板钉连接CFST柱-RC梁节点梁端塑性铰区受力性能数值模拟

建立竖板-栓钉连接钢管混凝土（CFST）柱-钢筋混凝土（RC）梁节点试件（SSJD）拟静力加载试验有限元模型,并在节点损伤情况、梁端荷载-位移曲线等数值模拟结果与试验结果吻合较好的基础上,进一步开展了RC梁混凝土强度、配筋率ρ_s和连接竖板长度L_b及界面连接情况等对CFST柱-RC梁节点梁端塑性铰区域力学性能的影响。研究结果表明,RC梁混凝土强度对试件SSJD塑性铰区域受力性能的影响较小;适筋范围内RC梁配筋率增加可适当提高试件SSJD承载力和延性;随着连接竖板长度的增加,梁端塑性铰区域外移,梁破坏荷载增大;本研究给出的RC梁与CFST柱之间的界面抗剪承载力模拟值与计算值吻合较好,可用于界面抗剪设计。     

嵌入式钢管混凝土墩柱-盖梁承插节点抗震性能研究

预制装配桥梁采用工厂化预制、现场拼装的施工方法,具有施工质量高、建设周期短和环境扰动少等优点。为满足预制装配桥梁下部结构的建造需求,结合了超高性能混凝土(ultra high-performance concrete, UHPC),提出一种新型的嵌入式钢管混凝土(concrete-filled steel tube, CFST)墩柱-盖梁承插连接节点。开展1∶3缩尺的拟静力试验,揭示节点的损伤发展和失效模式,探究承插深度对节点抗震性能的影响规律,并基于ABAQUS建立节点的精细化数值分析模型。研究结果表明：1.2倍CFST直径的承插深度可保证损伤发生在节点区域以外,盖梁保持弹性状态,通过分析滞回曲线、承插能力和耗能能力等抗震性能指标,验证了新型节点良好的抗震性能;基于试验结果验证了节点数值分析模型可以合理精度预测节点的整体地震响应和承载能力。研究工作可为预制装配桥梁下部结构在中高烈度区的工程应用提供参考。     

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的滞回性能研究

为研究外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,基于外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点低周反复荷载作用下的试验结果和有限元的模拟,分析了两类试验节点的滞回特性,提出外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的三折线恢复力模型及其特征参数的取值范围,并给出恢复力模型表达式。结果表明,试件具有良好的耗能能力,建立的恢复力模型骨架曲线与试验值接近;有限元与试验所得的滞回曲线及骨架曲线在弹性阶段吻合较好,随着荷载的反复,两者之间的差异逐渐增大。     

装配式钢筋混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过对2个新型装配式混凝土框架节点和1个现浇混凝土框架节点进行拟静力试验研究,对比分析装配式混凝土框架节点破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力等指标。研究结果表明:新型装配式混凝土框架节点比普通现浇混凝土框架节点具有较好的滞回性能,较高的耗能能力以及较缓的刚度退化。在满足梁筋锚固长度要求的前提下,预制梁内钢端头长度增加使框架节点抗震性能稍有提高。装配部分后浇混凝土可以提高框架节点的承载能力和刚度。采用ABAQUS有限元软件对节点进行数值模拟,发现模拟结果与试验结果吻合较好。     

不平衡弯矩作用下板柱节点抗冲切性能非线性分析

通过研究不平衡弯矩作用下板柱节点变参数、刚度变化等受力性能的特点和规律,为弥补试验研究的局限性,全面认识板柱节点的受力特征、内力分布规律提供新的研究途径,同时也为工程设计与实践提供理论指导.应用OpenSees(Open System for Earthquake Engineering Simulation)有限元计算平台建立了与试验相同的三维网格梁数值模型,通过数值模拟结果与试验结果的对比分析,验证了有限元分析模型的可行性.对不同的板厚,以不平衡弯矩水平、配筋率及混凝土强度为变参数分别进行了数值模拟.结果表明:数值模拟结果与试验结果吻合较好,不同的不平衡弯矩水平对节点抗冲切性能影响显著,配筋率的变化对构件开裂荷载、极限承载力以及延性影响显著.因此,合理地建立有限元模型可较好地模拟不平衡弯矩作用下板柱节点的受力性能;随着不平衡弯矩水平的增大,极限承载力显著降低,随着配筋率的增大,极限承载力显著增大、延性降低.     

