方钢管混凝土柱穿芯螺栓—端板节点抗震性能试验

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。

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作了两类带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点,即栓焊连接和全对焊连接。建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,通过低周反复加载有限元分析,研究两类节点的抗震性能,并对两类节点的滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能指标等进行对比分析。结果表明:栓焊连接节点由于螺栓的滑移致使节点的刚度较全对焊连接节点小,螺栓的滑移导致节点的屈服荷载较全对焊节点低,且全对焊节点与栓焊连接节点相比,承载力较大;两类节点滞回曲线均比较饱满,具有较好的耗能性能,由滞回曲线分析得出的耗能指标均满足结构抗震设计的要求,且全对焊连接节点的耗能能力大于栓焊连接节点的耗能能力,抗震性能优于栓焊连接节点。为钢管混凝土结构设计提供了理论依据。

对3个穿芯螺栓-端板连接节点试件进行了伪静力试验研究,研究了轴压比分别为0.20、0.25、0.30时节点的滞回性能、强度及刚度退化、延性性能、耗能性能及破坏特征.试验结果表明,试件的层间位移延性系数为2.38~2.45,弹性及弹塑性层间位移角分别为0.0140~0.0158rad、0.341~0.0377rad,能量耗散系数为2.567~3.820.节点试件均为梁端形成塑性铰而破坏,节点具有很好的强度、刚度、延性及耗能能力,满足现行抗震规范gb50011-2001的要求.提出了相关的设计及研究建议.

目前,在建筑中对于建筑材料抗震性的要求越来越高,因此,对于方钢管混凝土柱的抗震性能的研究也日益增多。本文通过方钢管混凝土在建筑应用的需求,根据一定试验和经验研究分析方钢管混凝土柱的抗震性能,并为方钢管混凝土结构抗震设计计算理论的建立提供一定的参考。

方钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通节点抗震性能试验——为研究方钢管混凝土柱与钢梁连接的隔板贯通式节点的抗震性能，对4个足尺节点试件进行了低周反复荷载试验，分析了各试件的破坏过程及特征，并对节点的承栽力、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标进行了深入...

为研究方钢管混凝土柱与钢梁连接的隔板贯通式节点的抗震性能,对4个足尺节点试件进行了低周反复荷载试验,分析了各试件的破坏过程及特征,并对节点的承载力、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标进行了深入的研究与分析.结果表明,隔板贯通节点滞回曲线饱满,具有较强的耗能能力;钢梁翼缘与隔板的连接构造对节点的延性、耗能能力和刚度退化影响较大,倒角放坡型节点比侧板加强型节点具有更好的抗震性能;隔板的厚度、浇筑孔径和钢管的宽厚比对梁端破坏节点的抗震性能影响较小,但在试件中浇筑混凝土可以显著提高节点刚度,减小核心区的剪切变形,改善隔板贯通节点的抗震性能.

通过对4个隔板贯穿式方钢管混凝土柱-钢梁连接节点试件的静力性能试验研究,揭示此类节点的受力机理和破坏形态,探讨梁端翼缘两侧的侧板、钢管柱的宽厚比以及隔板的外伸长度等因素对节点承载力和传力机理的影响.试验结果表明,该类节点具有受力明确,传力途径清晰的特点;宽厚比的改变对节点承载力的影响不大,但对于节点板剪应变的影响较大;梁端翼缘两侧增加侧板可以减缓隔板与梁相交的角隅处应力集中现象,使塑性铰出现梁上,远离脆弱的梁端焊接区,提高了节点的延性.

