穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点抗连续性倒塌性能分析与评估

火灾、爆炸、撞击等突发事件可能造成建筑物发生连续性倒塌,二十世纪以来,随着国际上恐怖活动逐年增多,各国专家学者开始重视建筑防倒塌规范的制定和结构抗连续性倒塌性能的研究。目前,钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点已被广泛应用于工程实例中,但其因在钢管外壁焊接外加强环板占用大量建筑空间,影响建筑物使用功能,而钢管混凝土柱-钢梁穿心式节点即钢梁整体或部分穿过钢管及钢管内填充的混凝土,大大节省建筑使用空间。为研究穿心型钢管混凝土柱-钢梁节点在连续性倒塌工况下的机制,利用ABAQUS有限元软件建立5个穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点及1个全焊接节点模型,考察节点在连续倒塌工况下的抗力机制、变形模式及内力变化,并评估其节点的抗连续倒塌能力。结果表明：穿心型钢管混凝土柱-钢梁节点的连续倒塌破坏模式可分为钢梁倒塌破坏模式和柱壁倒塌破坏模式两种类型,柱壁倒塌破坏虽有更好的延性及承载力,但钢管壁鼓曲具有不稳定性。节点的竖向承载力主要由抗弯机制及悬链线机制提供,其中抗弯机制提供前期抗力,悬链线机制决定后期极限承载力。新型穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点具有良好的抗连续倒塌能力,其节点抗连续倒塌性能评估指标η高于其余钢梁倒塌破坏节点。     

劲性梁-钢管砼柱不穿心节点轴压承载力的试验

节点是钢管混凝土柱结构的重要部位,相关的试验研究和理论研究严重滞后.本文对最不利形式的节点-钢梁不穿心(钢梁直接焊接在钢管壁上)节点轴压性能进行了试验研究,讨论试验的基本概况、破坏现象以及轴压承载力等问题.试验结果表明,我国规程中规定公式的计算值与本次试验所得的劲性梁-钢管混凝土柱不穿心节点的节点区轴压承载力试验值基本吻合.结论可为不穿心节点轴压承载力的计算、不穿心节点的设计提供参考依据. 更多还原     

钢框架子结构抗连续性倒塌性能数值模拟分析

对栓焊节点的钢框架子结构连续性倒塌过程进行数值模拟分析,考察子结构在抗连续性倒塌工况下的破坏模式和受力机制,验证了该分析模型和分析方法的有效性。基于试验与数值模拟结果中存在的翼缘屈曲和应力集中问题,对文献试件SI-WB-2进行改进,针对改进试件SW与原试件SI-WB-2,在破坏模式、应力、承载力、内力发展过程和抗力机制等方面进行对比分析。结果表明:增大连接区域的钢梁翼缘宽度和施加腹板加劲肋,可使节点域的塑性铰外移,降低翼缘局部屈曲程度,同时节点域刚度增大,抗倒塌能力增强,承载能力提高了8.3%;钢梁下翼缘断裂范围减小,利于悬链线作用的发挥。     

一种栓筋连接的装配式RC框架结构抗倒塌分析

为研究一种外包钢管栓筋连接的装配式钢筋混凝土框架结构的抗倒塌性能,完成了3根足尺装配式整体式长柱试验。首先使用有限元软件SAP2000中的多段线性塑性连结单元提出了一种简化的装配式柱模型,模拟出了该柱-柱节点,并与试验结果比较。然后采用抽柱法对一栋6层外包钢管栓筋连接的装配式框架结构和现浇框架结构进行连续倒塌分析,分别抽除首层角柱、首层长边中柱、首层短边中柱、首层内柱四种工况,得到了抽柱后的关键构件内力、位移时程曲线;最后通过Pushdown曲线分析装配与现浇结构的倒塌机制。研究结果表明:多段线性塑性连接单元较好地模拟了装配式柱-柱节点,模拟值与试验值比较吻合;在设计荷载作用下,四种工况中内柱的破坏对装配结构影响最大,其位移比现浇结构大了72.2%;在抗力曲线中发现,角柱破坏时是装配结构梁机制的承载力最低的情况,比现浇结构小了25.4%,内柱破坏时是装配结构悬链线机制的承载力最低的情况,比现浇结构小了33.1%。最终得出需要加强装配结构的内柱和边柱及其相邻梁构件的截面尺寸和配筋,以及外包钢管的厚度来提高其刚度,本文可为此类装配式结构的后续工程应用提供一种抗倒塌设计参考。     