复式钢管混凝土柱-钢梁节点的抗震性能有限元分析

复式钢管混凝土柱具有较高的抗压承载力,在强地震作用下具有很好的防倒塌能力,已广泛用于大跨度桥梁和超高层房屋建筑中。基于复式钢管混凝土柱-钢梁节点的试验研究,合理选择材料本构关系、破坏准则,采用ANSYS软件建立了有限元模型,以研究该类节点在低周往复荷载作用下的抗震力学性能。有限元模拟得到的滞回曲线及骨架曲线与试验结果吻合较好,从而验证了有限元模型的合理性。在此基础上,分析了钢梁及内外钢管在受力过程中的应力分布,探索了此类节点的传力机制及最终破坏形态;最后对该类节点进行参数分析,研究了钢梁强度等级、外方钢管柱强度等级、外方钢管柱壁厚及复式钢管混凝土柱轴压比对节点受力性能的影响,供此类新型节点的试验设计及工程应用参考。     

全装配式预制混凝土结构梁柱组合件抗震性能试验研究

采用足尺模型对比试验方法对现浇高强混凝土梁柱组合件、预制混凝土结构高强混凝土后浇整体式梁柱组合件和高强预制混凝土结构全装配式梁柱组合件在低周反复荷载作用下的开裂破坏形态、滞回特性、骨架曲线、强度与刚度退化特性、耗能能力、节点核心区域的剪切变形、梁端与柱端的转动变形等抗震性能指标进行了系统研究。结果表明：高强预制混凝土结构后浇整体式梁柱组合件与现浇高强混凝土结构梁柱组合件具有相同的抗震能力，全装配式预制混凝土梁柱组合件的抗震性能和主要抗震性能指标与现浇高强混凝土梁柱组合件和预制混凝土结构后浇整体式梁柱组合件存在明显的差异。对于实际工程应用，应采取必要措施增加全装配式节点的耗能能力。     

钢—混凝土组合连续刚构桥墩梁连接节点抗震性能比较研究

钢-混凝土组合连续刚构桥的关键在于墩梁连接节点,设计了双层钢箱混凝土、钢筋混凝土和钢管混凝土等3种不同类型墩柱的连接节点构造形式。基于OpenSees平台建立了墩柱截面纤维有限元模型,并利用双层钢箱混凝土墩柱拟静力试验结果验证了数值模型的有效性,进而基于纤维有限元模型对3种不同类型墩柱节点进行了非线性滞回性能计算分析。结果表明:纤维模型能够模拟拟静力作用下组合连续刚构桥墩梁连接的滞回性能,双层钢箱混凝土墩柱与钢箱-混凝土组合梁连接节点的整体抗震性能要优于钢筋混凝土墩柱和实心钢管混凝土墩柱与钢箱-混凝土组合梁的连接节点,建议的刚性节点构造合理和传力路径明确,可为钢-混凝土组合连续刚构桥设计提供参考。     

新型预制装配框架梁柱节点低周反复荷载试验研究

在凝练国内外已有的研究基础上,创新性的提出了一种新型预制装配混凝土框架梁柱节点,为了能够研究新型节点的抗震性能,对2个预制装配混凝土框架梁柱节点及一个现浇节点进行低周反复荷载试验,新型节点与现浇节点的不同点在于新型节点梁的受力钢筋采用预应力钢绞线进行了替代,2个预制节点的不同点在于梁柱节点核心区处是否设置附加钢筋。通过试验对2个预制节点以及现浇节点的极限承载力、滞回曲线、耗能、层间位移、刚度以及延性进行了测试分析,试验发现预制试件的极限承载力优于现浇试件,滞回环的面积与现浇构件滞回环面积基本相当,说明预制节点的耗能能力及延性基本等价于现浇试件。验证了新型节点可以应用于有抗震设防要求的地区。     

外伸式端板连接型钢-混凝土组合节点恢复力模型研究

通过对7个外伸式端板连接蜂窝钢梁-复合焊接环式箍筋混凝土柱节点组合试件进行低周反复荷载作用下的拟静力试验,分析了不同的螺栓数量、直径以及不同排列方式下节点的抗震性能,建立了该种组合节点的恢复力模型。试验结果表明:螺栓数目多、直径大的试件,抗震性能好;8个螺栓排成四行两列的节点为最合理的节点形式;建议的恢复力模型骨架曲线与试验骨架曲线符合较好,可供外伸式端板连接型钢梁-混凝土柱组合节点组成框架结构的弹塑性地震反应分析参考。     

