钢管混凝土柱-钢梁外加强环螺栓连接节点受力性能研究

针对装配式建筑的发展趋势及钢管混凝土结构的诸多优点,研究一种装配式钢管混凝土柱-钢梁外加强环螺栓连接节点。通过ABAQUS数值模拟,确定连接件外加强环的合理形状;通过节点静力加载试验研究及数值模拟对比分析,研究节点的破坏形式、受力性能;针对外加强环形状进一步参数化分析优化设计,研究外加强环的环板厚度、圆环宽度、斜直边与轴线夹角3个因素对节点受力性能的影响。研究结果表明:节点采用合理的外加强环形状时,节点塑性铰外移到钢梁上,外加强环塑性损伤可以忽略;试件破坏时,破坏发生在外加强环外侧钢梁腹板及翼缘上,节点受力性能好、承载力高,节点塑性铰位置明确;外加强环形状参数化分析显示,外加强环形状对节点受力性能及承载力曲线影响显著。     

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。     

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高于其余钢梁倒塌破坏节点。     

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.     

方钢管混凝土柱-钢梁外加强环节点的非线性有限元分析

目的研究环板宽度和柱轴压比对方钢管混凝土柱-钢梁外加强环节点力学性能的影响.方法采用ABAQUS有限元程序,对方钢管混凝土柱-钢梁外加强环节点进行非线性分析,计算和分析了外环板节点受力的荷载-变形全过程关系曲线.结果给出了有限元计算中钢材和混凝土本构关系模型、钢管及其核心混凝土之间界面模型等确定方法,分析柱端水平荷载-水平位移（P-Δ）骨架曲线,并提出了合理的环板宽度设计建议,理论计算结果与试验结果吻合较好.结论柱轴压比的增大和环板宽度的减小,都会降低节点水平极限承载力;按现有规程设计外加强环是安全可靠的,但环板宽度可按2/3设计就已满足抗震要求的承载力和刚度.     

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.     

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。     

圆CFRP钢管混凝土外加强环节点有限元分析

为了深入研究圆CFRP钢管混凝土外加强环节点的力学性能,使用有限元软件ABAQUS分析了混凝土强度、钢材强度、轴压比、加强环板的厚度和加固形式对节点力学性能的影响.对节点模型进行了低周往复荷载下数值模拟.结果表明,当混凝土和钢材强度不变时,随着轴压比的增加,外加强环节点的承载力保持不变;加强环板厚度对节点承载力影响较大,随着加强环板厚度的增加,节点的承载力明显增加,当厚度增加到一个限值时,承载力基本保持不变;加强板和加强筋加固形式可以显著提高节点的刚度,使钢梁先于柱屈服,实现强节点弱构件的抗震目标.     

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。     

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．     

新型装配式方钢管混凝土柱-钢梁节点力学性能数值分析

针对装配式方钢管混凝土柱-钢梁节点,建立新型装配式节点的三维非线性有限元参数化数值模型,分析了轴压比、混凝土强度、钢管壁厚度、钢梁高度对节点性能的影响规律。计算结果表明,该节点应力分布均匀合理,应力集中区域远离梁端部位,可避免节点在梁翼缘与钢管柱处发生脆性破坏;钢梁应力明显高于钢管柱;节点力学性能良好;轴压比、钢管壁厚是影响节点滞回性能的主要因素。     

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.     

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.     

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,     

改进的组合式L形钢管混凝土柱力学性能试验

为研究改进的组合式L形钢管混凝土柱力学性能,对18个改进的组合式L形钢管混凝土柱进行了轴压试验,分析了钢管厚度、混凝土强度和长细比等参数对试件力学性能的影响,提出了改进的组合式L形钢管混凝土柱承载力计算公式.研究结果表明:试件最终破坏形态主要表现为腰鼓型破坏、局部鼓曲(或拉裂)型破坏和弯曲型破坏;钢管厚度、混凝土强度和长细比均是影响承载力的主要因素,但增加钢管厚度更有利于承载力的提高;含钢率α越大,钢管对核心混凝土的约束作用越强;承载力公式计算结果与试验结果吻合较好.     

方钢管混凝土柱-钢梁节点形式探讨

方钢管混凝土柱-钢梁节点的结构性能直接影响钢管混凝土结构在住宅建筑工程中的推广和应用.为了使设计人员对方钢管混凝土柱-钢梁节点形式有一个较为全面的了解,本文按铰接、半刚接和刚接三种节点类型分别介绍了目前常用节点的构造型式和受力特点,并简要介绍了刚接节点的研究现状.在此基础上提出了两种新型刚接节点-隔板贯通式节点和外肋环板节点,最后结合工程建设中的实际情况,对方钢管混凝土柱-钢梁节点今后的研究方向提出一些看法和建议.     

钢管混凝土柱-钢梁环板节点抗剪性能数值模拟

为了研究钢管混凝土柱-钢梁环板节点的抗剪性能,采用ABAQUS软件对节点进行了数值模拟.通过对大量的典型算例进行数值模拟,验证模型的合理性.在此基础上,依据规范所规定的节点设计的一般原则,建立钢管混凝土柱-钢梁环板节点的有限元典型试件模型,并对该模型进行单调加载下的全过程分析.依据所得到的有限元数值模拟结果,分析节点宏观的破坏形态以及微观的剪力-剪切变形关系,以此来明晰节点的受剪机理,从而为抗剪设计提供一定的依据.     

内置高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能

为研究内置FRP约束UHPC高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能,基于“强柱弱梁”目标设计制作5个端板-螺栓连接节点试件,通过拟静力试验研究节点的破坏机理,并分析柱轴压比、FRP管厚度和有无芯柱对节点抗震性能的影响,对比钢梁更换前后节点的性能。试验结果表明：所有试件均在梁端形成塑性铰破坏;该破坏模式下,节点具有较高的承载力、耗能能力和较好的延性;内置芯柱时,试件承载力提高但延性降低;随着FRP管厚度增加,节点初始刚度和耗能能力均得到提升;相比原试件,更换梁试件的耗能能力、延性和初始刚度均有所降低。变形分析结果表明：节点域组合柱以受弯变形为主,两侧钢梁主要承担节点域的剪切变形。依据初始刚度判定该节点属于刚性节点。     

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。     

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