蜂窝圆孔型组合梁柱子结构抗倒塌性能研究

为研究蜂窝梁对组合梁柱子结构抗倒塌性能的影响,分别制作了1/3缩尺的实腹式组合梁柱子结构（WUF）和蜂窝圆孔型组合梁柱子结构（WUFC）试件,并对两试件进行中柱失效工况下的静力加载倒塌试验。试验结果表明：试件WUFC破坏模式为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先发生断裂,随后,左右边柱节点处梁翼缘也发生断裂;而试件WUF的破坏模式仅表现为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先出现断裂,进而裂缝沿螺栓孔竖向发展并最终贯通被剪坏。两试件的变形形态与内力发展趋势相似,但试件WUFC具有更好的变形能力,二者抗力机制可划分为压拱效应阶段、梁机制阶段与悬链线机制阶段,在压拱效应阶段,由于开孔削弱了组合梁的抗弯刚度,试件WUFC的初始刚度较试件WUF下降了8.5%;在悬链线机制阶段,WUFC的悬链线机制得到了充分发展,WUFC的最大承载力和失效位移较WUF分别增大了42.7%和31.9%;梁腹板适当开孔有利于组合梁梁端节点转动与轴力的发展。通过ABAQUS对两个试件进行精细化建模,并与试验结果对比验证了有限元建模方法的正确性。通过对足尺模型的数值模拟研究了径高比、孔间距、孔边距等关键参数对试件WUFC抗倒塌性能的影响,数...     

竖向穿心板式钢管混凝土柱-钢梁栓接节点承载性能分析

为了解决传统钢管混凝土柱-钢梁节点内隔板焊接困难、外环板用钢量大以及柱子截面大造成室内出现凸角的问题,提出一种适用于装配式钢结构住宅的竖向穿心板式钢管混凝土柱-钢梁栓接节点,并在该节点单调加载试验基础上,对其承载性能及受力过程进行有限元模拟分析.结果表明:按实际摩擦因数输入的有限元模型分析结果与试验吻合较好,可通过有限元分析研究试验加载的详细过程;该节点按刚度分类属于半刚性连接,节点受力过程分为弹性阶段、滑移阶段、强化阶段、破坏阶段;节点均具有较高的承载力,其连接的延性系数均大于6,塑性转角均大于0.035,满足相关规范的要求.     

蜂窝型组合梁柱子结构抗倒塌性能研究

为研究蜂窝梁对组合梁柱子结构抗倒塌性能的影响,分别制作了1/3缩尺的实腹式组合梁柱子结构（WUF）和蜂窝型组合梁柱子结构（WUFC）试件,并对两试件进行中柱失效工况下的静力加载倒塌试验。试验结果表明：WUFC破坏模式为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先发生断裂,随后左右边柱节点处梁翼缘也发生断裂,而WUF的破坏模式仅表现为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先出现断裂,进而裂缝沿螺栓孔竖向发展并最终贯通被剪坏;两试件的变形形态与内力发展趋势相似,但WUFC具有更好的变形能力;二者抗力机制可划分为压拱效应阶段、梁机制阶段与悬链线机制阶段;在压拱效应阶段,由于开孔削弱了组合梁的抗弯刚度,WUFC的初始刚度较WUF下降了8.5%;在悬链线机制阶段,WUFC的悬链线机制得到了充分发展,WUFC的最大承载力和失效位移较WUF分别增大了42.7%和31.9%;梁腹板适当开孔有利于组合梁梁端节点转动与轴力的发展。通过ABAQUS对两个试件进行精细化建模,并与试验结果对比验证了有限元建模方法的正确性。通过对足尺模型的数值模拟研究了径高比、孔间距、孔边距等关键参数对WUFC抗倒塌性能的影响,数值分析结果表明：为保证WUFC具有良好的抗倒塌性能,径高比宜取50%~70%,孔间距宜取1.0~1.4倍的梁高,孔边距宜等于梁高。     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱-钢梁节点的静力性能

