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。     

可更换耗能板自复位梁柱节点静力性能研究

为提高装配式结构梁柱节点自复位性能和安装便捷性,基于损伤控制、震后更换和模块化装配的设计理念,提出了一种新型可更换弧形耗能板栓接自复位梁柱节点。建立了焊接节点、螺栓连接节点、狗骨形耗能板自复位节点以及新型可更换弧形耗能板自复位节点的精细化有限元模型,对其静力性能进行对比分析,并研究了所提新型连接节点的钢绞线初始预紧力大小、弧形耗能板的半径和厚度以及耗能板构造形式等参数对节点的承载力、自复位特性和耗能性能影响规律。研究表明：提出的新型节点初始刚度与焊接节点刚度基本相同,最大承载力优于焊接和栓接节点;新型节点的滞回曲线呈“旗帜形”,表现出良好的自复位性能;钢绞线初始预紧力太大会降低节点自复位性能;弧形耗能板的厚度和半径可调控节点承载力、自复位性能以及耗能能力;较狗骨形耗能板,弧形耗能板对自复位节点主体结构有更好的保护作用。     

模块化装配式钢连梁-混合联肢墙节点抗震性能研究

借鉴模块化装配式多高层钢结构的优势,提出一种全螺栓连接的模块化装配式钢连梁-混合联肢墙结构体系。为研究该体系梁墙连接节点的受力性能,设计了6个该类型节点、1个暗柱焊接节点和1个端板螺栓连接节点,并利用有限元软件ABAQUS建立了节点的有限元模型,基于已有试验进行了验证。在此基础上研究了连接方式、变形形态、端板厚度对节点抗震性能的影响。研究表明,模块化装配式钢连梁具有较高的承载力及延性,当钢连梁设计为弯曲屈服时,螺栓连接节点中翼缘相对位移由翼缘螺栓抗拉承担,螺栓变形较小,传力效率较高,更容易形成受力明确的屈服耗能段。当钢连梁为剪切屈服时,由于钢连梁腹板接触面的相对滑移,传力效率降低,刚度退化较快。端板设置能够有效抑制节点区混凝土开裂速度,显著提高节点后期刚度,对节点抗震性能有明显改善。     

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.     

模块化外框内箱结构抗震性能分析

基于《集装箱模块化组合房屋技术规程》中的要求,为提高模块化集装箱建筑的抗震性能,增加房屋的使用高度,提出了一种外框内箱结构,其由外框柱、外框梁和模块化集装箱拼装组成。为验证外框内箱结构的抗震性能,对六层传统集装箱结构和外框内箱结构进行了数值仿真分析,对比分析两种结构的层间位移角和构件应力分布等。结果表明:外框内箱结构竖向刚度分布均匀,受力更加合理,传力更加明确,能有效地减小内部集装箱构件内力,其能更好的实现结构"强柱弱梁和强节点"需求,提高结构的安全性和可靠性。     

外伸式端板连接钢-混凝土组合节点抗震受剪承载力

为了进一步研究外伸式端板连接型钢-混凝土组合节点的受力特点、破坏形态以及节点的抗震受剪性能,进行了7个外伸式端板连接节点的低周反复荷载作用的试验,对其破坏形态进行了分析,提出了可供实际工程参考使用的节点核心区抗震受剪承载力计算公式;对比分析了不同的螺栓数量、排列方式和螺栓直径的节点抗震受剪承载力值及耗能能力,给出了相同的螺栓排列方式,指出螺栓直径大的其抗震承载力高,并指出三行三列螺栓排列方式的节点是外伸式端板连接钢-混凝土组合节点最为合理的节点形式。     

钢管混凝土柱新型节点受力性能试验研究

钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱节点受力性能是影响钢管混凝土柱结构应用最关键的问题，本文针对某电信枢纽中心的工程实践，提出了穿心牛腿＋环梁的新型节点构造形式，并依据相似原理进行了静载及反复荷载下节点模型试验研究。试验研究表明，该节点传力路线明确，合理，受力性能较好，根据试验结果改进的新型节点已用于工程实践。     

复式钢管混凝土外肋环板节点抗剪承载力研究

在已有理论和试验研究的基础上,对复式钢管混凝土外肋环板节点的抗剪受力性能进行分析。建立了节点核心区的抗剪受力模型,将节点域抗剪贡献分为三部分:节点域内外钢管腹板的抗剪贡献、节点主要连接件竖向肋板与锚固腹板的抗剪贡献以及节点域混凝土的抗剪贡献,推导了复式钢管混凝土柱节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的计算公式,为复式钢管混凝土柱节点的工程设计提供承载力计算方法。理论得到的节点屈服剪力和极限剪力值与试验结果进行了对比,并提出抗剪能力储备系数这一新指标反映节点的抗剪切破坏能力,量化地解释了节点发生梁铰破坏后抗剪能力的安全储备。得出此类新型节点在破坏时抗剪储备能力充足,可保证节点达到良好延性的破坏模式,说明节点设计符合强剪弱弯的抗震设计原则。     