为了研究地震作用下方钢管混凝土柱-钢梁角钢连接节点的受力性能,设计了3个梁柱节点试件并对其进行低周往复循环荷载试验,分析了角钢短肢长肢比和角钢厚度对试件的刚度、承载力、耗能能力、延性性能及节点域剪切变形的影响。试验结果表明:角钢连接的塑性铰出现在角钢与柱壁相接触部位,往复荷载下最终破坏形态为角钢与柱壁焊接部位出现角钢撕裂现象,通过增加角钢短肢长肢比和增加角钢厚度可以将塑性铰外移,使角钢与柱壁相接触部位的撕裂程度减轻,从而有效保护节点核心区。增加角钢的厚度对节点的初始刚度及承载力影响明显,随着角钢厚度的增加,节点的初始刚度和承载力随之增加;增加角钢短肢长肢比能够提高节点的耗能能力和刚度。该节点具有较高的承载力、刚度及较大的变形能力,符合抗震设计理念。

基于现行规范,设计制作方钢管混凝土-钢梁组合框架中间层中柱节点(╋)、中间层边柱节点(┣)、顶层边柱节点(┏)三种模型,并进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验。结果表明:节点在钢梁翼缘与侧板连接角隅处产生应力集中现象;在相同材料和截面尺寸条件下,顶层边柱节点比中间层中柱节点和中间层边柱节点提前达到屈服,其极限承载力介于后两者之间;三种节点滞回曲线均比较饱满,具有良好的耗能能力,节点延性均较好。利用abaqus建立有限元模型,对试件在低周反复荷载作用下的受力性能进行非线性有限元分析,分析结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析轴压比对节点承载力的影响。

通过柱端加载的低周反复荷载试验对8个内隔板三边焊接,而在未焊一边柱壁板上布置圆柱头栓钉的方钢管混凝土柱-h形钢梁节点进行了试验研究,研究了不同轴压比情况下节点的破坏模式、延性、耗能性能等。试验结果表明,破坏之前节点具有良好的滞回性能、延性及耗能能力,满足现行抗震规范的要求。该节点可以用于方钢管混凝土柱两侧弯矩相差较大时,弯矩较小一侧节点。提出了相关的设计建议。

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作5个隔板贯穿式节点试件,通过低周反复加载试验,探讨此类节点的抗震性能,分析梁端翼缘两侧的侧板、钢管柱的宽厚比以及隔板的外伸长度等因素对节点抗震性能的影响。试验结果表明:各试件实测滞回曲线均比较饱满,没有明显的刚度退化现象,具有较好的耗能性能;梁端翼缘两侧增加侧板不仅可以缓解隔板与梁相交的角隅处应力集中现象,而且提高了节点的延性。运用ansys8.0对各节点试件在低周反复荷载作用下的滞回性能进行非线性模拟计算,分析轴压比、核心区混凝土强度、隔板外伸长度等因素对节点受力性能的影响。结果表明:轴压比和隔板外伸长度对节点受力性能的影响较大;有限元计算所得的骨架曲线与实测骨架曲线吻合较好。

当前,方钢管混凝土柱-钢梁半刚性节点的应用越来越广泛,但国内对这种半刚性节点受力性能的认识还很不完善。通过4组方钢管混凝土柱-钢梁长螺栓式半刚性节点在低周往复荷载下受力性能的试验,探究此类节点的受力机理和破坏形态。通过对4组试验滞回曲线、刚度退化、延性与耗能指标的分析得出此种节点有良好的耗能性能,可为钢结构节点设计提供一些参考和借鉴。

提出一种新型穿心高强螺栓-端板方钢管混凝土柱-钢梁节点,并对3个节点试件进行柱端加载的伪静力试验研究。利用三维实体单元,建立同时考虑几何、材料及接触等三重非线性的有限元模型,采用有限元程序ansys对节点进行单调荷载和循环荷载作用下的有限元分析。试验及有限元计算结果表明,节点具有很好的强度、刚度、延性和耗能能力。

研究梁通柱断式方钢管混凝土中节点在低周反复荷载作用下的受力性能和抗震性能.该种节点在节点区中断柱的外钢管,使钢筋混凝土梁的纵筋在节点直通.在节点区设置芯钢管、密排箍筋、竖向短筋连系上下钢管混凝土柱.通过2个缩尺模型试件的拟静力试验,得到节点试件的破坏过程、破坏形态、试件滞回曲线和试件各组成部分的荷载-应变关系.试验结果表明:该种节点在低周反复荷载作用下性能良好.试件破坏发生在梁根部,节点区尚有较大承载潜力,试件的耗能性能、位移延性良好.轴压比的增大对于承载力有提高作用,但耗能能力和位移延性有降低趋势.