目的通过研究找出两类内置CFRP圆管方钢管高强混凝土柱-钢梁节点在单调荷载作用下的传力机制和破坏模态．方法设计了一栋采用内置CFRP圆管的方钢管混凝土柱的5层框架结构,利用有限元软件ABAQUS建立了三维有限元模型,对两类节点进行了单调荷载作用下的模拟分析．结果外加强环式节点的梁端弯矩主要通过柱角附近的水平环板和柱两侧外伸环板传递给柱壁和核心混凝土,水平环板有效宽度大约为0．5倍的柱宽度．外肋环板式节点的极限位移均大于外加强环式节点,尤其是外肋宽度大于40mm时更为明显．外肋环板式节点的极限承载力也高于外加强环式节点．结论设计节点的破坏主要原因是环板和钢梁翼缘交接位置出现局部屈曲,节点的极限承载力取决于梁的抗弯承载力,变截面位置作为整个节点危险部位,在设计中应进行计算和校核．     

梁–H型柱弱轴刚性拼接的子结构抗倒塌性能试验研究

梁柱连接节点是框架结构的重要组成部分,明确节点的受力性能是准确进行结构抗连续倒塌分析的前提。本文基于替代荷载路径法并考虑楼板的组合效应,以两跨三柱型组合梁–柱子结构为研究对象,设计制作了H型柱弱轴方向刚性拼接的栓焊连接子结构试件（RWUF）和全螺栓连接子结构试件（RWUT）。对两种子结构试件进行单调静力加载试验并分析其破坏模式、变形性能和抗力机理。结果表明：两种试件的加载过程均经历了弹性阶段、压拱阶段、混合机制阶段（梁机制与悬链线机制的混合阶段）,且子结构试件首次断裂均发生在混合机制阶段,悬链线效应的发挥为断后荷载的提升起到有利作用;试件的断裂均发生在梁段拼接处,RWUF在正弯矩区受拉侧焊缝断裂后破坏持续向腹板扩展,直至丧失承载力,RWUT的破坏仅为正弯矩区受拉侧盖板的断裂;螺栓发生有限滑移后,螺栓孔壁持续受到挤压,并发生轴向变形有利于塑性铰的转动,也为轴力的传递提供了路径,结构受荷后期悬链线效应显著,整体抗力得到提升。基于能量平衡原理对子结构进行动力评估可知,节点的非线性转动能力直接影响结构的抗倒塌能力,弱轴采用全螺栓连接的结构具备更高的动力倒塌抗力。     

钢管混凝土柱-钢梁外环板节点抗弯承载力计算方法

基于ABAQUS软件建立了钢管混凝土柱-钢梁环板节点的三维有限元数值模型,通过已有试验结果与数值计算结果的对比校验了有限元模型的适用性。基于数值分析结果,分析了此类节点的受力特性,并利用有限元模型进行了参数分析,探讨了环板宽度、柱截面含钢率、钢梁极限弯矩、钢管强度、钢梁材料强度、混凝土强度、柱轴压比、梁柱线刚度比等参数对此类节点抗弯承载力的影响规律。在参数分析的基础上建议了此类节点的抗弯承载力简化计算公式,简化计算结果与有限元计算结果总体上吻合良好。     

