方鋼管混凝土分叉柱與鋼梁連接節(jié)點的抗震性能研究

為了研究地震作用下方鋼管混凝土柱-鋼梁角鋼連接節(jié)點的受力性能,設計了3個梁柱節(jié)點試件并對其進行低周往復循環(huán)荷載試驗,分析了角鋼短肢長肢比和角鋼厚度對試件的剛度、承載力、耗能能力、延性性能及節(jié)點域剪切變形的影響。試驗結(jié)果表明:角鋼連接的塑性鉸出現(xiàn)在角鋼與柱壁相接觸部位,往復荷載下最終破壞形態(tài)為角鋼與柱壁焊接部位出現(xiàn)角鋼撕裂現(xiàn)象,通過增加角鋼短肢長肢比和增加角鋼厚度可以將塑性鉸外移,使角鋼與柱壁相接觸部位的撕裂程度減輕,從而有效保護節(jié)點核心區(qū)。增加角鋼的厚度對節(jié)點的初始剛度及承載力影響明顯,隨著角鋼厚度的增加,節(jié)點的初始剛度和承載力隨之增加;增加角鋼短肢長肢比能夠提高節(jié)點的耗能能力和剛度。該節(jié)點具有較高的承載力、剛度及較大的變形能力,符合抗震設計理念。

研究梁通柱斷式方鋼管混凝土中節(jié)點在低周反復荷載作用下的受力性能和抗震性能.該種節(jié)點在節(jié)點區(qū)中斷柱的外鋼管,使鋼筋混凝土梁的縱筋在節(jié)點直通.在節(jié)點區(qū)設置芯鋼管、密排箍筋、豎向短筋連系上下鋼管混凝土柱.通過2個縮尺模型試件的擬靜力試驗,得到節(jié)點試件的破壞過程、破壞形態(tài)、試件滯回曲線和試件各組成部分的荷載-應變關(guān)系.試驗結(jié)果表明:該種節(jié)點在低周反復荷載作用下性能良好.試件破壞發(fā)生在梁根部,節(jié)點區(qū)尚有較大承載潛力,試件的耗能性能、位移延性良好.軸壓比的增大對于承載力有提高作用,但耗能能力和位移延性有降低趨勢.

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

采用ansys有限元程序,建立了方鋼管混凝土柱—鋼梁螺栓型端板節(jié)點的非線性有限元模型,將其結(jié)果與文獻的理論公式計算結(jié)果進行比較,結(jié)果與理論公式吻合,論證了有限元模擬的有效性,并通過幾組不同的非線性模型,探討了各類組件對節(jié)點力學性能的影響。

通過柱端加載的3個內(nèi)隔板三面焊接的方鋼管混凝土柱-h形鋼梁節(jié)點的低周反復荷載試驗,研究其不同軸壓比情況下節(jié)點的破壞模式、延性、耗能性能等。試驗結(jié)果表明,內(nèi)隔板與柱壁未焊一側(cè)受力約為內(nèi)隔板與柱壁焊接一側(cè)的1/3,內(nèi)隔板未焊一端梁翼緣側(cè)面柱壁間焊縫被撕裂,內(nèi)隔板與柱壁板焊接一側(cè)梁翼緣在柱頂位移約70mm時發(fā)生局部屈曲。研究結(jié)果表明,節(jié)點具有很好的延性和耗能能力,層間轉(zhuǎn)角位移延性系數(shù)μ=3.40~3.45,彈性和彈塑性層間位移角分別為φy=0.0075~0.0083rad、φu=0.0279~0.0286rad,等效粘滯阻尼系數(shù)he=0.247~0.462。滿足現(xiàn)行抗震規(guī)范的要求。三面焊接的內(nèi)隔板式節(jié)點可以用于方鋼管混凝土邊柱節(jié)點。

通過對方鋼管混凝土中柱的"十字形"節(jié)點、邊柱的"t形"節(jié)點、角柱的"l形"節(jié)點3根試件在低周反復加載的實驗,分析節(jié)點的破壞機理,比較三種節(jié)點的力學性能。結(jié)果表明:試件在鋼梁翼緣與側(cè)板連接的角隅處產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象,導致節(jié)點最終發(fā)生破壞;l形節(jié)點比十字形和t形節(jié)點要提前達到屈服,但其極限承載力介于兩者之間;三種節(jié)點滯回曲線均比較飽滿,具有良好的耗能能力,節(jié)點的延性均較好。運用abaqus6.5對試件在低周反復荷載作用下進行非線性模擬計算,并分析軸壓比對節(jié)點承載力的影響。結(jié)果表明:分析得到的結(jié)果與實驗結(jié)果吻合良好;當軸壓比增大時,節(jié)點的承載能力降低。

