方鋼管混凝土柱穿芯螺栓—端板節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗

通過對6個鋼管混凝土柱-鋼梁全螺栓連接節(jié)點(diǎn)及1個栓焊節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)加載試驗,研究了全螺栓連接節(jié)點(diǎn)的破壞模式、承載力以及延性性能。試驗表明：當(dāng)試件的彈塑性層間位移角達(dá)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(yuǎn)端處鋼梁翼緣上出現(xiàn)較小的鼓曲變形,變形幅度遠(yuǎn)小于栓焊節(jié)點(diǎn);全螺栓連接節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的各組件在地震作用下都能發(fā)揮耗能作用,耗能機(jī)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(yuǎn)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(yīng)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(dá)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(diǎn)形式,制作了兩類帶內(nèi)隔板的方鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點(diǎn),即栓焊連接和全對焊連接。建立同時考慮大變形的幾何非線性、高強(qiáng)螺栓連接的面—面接觸非線性、材料非線性等三重非線性因素的有限元分析模型,通過低周反復(fù)加載有限元分析,研究兩類節(jié)點(diǎn)的抗震性能,并對兩類節(jié)點(diǎn)的滯回曲線、骨架曲線、節(jié)點(diǎn)延性及耗能指標(biāo)等進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明:栓焊連接節(jié)點(diǎn)由于螺栓的滑移致使節(jié)點(diǎn)的剛度較全對焊連接節(jié)點(diǎn)小,螺栓的滑移導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的屈服荷載較全對焊節(jié)點(diǎn)低,且全對焊節(jié)點(diǎn)與栓焊連接節(jié)點(diǎn)相比,承載力較大;兩類節(jié)點(diǎn)滯回曲線均比較飽滿,具有較好的耗能性能,由滯回曲線分析得出的耗能指標(biāo)均滿足結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的要求,且全對焊連接節(jié)點(diǎn)的耗能能力大于栓焊連接節(jié)點(diǎn)的耗能能力,抗震性能優(yōu)于栓焊連接節(jié)點(diǎn)。為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù)。

對3個穿芯螺栓-端板連接節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行了偽靜力試驗研究,研究了軸壓比分別為0.20、0.25、0.30時節(jié)點(diǎn)的滯回性能、強(qiáng)度及剛度退化、延性性能、耗能性能及破壞特征.試驗結(jié)果表明,試件的層間位移延性系數(shù)為2.38~2.45,彈性及彈塑性層間位移角分別為0.0140~0.0158rad、0.341~0.0377rad,能量耗散系數(shù)為2.567~3.820.節(jié)點(diǎn)試件均為梁端形成塑性鉸而破壞,節(jié)點(diǎn)具有很好的強(qiáng)度、剛度、延性及耗能能力,滿足現(xiàn)行抗震規(guī)范gb50011-2001的要求.提出了相關(guān)的設(shè)計及研究建議.

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(yīng)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(shè)計計算理論的建立提供一定的參考。

方鋼管混凝土柱-鋼梁隔板貫通節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗——為研究方鋼管混凝土柱與鋼梁連接的隔板貫通式節(jié)點(diǎn)的抗震性能，對4個足尺節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行了低周反復(fù)荷載試驗，分析了各試件的破壞過程及特征，并對節(jié)點(diǎn)的承栽力、延性、耗能能力和剛度退化等抗震性能指標(biāo)進(jìn)行了深入...

為研究方鋼管混凝土柱與鋼梁連接的隔板貫通式節(jié)點(diǎn)的抗震性能,對4個足尺節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行了低周反復(fù)荷載試驗,分析了各試件的破壞過程及特征,并對節(jié)點(diǎn)的承載力、延性、耗能能力和剛度退化等抗震性能指標(biāo)進(jìn)行了深入的研究與分析.結(jié)果表明,隔板貫通節(jié)點(diǎn)滯回曲線飽滿,具有較強(qiáng)的耗能能力;鋼梁翼緣與隔板的連接構(gòu)造對節(jié)點(diǎn)的延性、耗能能力和剛度退化影響較大,倒角放坡型節(jié)點(diǎn)比側(cè)板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)剛度,減小核心區(qū)的剪切變形,改善隔板貫通節(jié)點(diǎn)的抗震性能.