基于构件拆除法的不规则预压装配式框架连续倒塌分析

文章通过ABAQUS有限元模拟软件建立了L形平面不规则预压装配式PC框架,设置多种不同工况,研究了拆除各个位置承重柱后该框架剩余结构的抗连续倒塌机理。研究表明：预压装配式结构可提高结构整体的最大抗力;预应力钢筋的配置可提高结构的抗连续倒塌能力,并在悬链线阶段提高效果明显;柱失效位置对结构抗连续倒塌有着重大的影响,转角柱的结构抗连续倒塌性能介于内柱与长边中柱之间,其破坏位置越低、破坏时间越早,破坏范围越大。     

带外套管钢管混凝土柱与钢梁节点力学性能研究

在总结以往钢管混凝土柱与钢梁连接节点不足的基础上,提出了新型带外套管式钢管混凝土柱与钢梁单边螺栓连接节点,通过已有的试验研究和理论分析,考虑构件的初始几何缺陷和混凝土的塑性损伤本构,在与试验对比后,分别建立了带和不带外套管式钢管混凝土柱-钢梁端板连接节点的有限元模型.通过对模型进行单调加载,分析节点的破坏和工作机理;然后对节点进行参数分析,总结出影响节点初始刚度和承载力的主要因素;提出外套管式钢管混凝土柱-钢梁端板连接节点的M-θr实用模型.结果表明:带外套管式钢管混凝土-钢梁端板连接节点具有更大的初始刚度、承载力,提出节点的M-θr曲线实用计算方法与有限元计算出的M-θr曲线吻合较好,研究将为外套管式钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓端板连接节点在实际工程中的应用提供参考.     

基于Pushdown分析的RC框架抗连续倒塌承载力研究

目的 分析了典型钢筋混凝土框架的抗连续倒塌承载力规律,为抗连续倒塌设计和研究提供参考.方法 采用非线性静力Pushdown方法,对不同抗震设防烈度的非整体现浇板框架和整体现浇板框架的抗连续倒塌承载力进行了分析和对比.结果 层间不均匀内力是导致多层框架梁共同作用时相对承载力偏低的原因.梁机制和悬链线机制作用下框架结构的抗倒塌承载力分别由框架梁的抗弯承载力和抗拉承载力决定.结论 抗震设计增强了框架在梁机制作用下的抗连续倒塌承载力,而对悬链线机制作用下的抗连续倒塌承载力提高有限.楼板显著增强了框架在梁机制作用下的抗连续倒塌承载力,而对悬链线机制作用下的抗连续倒塌承载力的增强效果则取决于参与工作的楼板宽度.     

实用可靠的钢管混凝土柱环梁节点

介绍了有限元计算和荷载试验中得到的钢管混凝土柱环梁节点的力学性能和破坏形态,归纳了其抗剪环的设计、对钢管混凝土柱承载力的影响、低周反复荷载作用下的性能、在框支梁中的应用和抗弯、抗剪承载力设计方法等研究成果,并探讨了节点计算刚度选择、环梁与钢管间剪力传递机理和环梁内扭转应力分布三个关键问题．     

钢-混凝土组合梁连续倒塌性能与倒塌机理分析

为了研究在中柱失效情况下钢-混凝土组合梁的连续倒塌性能,利用ANSYS软件对12根组合梁柱子结构试件进行了有限元建模,分析了混凝土板中配筋率、组合梁跨高比、栓钉间距、梁端纵向约束条件等参数对组合梁连续倒塌性能的影响。结果表明,板中配筋率、跨高比、钢梁高度等参数对组合梁的抗倒塌承载力影响显著;考虑悬链线工作机制的组合梁极限抗倒塌承载力约为按照塑性铰破坏模型计算所得抗倒塌承载力的1.34~1.86倍;进行组合梁的静力倒塌分析时应考虑荷载的冲击作用,倒塌荷载动力增大系数(DIF)可在1.13~1.41之间取值。     