基于方鋼管混凝土柱與h型鋼梁外環(huán)肋節(jié)點的低周反復荷載試驗,在合理選擇材料本構(gòu)關(guān)系、破壞準則的基礎上,采用通用有限元軟件ansys對該節(jié)點模型在循環(huán)加載作用下的受力性能進行非線性分析,對試件的試驗和理論滯回曲線及骨架曲線進行對比研究。研究表明:該節(jié)點具有很好的延性和耗能能力,層間轉(zhuǎn)角位移延性系數(shù)μ=3.07～3.66,彈性和彈塑性層間位移角分別為y=0.0041～0.0047、u=0.0124～0.0172,等效黏滯阻尼系數(shù)he=0.26～0.35,滿足現(xiàn)行抗震規(guī)范要求,抗震性能良好。

通過對6個鋼管混凝土柱-鋼梁全螺栓連接節(jié)點及1個栓焊節(jié)點的低周反復加載試驗,研究了全螺栓連接節(jié)點的破壞模式、承載力以及延性性能。試驗表明：當試件的彈塑性層間位移角達到規(guī)范限值的2.15-3.02倍時,全螺栓連接試件僅在連接板件遠端處鋼梁翼緣上出現(xiàn)較小的鼓曲變形,變形幅度遠小于栓焊節(jié)點;全螺栓連接節(jié)點具有更大的塑性變形能力、更大的峰值荷載和更長的屈服平臺,能夠滿足抗震規(guī)范位移限值要求。試驗指出,全螺栓連接節(jié)點的各組件在地震作用下都能發(fā)揮耗能作用,耗能機制包括連接板和鋼梁翼緣間的摩擦耗能、栓桿與孔壁擠壓耗能、連接板下的鋼梁翼緣塑性變形耗能以及連接板遠端處鋼梁塑性耗能等。全螺栓連接試件的滯回曲線包括相對平直段和上升段,分別對應連接板與鋼梁翼緣的滑動摩擦階段和螺栓孔與螺桿的接觸擠壓階段。試件經(jīng)過多級位移循環(huán)加載后,摩擦力衰減明顯,約為屈服荷載的50%;每級位移加載后期,由于螺栓桿與孔壁產(chǎn)生接觸作用,試件的承載力相比摩擦滑移階段明顯增大,并且隨位移加載幅值的增大而增大,峰值荷載可達到屈服荷載的2-3倍。

通過對6個鋼管混凝土柱-鋼梁全螺栓連接節(jié)點及1個栓焊節(jié)點的低周反復加載試驗,研究了全螺栓連接節(jié)點的破壞模式、承載力以及延性性能。試驗表明：當試件的彈塑性層間位移角達到規(guī)范限值的2.15-3.02倍時,全螺栓連接試件僅在連接板件遠端處鋼梁翼緣上出現(xiàn)較小的鼓曲變形,變形幅度遠小于栓焊節(jié)點;全螺栓連接節(jié)點具有更大的塑性變形能力、更大的峰值荷載和更長的屈服平臺,能夠滿足抗震規(guī)范位移限值要求。試驗指出,全螺栓連接節(jié)點的各組件在地震作用下都能發(fā)揮耗能作用,耗能機制包括連接板和鋼梁翼緣間的摩擦耗能、栓桿與孔壁擠壓耗能、連接板下的鋼梁翼緣塑性變形耗能以及連接板遠端處鋼梁塑性耗能等。全螺栓連接試件的滯回曲線包括相對平直段和上升段,分別對應連接板與鋼梁翼緣的滑動摩擦階段和螺栓孔與螺桿的接觸擠壓階段。試件經(jīng)過多級位移循環(huán)加載后,摩擦力衰減明顯,約為屈服荷載的50%;每級位移加載后期,由于螺栓桿與孔壁產(chǎn)生接觸作用,試件的承載力相比摩擦滑移階段明顯增大,并且隨位移加載幅值的增大而增大,峰值荷載可達到屈服荷載的2-3倍。