通過對4個隔板貫穿式方鋼管混凝土柱-鋼梁連接節(jié)點(diǎn)試件的靜力性能試驗研究,揭示此類節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理和破壞形態(tài),探討梁端翼緣兩側(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(diǎn)承載力和傳力機(jī)理的影響.試驗結(jié)果表明,該類節(jié)點(diǎn)具有受力明確,傳力途徑清晰的特點(diǎn);寬厚比的改變對節(jié)點(diǎn)承載力的影響不大,但對于節(jié)點(diǎn)板剪應(yīng)變的影響較大;梁端翼緣兩側(cè)增加側(cè)板可以減緩隔板與梁相交的角隅處應(yīng)力集中現(xiàn)象,使塑性鉸出現(xiàn)梁上,遠(yuǎn)離脆弱的梁端焊接區(qū),提高了節(jié)點(diǎn)的延性.

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(diǎn)的受力性能,設(shè)計了3個梁柱節(jié)點(diǎn)試件并對其進(jìn)行低周往復(fù)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(diǎn)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(fù)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(hù)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)。增加角鋼的厚度對節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)的耗能能力和剛度。該節(jié)點(diǎn)具有較高的承載力、剛度及較大的變形能力,符合抗震設(shè)計理念。

基于現(xiàn)行規(guī)范,設(shè)計制作方鋼管混凝土-鋼梁組合框架中間層中柱節(jié)點(diǎn)(╋)、中間層邊柱節(jié)點(diǎn)(┣)、頂層邊柱節(jié)點(diǎn)(┏)三種模型,并進(jìn)行低周反復(fù)荷載作用下的抗震性能試驗。結(jié)果表明:節(jié)點(diǎn)在鋼梁翼緣與側(cè)板連接角隅處產(chǎn)生應(yīng)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(diǎn)比中間層中柱節(jié)點(diǎn)和中間層邊柱節(jié)點(diǎn)提前達(dá)到屈服,其極限承載力介于后兩者之間;三種節(jié)點(diǎn)滯回曲線均比較飽滿,具有良好的耗能能力,節(jié)點(diǎn)延性均較好。利用abaqus建立有限元模型,對試件在低周反復(fù)荷載作用下的受力性能進(jìn)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(chǔ)上,分析軸壓比對節(jié)點(diǎn)承載力的影響。

通過柱端加載的低周反復(fù)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(diǎn)進(jìn)行了試驗研究,研究了不同軸壓比情況下節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)。提出了相關(guān)的設(shè)計建議。

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(diǎn)形式,制作5個隔板貫穿式節(jié)點(diǎn)試件,通過低周反復(fù)加載試驗,探討此類節(jié)點(diǎn)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(diǎn)抗震性能的影響。試驗結(jié)果表明:各試件實(shí)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(yīng)力集中現(xiàn)象,而且提高了節(jié)點(diǎn)的延性。運(yùn)用ansys8.0對各節(jié)點(diǎn)試件在低周反復(fù)荷載作用下的滯回性能進(jìn)行非線性模擬計算,分析軸壓比、核心區(qū)混凝土強(qiáng)度、隔板外伸長度等因素對節(jié)點(diǎn)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(diǎn)受力性能的影響較大;有限元計算所得的骨架曲線與實(shí)測骨架曲線吻合較好。

當(dāng)前,方鋼管混凝土柱-鋼梁半剛性節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用越來越廣泛,但國內(nèi)對這種半剛性節(jié)點(diǎn)受力性能的認(rèn)識還很不完善。通過4組方鋼管混凝土柱-鋼梁長螺栓式半剛性節(jié)點(diǎn)在低周往復(fù)荷載下受力性能的試驗,探究此類節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理和破壞形態(tài)。通過對4組試驗滯回曲線、剛度退化、延性與耗能指標(biāo)的分析得出此種節(jié)點(diǎn)有良好的耗能性能,可為鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計提供一些參考和借鑒。

提出一種新型穿心高強(qiáng)螺栓-端板方鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點(diǎn),并對3個節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行柱端加載的偽靜力試驗研究。利用三維實(shí)體單元,建立同時考慮幾何、材料及接觸等三重非線性的有限元模型,采用有限元程序ansys對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單調(diào)荷載和循環(huán)荷載作用下的有限元分析。試驗及有限元計算結(jié)果表明,節(jié)點(diǎn)具有很好的強(qiáng)度、剛度、延性和耗能能力。

