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。     

设置垫板的梁柱T形件连接节点抗震性能试验研究

针对传统钢结构梁柱连接在地震中易脆性破坏,改进连接震后不易修复等问题,提出设置垫板的梁柱T形件连接构造措施。设计、制作3个不同形式的梁柱T形件连接试件,分别为未设置混凝土板的连接节点、设置混凝土板的连接节点和未设置混凝土板的传统梁柱T形件连接节点,对其进行往复荷载作用下的拟静力试验,研究试件的抗弯刚度、承载力、延性、滞回性能、耗能能力、破坏模式等。此外,更换梁下部翼缘处已破坏的T形件进行修复,并对修复后的试件进行拟静力试验。结果表明：设置垫板的T形件连接节点在往复荷载作用下具有稳定的滞回性能和良好的耗能能力;破坏试件的梁、柱均不发生屈服,转动中心位于梁端上部翼缘附近,能够保证在地震作用下梁端上部翼缘连接部位不发生破坏,并能够保护梁上混凝土楼板不发生较大的损坏;混凝土楼板的存在会提高节点正弯矩下的初始刚度和承载力,并使弯曲中性轴上移;更换梁下部翼缘处已破坏的T形件进行修复,修复后试件的滞回性能与原试件无明显差异。     

T形截面多腔式钢管混凝土柱-U形截面钢混凝土组合梁竖向肋板式框架节点抗震性能研究

为解决外环板外露和内环板影响混凝土浇筑的问题，在钢管混凝土异形柱和U形截面钢混凝土组合梁框架结构中增加竖向肋板节点构造，对6个缩尺比为1∶2的T形截面多腔式钢管混凝土柱-U形截面钢混凝土组合梁节点试件进行低周往复试验，得到了试件的破坏模式、荷载-位移滞回曲线以及弯矩-转角曲线，分析了节点核心区剪切变形、延性、耗能能力和应力分布规律。试验研究表明，竖向肋板节点的破坏模式为梁端塑性铰破坏，滞回曲线较为饱满，耗能能力良好，满足欧洲EN 1993-1-8中对于无支撑框架刚性节点的要求。建立了钢管混凝土异形柱与U形截面钢混凝土组合梁节点的精细化有限元模型，该模型对节点荷载-位移曲线以及关键部位的破坏形态均能较为准确地预测，并在此基础上进行了节点承载力及节点刚度参数分析，分析结果表明提高U形钢板厚度能明显提高节点承载力。为保证竖向肋板连接节点达到刚性节点要求，建议竖向肋板翼缘外高度、翼缘内高度、肋板厚度以及肋板与梁翼缘间连接长度分别不应小于U形钢梁宽度的60%、20%、100%以及150%。     

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.     

T型钢连接中柱节点的力学性能分析

设计了2组T型钢连接中柱节点,对节点进行低周往复循环加载下的受力分析,通过循环荷载下的滞回曲线、骨架曲线、应力云图以及刚度退化曲线来分析螺栓连接方式变化对节点承载力、受力性能以及破坏形式的影响。分析结果表明:普通高强螺栓连接的中柱节点承载力和耗能能力明显强于对拉螺栓连接的中柱节点;两种节点破坏形态不同,普通高强螺栓连接节点为T型钢翼缘受拉破坏,对拉螺栓连接节点为长对拉螺栓剪切破坏和T型钢翼缘受拉破坏。     

