力和抗震性能,适用于抗震设防区的建筑结构中。     

十字形钢管混凝土柱-H形钢梁框架节点抗震性能研究

为了研究十字形钢管混凝土柱-H形钢梁框架中节点的抗震性能和破坏机理,进行了6个缩尺比为1∶2的节点拟静力试验。观察节点的损伤过程及破坏模式,分析柱端荷载-位移滞回曲线、节点核心区剪力-剪切变形曲线、层间位移角组成、耗能能力及应力分布。采用ABAQUS软件建立钢管混凝土异形柱-H形钢梁框架节点的有限元分析模型,分析结果与试验结果吻合良好,并对节点核心区受剪承载力和节点刚度进行参数分析。研究结果表明：节点的滞回曲线饱满,延性系数介于2.63～4.45之间,等效黏滞阻尼系数介于0.202～0.241之间,节点域的变形和耗能能力较强;建立的有限元分析模型可用于模拟节点的抗震性能,有限元参数分析结果表明增加节点区钢管厚度可以明显提高核心区受剪承载力,增加竖向肋板尺寸可以有效提高节点刚度。为保证竖向肋板节点达到刚性节点要求,建议柱钢板宽厚比不大于30;竖向肋板翼缘外高度、翼缘内高度以及竖向肋板与梁翼缘连接长度分别不应小于梁翼缘宽度的30%、15%和150%;竖向肋板厚度不应小于梁翼缘厚度。     

带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的钢框筒结构抗震性能试验研究

为研究带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的钢框筒结构(SFTS-RSLs)抗震性能和震后可更换能力,以耗能梁段长度和楼板组合效应为研究变量,设计3个2/3缩尺的单层单跨SFTS-RSLs子结构平面试件。框筒柱和裙梁采用Q460高强钢,耗能梁段采用低屈服点钢LYP225。通过水平低周往复加载试验对结构的破坏模式、刚度、承载力、耗能能力、延性、可更换能力以及耗能梁段塑性转角与超强系数进行研究。试验结果表明:试件滞回曲线饱满,延性高,具有稳定、良好的耗能能力和塑性变形能力;耗能梁段的破坏模式主要为翼缘严重屈曲且翼缘-端板焊缝撕裂或腹板撕裂;耗能梁段超强系数均值约为1.95,极限塑性转角超过0.18rad,远大于AISC 341-16规定的塑性转角限值0.08rad;楼板组合效应对结构承载力、耗能能力、延性、可更换能力、耗能梁段塑性转角和超强系数影响不大,对结构的弹性刚度影响显著;减小耗能梁段长度能够提高结构承载力、抗侧刚度、耗能梁段塑性转角和超强系数,但会降低结构的耗能能力和延性;加载过程中,结构的塑性变形与损伤集中在耗能梁段,框筒柱和裙梁处于弹性状态,有利于结构震后修复与正常使用功能的快速恢复。