研究梁通柱斷式方鋼管混凝土中節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下的受力性能和抗震性能.該種節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)區(qū)中斷柱的外鋼管,使鋼筋混凝土梁的縱筋在節(jié)點(diǎn)直通.在節(jié)點(diǎn)區(qū)設(shè)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(diǎn)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(yīng)變關(guān)系.試驗結(jié)果表明:該種節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下性能良好.試件破壞發(fā)生在梁根部,節(jié)點(diǎn)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.

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(diǎn)的低周反復(fù)荷載試驗,研究其不同軸壓比情況下節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)可以用于方鋼管混凝土邊柱節(jié)點(diǎn)。

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

進(jìn)行了3榀方鋼管混凝土柱-鋼梁平面框架的低周反復(fù)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(yīng)用提供參考。

提出了允許部分柱屈服的混合型屈服機(jī)制,允許部分方鋼管混凝土柱屈服耗能,但要求柱不喪失承載力以避免層倒塌,為考察方鋼管混凝土柱屈服后的力學(xué)性能,對方鋼管混凝土柱在低周反復(fù)荷載作用下的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗研究,分析了軸壓比、含鋼率、長細(xì)比等參數(shù)對方鋼管混凝土柱滯回曲線、剛度曲線、延性系數(shù)、塑性變形性能的影響.試驗結(jié)果表明:方鋼管混凝土柱屈服后承載力無明顯下降,具有良好的延性和耗能能力,且隨含鋼率的增加,鋼管混凝土柱的耗能能力和塑性變形能力提高;而隨軸壓比和長細(xì)比的增大,鋼管混凝土柱的耗能能力和塑性變形能力卻相應(yīng)降低.

為了研究碳纖維布加固方鋼管混凝土柱的抗震性能,基于現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范,按1∶2比例制作了3根方鋼管混凝土柱試件模型,其中1根為對比試件,另外2根先經(jīng)碳纖維布加固,再進(jìn)行低周水平荷載破壞試驗,考察了軸壓比對碳纖維布加固效果的影響。試驗結(jié)果表明,碳纖維布加固提高試件極限承載力幅度較小,但能明顯改善試件的延性性能,提高其耗能能力,增強(qiáng)了抗震性能;軸壓比對碳纖維布加固效果有一定影響,隨著軸壓比的增大,碳纖維布加固后的方鋼管混凝土柱的極限承載力提高幅度越大,但位移延性系數(shù)提高率越小,耗能能力下降;從提高極限位移、延性和耗能能力來看,碳纖維布加固方鋼管混凝土柱是一種有效的加固方法。

根據(jù)試驗和理論研究成果,對方鋼管混凝土柱穿心高強(qiáng)螺栓-端板節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的受力機(jī)理進(jìn)行了分析,建立了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的受力模型和屈服機(jī)制,推導(dǎo)了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪承載力計算公式。公式不僅考慮了螺栓和柱軸力對節(jié)點(diǎn)核心區(qū)實(shí)際受力狀態(tài)的影響,而且考慮了鋼管對混凝土的約束作用。用推導(dǎo)的公式計算了3個方鋼管混凝土柱穿心高強(qiáng)螺栓-端板節(jié)點(diǎn)試驗?zāi)Ｐ凸?jié)點(diǎn)區(qū)的抗剪承載力,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。

方鋼管混凝土柱隔板貫通式節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能研究——以方鋼管混凝土柱隔板貫通式節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能為研究對象，采用abaqus進(jìn)行模擬并得到拉伸全過程曲線，比較節(jié)點(diǎn)在不同構(gòu)造形式下的受力性能差異。研究表明，倒圓角型節(jié)點(diǎn)具有較高的承栽力和良好的延性。　　

方鋼管混凝土框架節(jié)點(diǎn)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(fù)荷載作用下的模型試驗，研究了方鋼管混凝土框架節(jié)點(diǎn)的抗震性能，對方鋼管混凝土組合框架節(jié)點(diǎn)的合理設(shè)計施工提出建議。