矩形钢管柱与H型钢梁单边螺栓连接节点的抗震性能与恢复力模型研究

为研究矩形钢管柱与H型钢梁单边螺栓连接节点抗震性能,对5个单边高强螺栓连接节点试件和1个常规高强螺栓连接节点试件进行了拟静力试验,研究了矩形钢管柱与H型钢梁单边螺栓连接节点破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、刚度退化等抗震性能指标,对比了单边高强螺栓与常规高强螺栓连接节点抗震性能的差异性;分析了节点构造参数对单边高强螺栓连接节点抗震性能的影响,根据节点滞回特性和单边高强螺栓受力特点提出了节点恢复力模型。研究结果表明:节点试件的破坏模式中单边高强螺栓均产生滑移现象;节点试件的滞回曲线捏缩严重,滞回曲线呈反S形,且有明显滑移直线段;节点试件初始转动刚度约为常规高强螺栓连接节点的70%,单边高强螺栓滑移使节点具有很大的转动变形能力,节点试件的极限转角为0.06~0.08 rad;节点的受弯承载力与常规高强螺栓连接节点基本一致,单边高强螺栓能够满足节点承载力设计要求;节点试件的等效黏滞阻尼系数为0.15~0.17,等效耗能系数为1.29~1.77,延性系数为1.62~2.26,其耗能和延性性能均低于常规高强螺栓连接节点;通过设置端板加劲肋可有效提高节点试件的抗震性能,设置内隔板对节点试件的抗震性能提高效果不明显;提出的节点恢复力计算模型与节点试件的试验曲线吻合较好。     

薄钢板部分外包组合截面柱-钢梁中节点T形件焊接连接滞回性能研究

为研究采用预拉对穿螺栓的薄钢板部分外包组合截面(PEC)柱-钢梁中节点T形件焊接连接的滞回性能,按照1∶1.6缩尺设计制作了1个中节点试件,对其进行低周循环荷载试验,并采用有限元软件ABAQUS进行数值模拟验证,对比分析试件的滞回曲线、耗能能力和破坏模式。研究结果显示:预拉对穿螺栓具有部分自复位功效,且较好实现了混凝土斜压带传力机理;所有试件破坏模式均由于T形件对梁端加强而使梁截面塑性铰的出现位置向T形件腹板尾部附近梁截面转移,且所有试件达到破坏时,节点转角均超过了0.02 rad。     

复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点抗震性能试验研究

借鉴方钢管混凝土柱-钢梁外肋环板节点形式,将非梁柱连接面的柱两侧外肋环板改为竖贴于柱侧的竖向肋板并伸出与梁翼缘焊接,同时设置锚固腹板,形成复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点。通过7个梁柱组合体试件的低周反复荷载试验,分析各试件的破坏过程及特征,并对试件的滞回性能、承载力、延性、耗能能力和承载力及刚度退化等抗震性能进行研究。研究结果表明：节点的破坏形态基本相同,梁端先屈曲,形成塑性铰;锚固腹板可有效提高节点的承载力和变形能力;竖向肋板外伸长度可提高试件的初始刚度,使梁端塑性铰外移,有效保护节点核心区;试件的滞回曲线呈明显的梭形,具有良好的承载力、延性及耗能能力;试件在整个加载过程中刚度退化现象明显,承载力退化很小,可应用于抗震设防地区。     

螺纹孔单边螺栓T形连接节点受拉性能研究(Ⅰ)——试验研究

单边螺栓连接技术广泛应用于钢梁与钢管柱的高强螺栓端板连接。通过试验研究了单边螺栓T形连接节点的拉伸性能,共发现3种破坏模式:T形翼缘完全屈服、T形翼缘屈服伴随螺栓断裂和螺纹破坏。试验结果表明:1)增加T形翼缘的厚度可以提高节点的极限承载力,并增大节点的刚度;2)即使在T形翼缘较薄时,螺纹孔仍可提供足够的锚固力以确保节点不发生螺纹破坏;3)增加螺母并不能提高T形节点的屈服强度,但可以防止翼缘屈服后上下翼缘板完全脱开;4)节点是发生螺纹破坏还是螺杆断裂,取决于螺杆直径与锚固螺纹长度的大小。     

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。     

T形钢连接梁柱半刚性节点滞回性能试验研究及数值分析

为研究T形钢连接梁柱半刚性节点的滞回性能,对6个T形钢连接梁柱半刚性节点试件进行拟静力试验。分析梁高、螺栓直径、T形连接件尺寸、螺栓个数以及柱截面面积等参数对节点的受力过程、破坏模式、滞回性能、延性性能的影响。利用有限元软件ABAQUS对试验过程进行分析,将分析结果和试验结果进行对比并分析了误差产生的原因。研究结果表明:T形钢连接梁柱节点变形性能良好,节点的极限转角均超过0.03 rad,是典型的半刚性连接节点;节点延性性能良好,各节点位移延性系数均大于3;各试件的滞回曲线在加载后期呈Z形,节点耗能系数较小(与端板连接半刚性节点相比);T形连接件尺寸和连接柱及T形件的螺栓个数是影响节点初始刚度、承载力和变形能力的主要因素,梁高对节点性能的影响次之;有限元分析结果与试验结果基本吻合;采用考虑材料循环塑性特征的有限元分析模型可以很好地预测节点在循环荷载作用下的受力性能。     