钢-混凝土叠合梁自锚式悬索桥动力特性测试分析

针对钢-混凝土叠合梁自锚式悬索桥的结构特点,在总结以往大跨径桥梁有限元模型的基础上,采用组合有限元法以梁、板、杆、索单元建立邵阳市桂花大桥三维有限元模型,计算分析获得结构的主要频率和振型。通过现场测试获得大桥环境激励和行车激励作用下的响应时程,分析得到结构的主要频率、振型和阻尼比,引入模态置信因子对计算模态信息和实测模态信息进行比较分析,以验证数值模型和实测结果的准确性。研究结果可为全面了解钢-混凝土叠合梁自锚式悬索桥的动力特性、准确预测结构的动力响应以及类似桥梁的抗震、抗风设计提供重要依据。     

新型竖向连接的带暗支撑预制叠合剪力墙抗震试验研究

为研究得到带暗支撑的预制叠合板剪力墙合理的竖向连接方法,分别设计了1片带钢板暗支撑的局部高阻尼混凝土U型连接预制叠合剪力墙和1片带90°钢板暗支撑的局部高阻尼混凝土预制叠合剪力墙,并设计1片普通钢板暗支撑现浇剪力墙做对比,进行了拟静力试验研究,对比三个试件在受力作用下的承载能力、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、耗能性能、裂缝发展情况以及破坏形态。研究结果表明:采用U型连接的带暗支撑预制叠合板剪力墙与现浇带暗支撑剪力墙的承载能力以及抗震性能基本相近,90°暗支撑的预制叠合板剪力墙在减少钢材用量的前提下也拥有足够的承载能力和良好的抗震性能。     

新型端板螺栓连接框架节点抗震性能试验研究

提出了一种新型预应力混凝土梁、连续复合螺旋箍筋混凝土柱及端板螺栓连接的装配式节点,该节点的基本构造为:采用高强螺栓通过外伸端板将梁与柱装配在一起,并在梁柱中均采用连续复合螺旋箍筋,另在梁中配置预应力筋与普通钢筋,普通钢筋通过墩头与端板焊接在一起,且在节点核心区处采用钢板箍替代箍筋。该节点传力明确,且避免了核心区钢筋纵横交错的现象。为研究该节点的抗震性能,通过拟静力试验对该节点的滞回曲线、延性、高强螺旋箍筋对混凝土的约束作用等进行了分析。试验结果表明:节点破坏前,梁端出现了明显的塑性铰,节点具有较好的延性及耗能能力,且柱子和核心区的损坏程度较小,密配高强螺旋箍筋的约束作用能有效地提高构件的抗剪承载力和结构的变形能力。     

预制预应力混凝土拼装框架梁柱节点抗震性能研究

针对采用预应力钢筋进行干式连接的预制预应力混凝土拼装框架梁柱节点进行抗震性能研究。设计制作了一组节点试件,对其进行低周往复加载试验和数值分析,观测节点变形与破坏特征,得到试件梁端力－位移滞回曲线,分析节点承载力、耗能水平与变形能力。结果表明:通过接缝开合可在较小位移下控制构件的损伤程度,破坏模式以柱端牛腿压剪破坏为主;与现浇混凝土梁柱节点相比,该节点具有良好的变形能力和自复位特征,但是节点整体耗能能力较低;采用简化的基于多折线骨架曲线的本构模型可以对节点的力学性能进行简化等效模拟。     

新型型钢-混凝土组合柱恢复力模型研究

提出一种新型型钢-混凝土组合柱,并对其进行数值模拟分析,研究翼缘厚度、钢管径厚比、轴压比、混凝土强度等参数对该组合柱抗震性能的影响。将新型型钢-混凝土组合柱截面进行合理简化,基于平截面假定建立组合柱正截面承载力计算公式,通过对比试验与模拟数据,发现公式计算结果具有较高精度。进一步提出组合柱截面屈服点、峰值点、破坏点、加载刚度、卸载刚度等特征参数的计算方法,确定恢复力模型的滞回规则,最终建立基于退化三线型模型的新型型钢-混凝土组合柱恢复力模型。将公式计算得到的滞回曲线与试验得到的滞回曲线进行对比,发现二者吻合较好。     