基于性能提升的螺栓-组件连接抗倒塌分析

框架竖向承重构件失效后,节点的性能决定了荷载是否能可靠地传递给相邻构件。栓焊刚性连接具有较高的初始刚度,在大变形条件下梁端母材易过早断裂,悬链线机制的发挥无法保证;顶底角钢腹板双角钢半刚性连接虽然具有较大变形能力,但在早期小变形阶段承载力偏低,性能有所不足。为全面提高节点的抗倒塌性能,设计了1种螺栓-组件连接节点,通过建立理论模型与数值模型进行相互验证,对该连接方式的抗倒塌性能进行了细致分析。结果表明:螺栓-组件连接子结构初始阶段承载力高于栓焊连接,并且在过渡阶段稳定上升,具有较大的转动变形能力。通过将梁腹板局部加厚,可使其在大变形条件下的承载力高于双腹板顶底角钢半刚性连接,抗倒塌性能优越。该新型连接节点传力明确,各组件工作性能合理高效,理论分析表明组件约束长度β、壁厚h和滑道长度d是影响其抗倒塌性能的关键因素,并给出了设计建议。     

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。     

方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点抗剪承载力分析

为研究方钢管混凝土柱-H型不等高钢梁框架节点的抗剪承载力,分析其破坏机理,建立适用于不等高钢梁节点的抗剪计算模型,提出了节点的抗剪承载力计算公式,比较了基于不同抗剪模型建立的抗剪承载力计算值与试验值的差异性。结果表明:节点域的破坏模式主要为上核心区的剪切斜压破坏;节点域抗剪承载力主要由钢管腹板、核心区混凝土主斜压杆及约束斜压杆共同承担。对比分析表明:提出的节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力理论公式计算值更为接近试验值,验证了方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点传力机理和承载力计算公式的正确性。     

门式刚架改良型节点抗震性能分析

轻钢门式刚架结构具有自重轻,抗震性能好等优点。然而,现行门式刚架节点的构造和受力性能并不理想,为了改善门式刚架节点受力性能,文中在研究传统节点的基础上提出改良型节点形式,用ANSYS软件进行循环荷载作用的滞回性能检验、比较,对关键部位进行应力分析。结果表明,改良后门式刚架节点承载力有了大幅的提高,抗震性能也有了明显的改善,为工程应用和理论研究提供了宝贵的资料。     

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。     

锈蚀钢筋混凝土框架中节点抗剪强度研究

随着服役时间的增长，侵蚀环境下钢筋混凝土框架节点因钢筋发生不同程度的锈蚀而造成承载性能下降，严重影响建筑结构的安全使用。本文在已有钢筋混凝土框架节点抗剪强度理论模型的基础上，考虑钢筋锈蚀对框架节点受力性能的影响，建立锈蚀钢筋混凝土框架中节点受剪承载力计算公式。通过11组锈蚀钢筋混凝土节点试验数据，对建议理论模型进行验证。研究结果表明，锈蚀钢筋混凝土节点受剪承载力试验值与理论计算值之比的平均值为0.951，方差为0.075，二者吻合较好，本文建议的计算方法可用于锈蚀钢筋混凝土框架中节点承载力分析。     

高强混凝土剪力墙非线性有限元分析

为适应高强材料在土木工程结构中的应用发展需要,本文研究高强混凝土剪力墙在不同参数影响下的受力状态、应力分布以及承载力的变化规律,为高强混凝土剪力墙设计提出合理建议.利用有限元分析软件对高强混凝土剪力墙进行模拟分析,并将模拟结果与试验结果进行对比.在确定数值分析结果的正确性后,进行不同轴压比、剪跨比及不同配筋条件下该类构件数值模拟分析,以研究各参数对高强混凝土剪力墙延性的影响.明确各参数对高强混凝土剪力墙受力性能的影响效果,得出高强混凝土剪力墙承载力随各参数变化的规律.     