螺纹孔单边螺栓T形连接节点受拉性能研究(Ⅱ)——承载力设计方法

欧洲规范给出了螺栓连接T形节点的3种受拉破坏模式,考虑到螺纹破坏,又划分了2种新的破坏模式:螺纹破坏和T形翼缘屈服伴随螺纹破坏,并给出了相应的抗拉承载力计算公式。将公式计算结果与单边螺栓T形连接节点受拉性能试验结果进行比较,验证了提出的新的破坏模式以及计算公式的正确性。公式计算结果均小于试验结果,因此在由计算公式得到的设计荷载下,T形节点具有足够的安全储备。     

方钢管混凝土柱与钢梁全螺栓节点抗震性能试验研究

通过对6个钢管混凝土柱-钢梁全螺栓连接节点及1个栓焊节点的低周反复加载试验,研究了全螺栓连接节点的破坏模式、承载力以及延性性能。试验表明:当试件的弹塑性层间位移角达到规范限值的2.15~3.02倍时,全螺栓连接试件仅在连接板件远端处钢梁翼缘上出现较小的鼓曲变形,变形幅度远小于栓焊节点;全螺栓连接节点具有更大的塑性变形能力、更大的峰值荷载和更长的屈服平台,能够满足抗震规范位移限值要求。试验指出,全螺栓连接节点的各组件在地震作用下都能发挥耗能作用,耗能机制包括连接板和钢梁翼缘间的摩擦耗能、栓杆与孔壁挤压耗能、连接板下的钢梁翼缘塑性变形耗能以及连接板远端处钢梁塑性耗能等。全螺栓连接试件的滞回曲线包括相对平直段和上升段,分别对应连接板与钢梁翼缘的滑动摩擦阶段和螺栓孔与螺杆的接触挤压阶段。试件经过多级位移循环加载后,摩擦力衰减明显,约为屈服荷载的50%;每级位移加载后期,由于螺栓杆与孔壁产生接触作用,试件的承载力相比摩擦滑移阶段明显增大,并且随位移加载幅值的增大而增大,峰值荷载可达到屈服荷载的2~3倍。     

轴压或轴向往复荷载作用下方钢管焊接T型节点的承载性能研究

采用试验实测的方法,研究不同支管与主管宽度比(β)的方钢管焊接T型节点的静力与滞回性能,分析了节点的破坏形态、荷载-位移曲线、承载及耗能能力。结果表明:支管与主管宽度比对节点的静、动力性能有明显影响,如在支管轴向压力作用下,β=0.4,0.8时试件的破坏分别受主管上翼缘屈服和主管侧壁屈曲控制,支管的轴向往复加载会引起节点的开裂破坏,试件裂纹分别沿主管上翼缘和支管根部贯通;β=0.4的试件能耗系数比β=0.8时提高43.5%,这种提高与各试件的耗能机制不同有关。往复加载试件的受拉开裂会降低节点的承载力,但按GB 50017—2003《钢结构设计规范》设计的节点承载力具有足够的安全储备。     

方钢管混凝土穿芯高强螺栓-端板节点滞回性能研究

对3个方钢管混凝土柱穿芯高强螺栓-端板节点试件进行了伪静力试验研究。采用有限元程序ANSYS对节点进行了循环荷载作用下的三重非线性有限元分析,研究了轴压比、混凝土强度、高强螺栓预拉力、端板厚度及端板加劲肋等因素对节点滞回性能的影响。结果表明,轴压比和混凝土强度对节点滞回性能影响较小,减小高强螺栓预拉力将显著降低节点的耗能能力,端板加劲肋和端板厚度对节点性能有明显的影响,但设置加劲肋比增加端板厚度对改善节点性能更有效。试验与计算结果表明,穿芯高强螺栓-端板节点具有很好的强度、刚度、延性和耗能能力。     