仿古建筑钢-混凝土组合结构枋-柱节点力学性能研究

通过钢-混凝土组合结构形式及在雀替位置处设置黏滞阻尼器,可提升仿古建筑枋-柱节点的力学性能。为研究其力学性能,共设计3个试件,包括2个附设黏滞阻尼器的试件及1个未附设黏滞阻尼器的对比试件,进行快速往复加载试验,分析加载全过程中试件的破坏特性及破坏机制,对其力学特性关键指标进行对比分析,包括恢复力特征曲线、骨架曲线、延性及刚度变化等。试验结果显示：采用钢-混凝土组合结构形式的仿古建筑双枋-柱节点力学性能得到一定幅度的提高;结构破坏时形成梁铰机制,符合抗震设计要求;在阑额与柱连接处设置黏滞阻尼器能有效提升节点的变形性能及承载能力,并在一定程度上抑制试件的刚度退化速率。总体上,结构整体抗震性能有大幅提高。     

预制+现浇装配式地铁地下车站结构地震反应的三维有限元分析

目前对装配式结构的抗震性能研究较少,尤其对装配式地下结构的抗震性能研究尤为缺乏。鉴于此,本文以实际新型预制装配+现浇钢筋混凝土箱型框架式地铁地下车站结构为研究对象,通过建立土-地连墙-装配式地下车站结构的二维和三维两种非线性整体有限元模型,分析了该类新型车站结构的整体抗震性能。结果表明:采用带肋梁预制装配板与现浇钢筋混凝土板的叠合楼板和钢管混凝土中柱的施工工艺能够明显增强结构抗震性能;同时发现二维有限元模型的计算结果高估了车站结构中柱顶底端的地震损伤程度,而低估了车站结构纵梁与中柱连接部位的地震损伤程度。在强地震作用下,建议采用土与地下结构非线性动力相互作用的三维有限元分析模型来真实反应车站结构中柱和纵梁的抗震性能。     

钢管混凝土叠合柱受力性能研究

为研究钢管混凝土叠合柱受力性能,本文首先根据叠合柱截面上的应变发展对其管内外混凝土轴力重分布机理及截面塑性变形能力进行了分析,然后采用条带法编制MATLAB计算程序得到了钢管混凝土叠合柱弯矩-曲率及荷载-位移关系曲线。将理论计算值与试验结果进行对比,验证了条带法分析模型的有效性。在此基础上,分析了名义轴压比n、叠合比m、管外混凝土纵筋配筋率ρ、套箍系数θ、管外混凝土配箍特征值λ各主要参数对钢管混凝土叠合柱管内外混凝土部分轴力重分配关系及构件延性的影响,同时讨论了叠合比、配箍特征值等参数对轴力-水平荷载(n-p)曲线的影响。最后根据参数分析的结果,建议了在满足叠合柱延性需求(u△≥3)的基础上,叠合柱名义轴压比限值及相应的最小配箍特征值,为叠合柱的工程设计提供参考。     

方钢管混凝土柱与钢梁半刚性连接节点的恢复力本构模型

本文在试验研究和有限元模型修正的基础上,对两类方钢管混凝土柱与钢梁半刚性连接节点——缀板连接节点和穿芯螺栓-端板连接节点进行反复荷载作用下的非线性有限元参数分析,结果表明：影响缀板连接节点转动性能的主要因素是缀板的厚度,影响穿芯螺栓-端板连接节点转动性能的主要困索是端板厚度和螺栓直径等。进而通过回归分析建立了上述两类节点弯矩-转角恢复力模型的简化计算公式,可供工程设计与数值简化计算参考。     

方钢管混凝土框架抗震性能试验研究与非线性有限元分析

为研究采用穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的抗震性能,制作了3榀方钢管混凝土框架试件,通过低周反复荷载试验,研究了框架的抗震性能,分析了轴压比、梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响.在考虑几何、材料及接触非线性的基础上,采用有限元软件ABAQUS 6.10对试验框架进行了低周反复荷载作用下的精细化数值模拟.与试验结果的比较表明,数值分析结果与试验结果吻合较好,具有较好的精度,可用于方钢管混凝土框架的分析.基于数值分析结果,剖析了框架梁柱连接节点、柱脚等关键受力部位的应力发展过程,明确了框架的受力机理和破坏机制.