通过柱端加载的3个内隔板三面焊接的方钢管混凝土柱-h形钢梁节点的低周反复荷载试验,研究其不同轴压比情况下节点的破坏模式、延性、耗能性能等。试验结果表明,内隔板与柱壁未焊一侧受力约为内隔板与柱壁焊接一侧的1/3,内隔板未焊一端梁翼缘侧面柱壁间焊缝被撕裂,内隔板与柱壁板焊接一侧梁翼缘在柱顶位移约70mm时发生局部屈曲。研究结果表明,节点具有很好的延性和耗能能力,层间转角位移延性系数μ=3.40~3.45,弹性和弹塑性层间位移角分别为φy=0.0075~0.0083rad、φu=0.0279~0.0286rad,等效粘滞阻尼系数he=0.247~0.462。满足现行抗震规范的要求。三面焊接的内隔板式节点可以用于方钢管混凝土边柱节点。

journalofconstructionalsteelresearch64(2008)1178–1191 www.***.***/locate/jcsr seismicbehaviorofconnectionscomposedofcfsstcsandsteel–concrete compositebeams—experimentalstudy jianguoniea,kaiqinb,c.s.caic,? akeylaboratoryofstructuralengineeringandvibrationofchinaeducationministry,departmentofcivilengineering,tsinghuauniversity, beijing,100084,china bchi

进行了3榀方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的低周反复加载试验,分析了轴压比和梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。得到了框架的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及各阶段的荷载和位移值,分析了框架的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化。试验结果表明:框架滞回曲线饱满,具有良好的变形性能和耗能能力;增大轴压比将降低框架的延性和水平极限承载力,提高框架的耗能能力;增大梁柱线刚度比将降低框架的延性和耗能能力,提高框架的水平极限承载力。试验结果可为方钢管混凝土柱-钢梁框架的工程应用提供参考。

方钢管混凝土柱_钢梁平面框架抗震性能试验研究

提出了允许部分柱屈服的混合型屈服机制,允许部分方钢管混凝土柱屈服耗能,但要求柱不丧失承载力以避免层倒塌,为考察方钢管混凝土柱屈服后的力学性能,对方钢管混凝土柱在低周反复荷载作用下的力学性能进行了试验研究,分析了轴压比、含钢率、长细比等参数对方钢管混凝土柱滞回曲线、刚度曲线、延性系数、塑性变形性能的影响.试验结果表明:方钢管混凝土柱屈服后承载力无明显下降,具有良好的延性和耗能能力,且随含钢率的增加,钢管混凝土柱的耗能能力和塑性变形能力提高;而随轴压比和长细比的增大,钢管混凝土柱的耗能能力和塑性变形能力却相应降低.

方钢管混凝土柱轴压力学性能的试验研究——介绍了包括空钢管柱、混凝土钢管柱、配筋混凝土钢管柱及钢筋混凝土柱在内共36个试件的轴心受压试验情况．讨论了钢管的宽厚比、混凝土强度、配筋率等参数对极限承载力和延性等力学性能的影响．对混凝土填充钢管柱和钢筋...

为了研究碳纤维布加固方钢管混凝土柱的抗震性能,基于现行设计规范,按1∶2比例制作了3根方钢管混凝土柱试件模型,其中1根为对比试件,另外2根先经碳纤维布加固,再进行低周水平荷载破坏试验,考察了轴压比对碳纤维布加固效果的影响。试验结果表明,碳纤维布加固提高试件极限承载力幅度较小,但能明显改善试件的延性性能,提高其耗能能力,增强了抗震性能;轴压比对碳纤维布加固效果有一定影响,随着轴压比的增大,碳纤维布加固后的方钢管混凝土柱的极限承载力提高幅度越大,但位移延性系数提高率越小,耗能能力下降;从提高极限位移、延性和耗能能力来看,碳纤维布加固方钢管混凝土柱是一种有效的加固方法。

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。