十字形钢管混凝土柱-钢梁节点抗剪性能研究

为建立侧板连接十字形钢管混凝土柱-钢梁节点的剪切屈服机制,揭示节点传力机理,按12比例设计新型节点抗剪受力模型,利用有限元软件ABAQUS建立低周往复荷载作用下的精细化数值分析模型,观察其破坏模式及传力机制,考察轴压比和侧板厚度对节点抗剪承载力的影响.结果表明:节点模型表现为节点核心区剪切破坏,核心混凝土受力符合斜压杆机理,节点的受力机理为钢桁架、混凝土主斜压杆和约束斜压杆的综合作用;轴压比和侧板厚度对新型节点受剪承载力有一定影响,增大轴压比或侧板厚度,节点受剪承载力提高,增加侧板厚度可以提升节点初始刚度;新型节点具有良好的延性及耗能能力,满足结构抗震设计要求.     

不同柱失效对T型钢连接子结构抗倒塌性能影响

结构倒塌会引起严重的人员伤亡和巨大的财产损失,研究结构抗倒塌性能可为结构设计提供指导和参考依据。文章通过对不同柱失效梁柱子结构的有限元数值模拟,分析结构的破坏模式和抗力机制,研究跨度比对角柱失效工况下梁柱子结构抗倒塌性能的影响。结果表明：中柱失效前,其承担的荷载在失效后的小变形阶段将更多地通过与失效柱强轴方向相连的梁传递到边柱,而在失效后的大变形阶段强轴和弱轴方向传递荷载能力相差不大;边柱失效工况下,只在对称方向的梁内产生了悬链线机制;在角柱失效情形,子结构中的梁构件只经历了梁机制作用阶段。比较3种柱失效工况,其角柱失效最危险,其原因在于梁构件没有产生悬链线机制;在角柱失效工况下,随着跨度比的增加,梁柱子结构极限承载力逐渐减小。     

钢管混凝土柱与型钢梁装配式节点抗震试验

为了研究一种新型钢管混凝土柱与型钢梁装配式节点的抗震性能,对不同参数的节点进行低周往复循环加载试验.节点均经历弹性、塑性和极限破坏三个阶段,且为环板与钢梁翼缘的连接处破坏.对比分析表明：节点的轴压比越大,承载力越低;环板越宽,承载力越高;方形环板比圆形环板承载力更高;垫板对节点试件的承载力有提高作用.钢管混凝土柱与型钢梁装配式节点设计合理、传力明确、承载力高、构造简单、施工方便,是一种值得推广的组合装配式节点形式.     

方钢管中空夹层混凝土柱抗压试验分析

通过4根CFDST方钢管中空夹层混凝土柱的轴向承载力试验研究,探讨了CFDST方钢管中空夹层混凝土柱的抗压受力性能以及方钢管中空夹层混凝土柱承载力和抗弯刚度的提高效果,分析了CFDST方钢管中空夹层混凝土柱的破坏特点及其主要的破坏形式。研究结果表明:在本次试验的参数范围内, CFDST方钢管中空夹层混凝土柱的承载力及抗弯刚度得到了的有效提高;对CFDST方钢管中空夹层混凝土柱的破坏有了初步的了解。确定了CFDST方钢管中空夹层混凝土柱承载力的计算方法,与试验结果吻合良好。     

蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点抗震性能试验研究

为了研究蜂窝钢梁—焊接环式箍筋混凝土柱节点的抗震性能,对4种不同连接形式的蜂窝钢梁—焊接环式箍筋混凝土柱的梁柱节点试件进行低周反复加载的拟静力试验,分析了其节点在模拟地震作用下的破坏形态、承载力、延性、滞回特性等,初步探讨了蜂窝钢梁—焊接环式箍筋混凝土柱的抗震性能,试验结果表明：合理的蜂窝钢梁—焊接环式箍筋混凝土柱节点能满足抗震工程实践要求,并通过不同连接形式节点的受力性能分析对比,最终得出符合抗震设计要求的组合节点连接形式。