根據(jù)《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》推薦的節(jié)點形式,制作5個隔板貫穿式節(jié)點試件,通過低周反復加載試驗,探討此類節(jié)點的抗震性能,分析梁端翼緣兩側(cè)的側(cè)板、鋼管柱的寬厚比以及隔板的外伸長度等因素對節(jié)點抗震性能的影響。試驗結(jié)果表明:各試件實測滯回曲線均比較飽滿,沒有明顯的剛度退化現(xiàn)象,具有較好的耗能性能;梁端翼緣兩側(cè)增加側(cè)板不僅可以緩解隔板與梁相交的角隅處應力集中現(xiàn)象,而且提高了節(jié)點的延性。運用ansys8.0對各節(jié)點試件在低周反復荷載作用下的滯回性能進行非線性模擬計算,分析軸壓比、核心區(qū)混凝土強度、隔板外伸長度等因素對節(jié)點受力性能的影響。結(jié)果表明:軸壓比和隔板外伸長度對節(jié)點受力性能的影響較大;有限元計算所得的骨架曲線與實測骨架曲線吻合較好。

方鋼管混凝土框架節(jié)點抗震性能的試驗研究——通過對一榀兩跨三層的方鋼管混凝土組合框架在低周反復荷載作用下的模型試驗，研究了方鋼管混凝土框架節(jié)點的抗震性能，對方鋼管混凝土組合框架節(jié)點的合理設計施工提出建議。

基于已有試驗和數(shù)值計算結(jié)果,研究了鋼管混凝土柱(cfst)和鋼梁的復合節(jié)點模型。采用參數(shù)研究法利用有限元分析方法(fea)分析了節(jié)點連接處的彈性剪切剛度和剪切變形,給出了復合節(jié)點連接處包含彈性剪切剛度、剪切強度、剪切變形和滯后準則的遲滯模型。該遲滯模型用于整合基于纖維的節(jié)點宏單元,節(jié)點宏單元通過有限元方法和試驗結(jié)果得到證實。研究了cfst節(jié)點和宏單元框架的整體和局部性能。該模型計算精確,建模方法適當,能夠用于大尺寸和復雜組合結(jié)構(gòu)的抗震性能分析。

方鋼管混凝土柱與鋼梁連接節(jié)點滯回性能的簡化計算模型——本文從鋼管混凝土梁柱節(jié)點的梁、柱及節(jié)點區(qū)域的變形及其彎矩—轉(zhuǎn)角恢復力模型與出發(fā),建立了分析梁端荷載—位移滯回曲線與彎矩—轉(zhuǎn)角滯回曲線的簡化計算模型,利用matlab編制相應的計算程序,計算結(jié)果吻合...

方鋼管混凝土柱的抗震性能試驗研究——通過低周反復加載試驗研究方鋼管混凝土柱的抗震性能，分析了其在水平地震作用下的承載能力、變形能力、剛度退化、耗能能力以及結(jié)構(gòu)的破壞機制，為進一步的理論分析提供參考。同時研究了含鋼率、長細比和軸壓比對方鋼管混凝...

基于現(xiàn)行規(guī)范,設計制作方鋼管混凝土-鋼梁組合框架中間層中柱節(jié)點(╋)、中間層邊柱節(jié)點(┣)、頂層邊柱節(jié)點(┏)三種模型,并進行低周反復荷載作用下的抗震性能試驗。結(jié)果表明:節(jié)點在鋼梁翼緣與側(cè)板連接角隅處產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象;在相同材料和截面尺寸條件下,頂層邊柱節(jié)點比中間層中柱節(jié)點和中間層邊柱節(jié)點提前達到屈服,其極限承載力介于后兩者之間;三種節(jié)點滯回曲線均比較飽滿,具有良好的耗能能力,節(jié)點延性均較好。利用abaqus建立有限元模型,對試件在低周反復荷載作用下的受力性能進行非線性有限元分析,分析結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。在此基礎上,分析軸壓比對節(jié)點承載力的影響。

