隔板贯通式钢管混凝土节点有限元分析

基于ANSYS软件建立了隔板贯通式钢管混凝土梁柱节点有限元模型,研究了剪切破坏模式下节点核心区的传力机制,以及节点核心区组件几何尺寸和楼板作用对节点抗剪承载力的影响。结果表明,在剪切破坏模式下,节点剪力主要由核心区钢管腹板和混凝土承担,隔板和钢管翼缘的作用主要是传递梁端弯矩,核心区混凝土则以斜压杆机制抗剪;隔板厚度和核心区钢管壁厚对节点抗剪承载力有较大影响,而钢梁翼缘厚度和宽度的影响相对较小;楼板能提高节点抗剪承载力,并能影响节点核心区的破坏模式。继而利用优化设计为节点试件的方案设计提供一定参考。     

方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点抗剪性能试验研究

为研究隔板与核心区钢管翼缘组成的钢框架对方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点抗剪承载力的影响,设计3个足尺十字形方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点并对其进行低周反复荷载试验,变化参数为节点核心区钢管翼缘厚度。试验结果表明,钢框架体系对节点抗剪承载力的影响有限。     

外隔板连接钢管混凝土柱-H型钢梁节点抗剪性能研究

通过对4个十字形外隔板连接钢管混凝土柱-H型钢梁节点试件进行低周反复荷载试验研究了该类型节点的抗剪性能,节点试件的核心区钢管厚度进行了一定程度的削弱。试验中研究的参数包括核心区钢管厚度、外隔板宽度和轴压比大小。4个试件的变形发生于核心区钢管翼缘和外隔板的弯曲、核心混凝土的压碎、钢管腹板的剪切变形甚至屈曲开裂,钢管腹板屈曲开裂是主要的剪切破坏形式。试验和有限元参数化分析均表明抗剪承载力与节点核心区钢管厚度正相关,外隔板宽度和轴压比对抗剪承载力的影响不大。对现有的3种针对于钢管混凝土柱-H型钢梁连接节点的抗剪承载力计算方法进行了对比评价,并结合混凝土核心区的剖切试验观测结果,提出了外隔板连接节点的抗剪承载力计算公式。新计算方法考虑了钢管翼缘和外隔板对抗剪承载力的贡献,其结果与试验值吻合良好,该方法的适用性得以验证,可用于外隔板连接节点的设计应用。     

方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点抗剪承载力研究

根据试验和理论研究成果,对方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点核心区的受力机理进行了分析,建立了节点核心区的受力模型和屈服机制,推导了节点核心区的抗剪承载力计算公式。公式不仅考虑了螺栓和柱轴力对节点核心区实际受力状态的影响,而且考虑了钢管对混凝土的约束作用。用推导的公式计算了3个方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点试验模型节点区的抗剪承载力,计算结果与试验结果吻合较好。     

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。     

方钢管柱隔板贯通节点抗剪强度研究

结合低周反复荷载试验和有限元模拟,考察了T字形和十字形方钢管柱隔板贯通节点的抗剪强度。通过对节点破坏形式、滞回曲线和骨架曲线等结果的分析,发现T字形隔板贯通节点发生了节点核心区剪切破坏,十字形隔板贯通节点发生了梁端塑性铰破坏。依据《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)对隔板贯通节点核心区的抗剪强度进行验算的结果表明,对于十字形隔板贯通节点的抗剪强度,规范公式计算结果可行;而对于T字形隔板贯通节点的抗剪强度,规范公式计算结果偏于不安全。     

方钢管混凝土柱节点抗剪受力性能的研究

为研究方钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁连接节点的破坏特征和抗震性能,进行了3个内隔板式节点、2个外隔板式节点和1个栓钉内锚固式节点的低周反复荷载试验。在此基础上,对方钢管混凝土柱节点的抗剪受力性能进行了分析,将节点域抗剪贡献分为三部分进行研究,包括:节点域钢管腹板的抗剪贡献、节点域钢管翼缘与内隔板或外隔板组成的钢板框架的抗剪贡献以及节点域混凝土的抗剪贡献,由此得到了相应各部分剪力-剪切变形曲线的计算方法。根据剪切变形协调的条件将上述三部分曲线进行叠加,就可以得到节点的剪力-剪切变形骨架线。此后,提出了卸载线和再加载线的简化确定方法,从而得到了方钢管混凝土柱节点剪力-剪切变形曲线的恢复力模型。理论模型与多组试验结果相比,基本吻合,虽然在再加载刚度和耗能性能方面存在一定的误差,但是整体而言仍然具有参考意义。在此基础上,提出了方钢管混凝土柱节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的计算公式,从而为工程设计提供了实际依据。     

矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点受剪承载力研究

在矩形钢管混凝土异形柱-钢梁节点试验研究的基础上,对节点的破坏特征及影响因素进行分析,结果表明矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的破坏模式主要是节点域发生剪切斜压破坏,其受力机理为钢桁架、混凝土主斜压杆和约束斜压杆的综合作用。在此基础上,将节点域抗剪贡献分为三部分进行研究,包括节点域钢管腹板的抗剪贡献、节点域混凝土主斜压杆的抗剪贡献和约束斜压杆的抗剪贡献。根据试验结果和力学分析,推导了节点区柱腹板剪力计算式;由虚功原理得出节点区混凝土约束斜压杆的承载力计算式;通过对试验数据的回归分析,得到核心区混凝土主斜压杆的承载力计算式;最后提出了矩形钢管混凝土异形柱 钢梁框架节点屈服剪力和极限剪力的计算式,该计算式不仅考虑了柱轴力对节点区实际受力状态的影响,而且考虑了钢管对混凝土的约束作用。对比结果表明,采用计算式得到的结果与试验结果吻合较好。     

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%。     

带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点设计研究

本文根据试验和理论研究结果,对用于高层建筑的带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁刚性节点的受力和变形特征进行了分析研究。结合《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159∶2004)的设计规定,首先对方钢管混凝土柱-钢梁节点的梁-柱连接,给出了不同抗震设防要求时的受弯、受剪计算公式及建议;其次通过对节点核心区受力机理的分析,建立了钢“框架-剪力墙”加混凝土“斜压短柱”的受力模型及其屈服机制,根据塑性极限分析,给出了节点核心区受剪承载力计算的叠加公式,并与“规程”公式和非线性有限元近似模拟分析结果进行了比较。本文提出的节点核心区受剪承载力计算公式,能够反映出轴压比的影响,其计算结果安全合理,可供实际工程设计参考。     

方钢管混凝土柱-外包U形钢混凝土组合梁节点抗震性能试验研究

为了研究外包U形钢混凝土组合梁和方钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,进行了5个外包U形钢-混凝土组合梁与方钢管混凝土柱连接节点的拟静力试验,包括2个外环板节点和3个内隔板节点。通过研究节点试件破坏模式、滞回曲线、骨架曲线和核心区剪切变形等,进一步分析节点试件的承载能力、延性和耗能能力等抗震性能。研究表明：节点试件加载过程中经历了由弹性、弹塑性到塑性的发展过程;核心区混凝土密实节点试件的滞回曲线更为饱满,延性较好,耗能能力强;外环板节点试件延性要优于内隔板节点试件,耗能能力更强;核心区混凝土不密实的内隔板节点试件具有良好的延性,但承载力显著降低,施工中应严格控制核心区混凝土的浇筑质量,或者在节点核心区采用厚度较大的钢板来提高其延性和承载力。     

基于神经网络的方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸承载力分析

方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸承载力,存在现有计算方法与已有试验结果误差较大的问题。而采用BP神经网络方法,建立隔板贯通节点静力拉伸承载力的预测模型,预测值与试验结果吻合较好,验证了神经网络方法预测节点静力拉伸承载力的精度与可行性。采用该神经网络模型对节点静力拉伸承载力进行参数化分析,具体参数包括:钢管柱宽厚比、隔板强度、钢管强度、隔板厚度、隔板浇筑孔径和混凝土强度。参数化分析表明,宽厚比、隔板强度、钢管强度、隔板厚度和浇筑孔径对静力拉伸承载力影响较大;混凝土强度对承载力影响较小,可以忽略。     

圆钢管混凝土柱框架节点抗剪承载力计算方法

圆钢管混凝土(CFCT)柱承载力高、延性好,可与不同类型的混凝土梁、钢梁或钢-混凝土组合梁可靠连接,形成满足不同功能需求的CFCT柱框架结构。CFCT柱框架节点抗剪承载力主要由节点核心区混凝土、钢管和加劲构造等抗剪元件承担,并受柱轴压力影响。总结提出了CFCT柱框架节点的抗剪机理以及各抗剪元件的抗剪贡献计算方法。基于课题组前期完成的CFCT柱框架节点抗剪试验结果,确定了柱轴压力对节点承载力的定量影响,并提出了CFCT柱框架节点抗剪承载力计算方法。该方法计算结果与国内外相关试验结果吻合良好。     

RC梁-CCFST柱加强环式节点抗剪承载力计算分析

对钢筋混凝土(RC)梁-圆形钢管混凝土(CCFST)柱节点核心区的抗剪机理进行了分析;基于商用软件ABAQUS,建立了综合考虑材料非线性、几何非线性以及接触非线性的有限元模型,在此基础上,对影响节点抗剪承载力的主要因素进行了参数分析,研究了轴压比、材料强度、核心区钢管壁厚、加劲肋及加强环等对节点抗剪承载力的影响;提出了...     