钢管混凝土柱T形件连接的抗拉承载力研究

T形件是钢管混凝土框架梁柱半刚性连接节点的重要组件,其抗拉承载力计算会影响到梁柱节点的抗弯承载力计算。根据欧洲规范的EC 3组件法,总结了T形件的3种塑性失效模式,并提出了钢管混凝土柱T形件各部件承载力计算方法。根据不同的失效模式和屈服线理论,确定了矩形或弧形端板控制的T形件抗拉承载力计算公式,利用柱腹板壁约束简化模型和柱壁破坏机制确定了柱翼缘壁控制的T形件抗拉承载力计算公式。采用算例说明其计算过程和计算精度。通过试验验证了所提钢管混凝土柱T形件连接的抗拉承载力计算方法的准确性。     

带混凝土楼板的钢框架梁柱弱轴连接节点滞回性能试验研究

为研究组合效应对梁柱弱轴连接滞回性能的影响,进行了梁端截面形式分别采用标准型、削弱型、盖板加强型、扩大翼缘型及加腋型的5个纯钢中节点及5个部分抗剪连接的钢-混凝土组合中节点试件的循环荷载试验。对各试件的试验现象、破坏特征、滞回曲线、钢梁应力(应变)分布及耗能进行了分析。结果表明,除了加腋型试件,钢-混凝土组合节点试件梁下翼缘焊缝均发生不同程度的开裂,但梁上翼缘焊缝及腹板螺栓仍可继续承担较大荷载,而纯钢节点试件梁上下翼缘焊缝均出现开裂,承载力迅速降低;纯钢节点的滞回曲线较组合节点的更为饱满,钢-混凝土组合节点试件的滞回曲线受到腹板螺栓滑移的影响而逐渐呈反S形;正弯矩作用下钢-混凝土组合梁截面中和轴显著上移,梁下翼缘应变水平基本高于纯钢节点的;梁端削弱型节点能较有效地实现塑性铰外移,且其滞回曲线最为稳定,推荐优先选用;焊接质量是影响节点滞回性能的关键,建议蒙皮板采用抗层间撕裂的Z向钢材。     

欧洲规范EC3高强螺栓等效T形件的有效长度及承载力研究

本文介绍了欧洲规范EC3中关于高强螺栓受拉连接等效T形件的三种破坏模式及等效受拉T形件三种破坏模式下的承载力公式.研究了柱翼缘带有背板加强的T形件的承载力公式,通过与无背板加强T形件的承载力比较得出:柱翼缘受拉螺栓孔位置设置背板能够有效地提高T形件翼缘的抗拉承载力,增大柱翼缘的抗弯能力.最后,研究了端板塑性铰线分布模式以及等效T形件有效长度的取值方法.     

L形包角环口板加强方钢管T形节点轴向滞回性能研究

为研究L形包角环口板加强方钢管T形节点（LCPT）轴向滞回性能,对一组包角环口板加强T形节点进行轴向往复加载试验,并与未加强（URT）和覆板加强节点（DPT）进行对比。结果表明：包角环口板加强节点的轴向滞回性能较优,LCPT试件比URT试件的最大荷载可提高103.2%;LCPT试件比DPT试件的累积耗能能力更好,且LCPT试件比DPT试件的拉压对等性更好。进一步对包角环口板尺寸和屈服强度进行有限元参数分析,结果表明：包角环口板厚度是影响LCPT节点轴向滞回性能的关键几何参数,提高包角环口板屈服强度可提高节点承载力,但对节点耗能能力几乎无影响。最后,对比覆板、环口板、包角环口板三种方钢管加强节点的承载和耗能机理,包角环口板加强节点的轴向滞回性能更优。     

T型钢连接的钢框架梁柱节点在低周往复荷载作用下的抗震性能分析

采用ANSYS有限元软件对T型钢梁柱节点进行三维实体建模,并在此基础上利用非线性有限元方法研究不同节点在低周往复荷载作用下的滞回性能。结果表明：T型钢连接节点的滞回曲线稳定饱满,具有较为理想的抗震性能。T型钢翼缘厚度、是否设置加劲肋和螺栓竖向排列方式对节点抗震性能影响较大;柱腹板厚度、梁翼缘和腹板厚度对抗震性能影响较小,T型钢梁柱节点属于半刚性节点。