通過柱端加載的低周反復荷載試驗對8個內(nèi)隔板三邊焊接,而在未焊一邊柱壁板上布置圓柱頭栓釘?shù)姆戒摴芑炷林?h形鋼梁節(jié)點進行了試驗研究,研究了不同軸壓比情況下節(jié)點的破壞模式、延性、耗能性能等。試驗結(jié)果表明,破壞之前節(jié)點具有良好的滯回性能、延性及耗能能力,滿足現(xiàn)行抗震規(guī)范的要求。該節(jié)點可以用于方鋼管混凝土柱兩側(cè)彎矩相差較大時,彎矩較小一側(cè)節(jié)點。提出了相關(guān)的設計建議。

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近年來,方鋼管混凝土柱-鋼梁組合框架結(jié)構(gòu)是在高層建筑中應用較多的一種結(jié)構(gòu)型式.針對汶川地區(qū)一個8層方鋼管混凝土柱-鋼梁組合框架結(jié)構(gòu),以梁柱線剛度比為計算參數(shù),采用pushover分析對該結(jié)構(gòu)地震作用下的性能進行計算分析.研究結(jié)果表明,該組合框架結(jié)構(gòu)的梁柱線剛度比不大于0.46時,具有較好的抗震性能,可為其抗震研究提供一些參考數(shù)據(jù).

http://www.***.*** -1- 鋼骨-鋼管混凝土組合重載柱與鋼梁連接節(jié)點抗震性 能試驗研究1 王清湘，溫宇平 大連理工大學土木水利學院遼寧大連(116024) e-mail：wen_yuping@163.com 摘要：重載柱的節(jié)點設計對結(jié)構(gòu)整體防倒塌能力具有重要意義。本文對一種新型組合重載 柱的節(jié)點進行了低周反復荷載的試驗，對節(jié)點的抗震性能做出了評估，為工程設計提供了依 據(jù)和建議。 關(guān)鍵詞：重載柱；承載力；抗震性能；延性；節(jié)點 中圖分類號：tu398 重載柱的節(jié)點設計對結(jié)構(gòu)整體防倒塌能力具有重要意義。本文研究的重載柱是鋼骨－鋼 管混凝土，即在鋼管混凝土中加入型鋼作為鋼骨。本文研究了重載柱與鋼梁連接節(jié)點在低周 反復荷載作用下的受力性能，試驗總共包含8個試件，對試驗結(jié)果進行分析得出了梁柱節(jié)點 的抗震性能指標，通過對這些指標的

為研究方鋼管混凝土柱與鋼梁連接的隔板貫通式節(jié)點的抗震性能,對4個足尺節(jié)點試件進行了低周反復荷載試驗,分析了各試件的破壞過程及特征,并對節(jié)點的承載力、延性、耗能能力和剛度退化等抗震性能指標進行了深入的研究與分析.結(jié)果表明,隔板貫通節(jié)點滯回曲線飽滿,具有較強的耗能能力;鋼梁翼緣與隔板的連接構(gòu)造對節(jié)點的延性、耗能能力和剛度退化影響較大,倒角放坡型節(jié)點比側(cè)板加強型節(jié)點具有更好的抗震性能;隔板的厚度、澆筑孔徑和鋼管的寬厚比對梁端破壞節(jié)點的抗震性能影響較小,但在試件中澆筑混凝土可以顯著提高節(jié)點剛度,減小核心區(qū)的剪切變形,改善隔板貫通節(jié)點的抗震性能.

目前,在建筑中對于建筑材料抗震性的要求越來越高,因此,對于方鋼管混凝土柱的抗震性能的研究也日益增多。本文通過方鋼管混凝土在建筑應用的需求,根據(jù)一定試驗和經(jīng)驗研究分析方鋼管混凝土柱的抗震性能,并為方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)抗震設計計算理論的建立提供一定的參考。

進行了3榀方鋼管混凝土柱-鋼梁平面框架的低周反復加載試驗,分析了軸壓比和梁柱線剛度比對框架抗震性能的影響。得到了框架的荷載-位移滯回曲線、骨架曲線及各階段的荷載和位移值,分析了框架的破壞特征、延性、耗能能力、承載能力及剛度退化。試驗結(jié)果表明:框架滯回曲線飽滿,具有良好的變形性能和耗能能力;增大軸壓比將降低框架的延性和水平極限承載力,提高框架的耗能能力;增大梁柱線剛度比將降低框架的延性和耗能能力,提高框架的水平極限承載力。試驗結(jié)果可為方鋼管混凝土柱-鋼梁框架的工程應用提供參考。