装配式混凝土框架钢管约束耗能节点抗剪性能分析

提出了一种装配式混凝土框架钢管约束耗能节点,建立了该节点的有限元模型,从承载力、变形、耗能、破坏形态等方面分析该节点的力学性能,并与普通现浇混凝土节点进行了对比。研究了轴压比、核心区混凝土强度及钢管厚度等参数对该节点受力性能的影响。结果表明,随着轴压比的增大,节点抗剪承载力先增大后减小,节点抗剪承载力随着核心区混凝土强度、钢管厚度的增加而增大,其中钢管厚度的影响最为显著。最后提出了装配式耗能节点的抗剪承载力实用计算公式,简化计算结果与有限元分析结果吻合较好且总体稍偏安全,可供工程实践参考。     

钢管混凝土柱-预应力梁节点抗剪性能研究

为研究钢管混凝土柱-预应力混凝土梁节点的抗剪受力性能,进行了单调对称的静力试验。对节点的荷载-位移曲线以及荷载-钢筋应变关系进行了分析,结果表明:该类节点的整体抗裂性能好、刚度大、挠度小,有充足的抗剪承载力。当在大荷载作用下,预应力梁发生剪切破坏时,节点核心区并未发生破坏。有限元分析结果与试验结果吻合较好。     

方钢管-H型钢梁隔板贯通节点核心区抗震性能研究

对3个十字形隔板贯通节点进行柱顶恒定轴力和梁端横向往复荷载作用下的试验.3个足尺试件设计变化的参数为隔板厚度和核心区柱壁厚度.基于试验结果,采用有限元软件ABAQUS对试件进行非线性分析和计算,得到梁端荷载-位移滞回曲线并与试验进行对比,且利用有限元软件对试验过程应力分布进行分析.试验结果及有限元分析表明:对于隔板贯通节点,其隔板的厚度以及核心区柱壁的厚度对核心区的承载力有重要影响;梁端塑性铰破坏模式与核心区凹曲剪切破坏模式下,试件的滞回曲线均饱满而稳定,且耗能能力均能满足要求;核心区在受剪破坏模式下,其承载力和性能基本上只与核心区柱腹板和隔板厚度有关,而与核心区柱翼缘厚度无关.     

方钢管混凝土柱内隔板贯通式节点核心区抗震性能的试验研究

方钢管混凝土柱在建筑结构中已经得到越来越广泛的应用。为研究方钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁(钢梁)连接的内隔板贯通式节点的抗震性能,对10个节点试件进行低周反复荷载试验。在此基础上,对其核心区受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、强度退化和耗能能力等抗震性能进行较为深入的研究与分析。研究结果表明:节点试件的滞回曲线呈明显的梭形,且非常丰满,耗能能力强;内隔板贯通式节点具有较好的延性和承载力,即使在发生节点破坏的时候,也为延性破坏;节点在整个加载过程中刚度退化明显,强度退化很小,可以在抗震设防地区推广使用。     

方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸试验及有限元分析

对于方钢管混凝土柱隔板贯通节点,通过静力拉伸试验和非线性有限元模拟,考察隔板贯通节点的承力机制和破坏形式。结合荷载-位移曲线、试件承载力等数据结果对比,验证有限元模拟与静力拉伸试验结果的一致性。对于静力拉伸荷载作用下的隔板贯通节点,其破坏形式表现为钢梁破坏、焊缝破坏或节点域破坏;钢梁传来的拉伸荷载在节点域内主要依靠方钢管柱壁和隔板传递;方钢管柱壁的塑性区主要集中在柱壁与贯通隔板相交线处附近;贯通隔板的塑性区,主要集中在隔板浇筑孔中心与透气孔中心的连线、透气孔中心与方钢管柱壁角部的连线附近。     

钢管混凝土核心柱预应力梁框架节点试验研究

通过5个框架节点的试验,研究节点的破坏形态、延性、滞回特性及抗剪切性能。试验结果表明,所提出的钢管混凝土核心柱预应力梁框架节点设计方法是可靠的,该节点形式具有很好的延性和能量耗散能力,由于柱为钢管混凝土核心柱,大大提高了节点核心区的抗剪承载力。