Q690高强钢T-stub节点力学性能有限元分析

基于Q690高强钢焊接T型节点拉伸试验结果,通过ABAQUS程序对节点进行了有限元分析,获取了节点荷载-位移曲线、初始刚度以及塑性承载力,并与试验结果进行了对比。结果表明:在弹性阶段,计算曲线与试验曲线吻合较好,而屈服阶段计算曲线与试验曲线存在一定差异,但其塑性承载力与试验值吻合良好,表明采用简化方法模拟T型节点拉伸性能的有效性。在此基础上,分析了翼缘板尺寸效应、螺栓直径和强度等级等主要因素对节点螺栓力的影响规律,发现螺栓直径和翼缘板厚对螺栓力影响较大,螺栓力极值约为相应螺栓预拉力的1.62倍左右。提高螺栓强度等级对螺栓力极值影响程度甚微,增幅不足5%。当螺栓边距小于螺栓中心线到腹板边的距离时,螺栓边距变化对螺栓力增幅影响程度较大;当螺栓边距大于螺栓中心线到腹板边的距离时,螺栓力增幅基本保持不变。     

基于软化拉-压杆模型的RC空间边节点抗剪承载力计算方法

实际地震作用是多维的、随机的,框架节点在2个方向同时受力,其抗震能力相比于单向地震作用会降低。目前,对节点核心区在2个方向同时受力时抗剪承载力的研究尚未完善。在双向受力下,节点核心区2个方向传来的剪力形成合剪力作用面,在节点核心区内部形成不同于单向受力下的斜向斜压杆。本文基于软化拉-压杆模型,针对水平双向受力相同的空间边节点,在合剪力作用面内建立抗剪承载力计算模型,确定空间边节点核心区斜压杆以及钢筋拉杆的计算方法。利用有限元软件建立不同参数空间边节点模型,并收集部分空间节点试验数据,将剪力计算值与模拟值或试验值进行对比。结果表明,基于软化拉-压杆模型建立的双向受力下钢筋混凝土框架,其边节点抗剪承载力计算值与模拟值或试验值吻合良好。     

带端板方钢管再生混凝土短柱中心局部承压性能试验研究

考虑局压面积比和端板刚度这2个变化参数,对6根带端板方钢管再生混凝土短柱进行了轴向局部加载试验。通过试验,观察了试件受力的全过程和破坏形态,得到了荷载-位移曲线、应变分布情况以及试件承载力等重要数据,并分析了变化参数对其承载性能的影响。结果表明:试件受力过程和破坏形态与相应的普通方钢管混凝土柱基本类似;随着局压面积比的增大,试件局压弹性模量有所降低,极限承载力降低明显;随着端板刚度的增大,试件局压刚度增加显著,而荷载-位移曲线下降段则更为平缓,极限承载力得到提高,但增幅有所减缓;局压面积比越小,端板刚度越大,试件受力与全截面受力越接近。最后,基于试验数据分析,并考虑主要参数影响,给出了其中心局部承压承载力的计算公式,计算值与试验值吻合较好。研究结果可为工程应用提供参考。     

考虑力组合效应的钢框架端板连接力学行为

为研究不同力组合效应对平齐端板连接力学行为的影响,采用ABAQUS程序建立不同受力情况下连接的非线性简化有限元模型,通过与国内外典型试验结果对比分析,验证了有限元模型的可靠性。基于此通过考虑8种力组合因素的影响,分析了2种不同钢等级的梁柱节点力学行为,进一步讨论了EC3 Part 1-8规范的适用性。结果表明:简化有限元模型在弯矩-转角曲线、破坏形态、初始刚度和塑性抗力等方面与试验结果吻合良好。框架梁轴力对节点的力学行为影响显著,当轴拉力为20%的框架梁轴向塑性抗力N_pl时,高强钢节点的刚度和强度分别降低68%和52%;当轴压力为-20%N_pl时,刚度和强度分别增加89%和42%。此外节点的滞回耗能能力、破坏模式以及分类属性与梁轴力水平密切相关。对于高强钢梁柱平齐端板节点,EC3规范对框架梁轴压力的限值仍过于保守。研究结果对于提高结构的抗倒塌能力和组合力作用下的理论研究具有重要参考价值。     

海洋石油隔水管承载力动测分析研究

海洋石油隔水管具有长径比大和壁厚较薄等突出特征。采用动力试验检测隔水管竖向承载力时常常忽视残余应力的影响,导致结果准确性低。依托某实际工程,开展隔水管现场动力试验和波动拟合计算承载力研究,分析连续锤击下管土体系动力响应特性以及残余应力产生和作用机理,提出残余应力分析方法。通过承载力和压、拉应力计算及其对比分析可知,考虑残余应力的计算结果更能反映管土体系实际受力状态,可有效地修正上部土阻力高估和下部土阻力低估导致的误差,以提高计算承载力和应力分布的准确性。试验结果表明,考虑残余应力时隔水管承载力略高于不考虑残余应力结果;压应力在隔水管上部低于而在下部高于不考虑残余应力结果;拉应力结果与压应力相反。研究成果对隔水管在海洋石油钻井工程中安全应用方面具有十分重要的现实意义。