钢框架梁柱栓焊扩翼-翼缘削弱节点优势分析性能试验

为了对钢框架梁柱栓焊扩翼-翼缘削弱节点的性能优势进行分析,设计制作了3个较大比例的十字节点试件,包括栓焊扩翼-翼缘削弱型节点、单纯削弱型节点和单纯加强型节点,对其进行了低周往复循环加载试验,研究其破坏形态、承载力、延性性能和耗能能力等滞回性能,并用ABAQUS有限元软件对其进行了非线性有限元分析,进一步对比验证试验结果。研究结果表明,3种钢框架梁柱节点均能实现梁端塑性铰外移,保护梁端焊缝,避免节点脆性破坏。栓焊扩翼-翼缘削弱节点比其它两类节点有较好的延性和耗能能力,能够充分发挥加强式节点和削弱式节点的双重优势。     

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。     

Q690板式加强与锥型削弱组合节点抗震性能研究

高强度钢材由于其强度大,变形能力差等原因,将其应用在传统焊接连接中节点虽有较大刚度,但转动能力不足,致使强震下材料的塑性变形很难开展,难以满足高烈度抗震设防区结构的延性需求。基于同步塑性设计理念,对梁翼缘采取"锥型削弱"的改进思路,能有效扩大塑性区屈服面积;结合"板式连接过渡",在提高节点变形和耗能能力的同时,保护柱面梁端焊缝不发生脆性断裂。文中对5个高强钢锥型削弱型节点形式进行了低周往复试验,讨论锥型削弱对节点性能的影响,对比分析了节点的承载力、刚度及延性等关键性能指标。研究结果表明:板式加强与锥型削弱组合节点的塑性变形主要集中在锥型削弱区域,锥型削弱降低了节点的承载力但明显提升了节点的延性,实现塑性铰外移。组合型节点的极限转角均超过0.034 rad,等效粘滞阻尼比大于0.36,分析关键位置处的应变发现,削弱段塑性铰发展不完全,节点的承载力、延性、耗能能力以及转动能力仍有较大的提升潜力。     

抗震结构柱端塑性铰形成机制有限元分析

针对汶川地震中钢筋混凝土结构出现大量的脆性破坏,以抗震结构设计中的塑性铰为研究目标,应用ANSYS程序对框架结构中最易出现塑性铰的节点部位进行了有限元分析。计算中采用了钢筋单元与混凝土单元变形不协调模型。结果显示,引起柱端脆性破坏的原因在于节点部位梁与柱的刚度失衡,柱端延性下降。目前抗震设计规范中的"强柱弱梁"、"强剪弱弯"原则和相关措施,不能保证塑性铰一定出现在梁端,结构抗震设计中常用的本构关系模型有待改进。     

钢框架扩翼型节点抗震性能研究

基于4个梁端翼缘扩大型节点试件和1个传统节点试件的低周循环加载试验,对直接圆弧扩翼型节点和加侧板扩翼型节点2种钢框架扩翼型节点采用ANSYS软件进行了往复荷载作用下的节点性能有限元分析,研究了这2种不同型式的梁端扩翼节点的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、极限荷载、延性和耗能系数等抗震性能,其结果与试验结果吻合较好.研究结果表明,通过合理地设计扩翼截面,圆弧扩翼型节点和侧板扩翼型节点均能有效的将塑性铰移出焊缝热影响区,且较传统节点具有更强的承载力、延性和耗能能力,能满足我国现行抗震规范的要求.另外,圆弧扩翼型节点构造相对简单,扩翼处连接焊缝少,可避免焊接热影响区母材变脆而发生脆性撕裂,其抗震性能要优于梁端翼缘侧板加强型节点.     

合理确定梁端塑性铰弯矩值及改进钢框架梁连接设计

多次强震震害表明,梁破坏时梁端截面并未能形成理想塑性铰,而是在梁柱连接处发生脆性破坏。提出了改进钢框架梁连接设计的具体作法,即局部加大梁端焊缝截面的同时,在梁端一定距离处又适当削弱梁翼缘尺寸,合理确定梁端塑性铰弯矩,按梁两端出现同向塑性铰求出钢框架梁柱连接、梁的拼接处的内力(M、V)作为多遇地震作用下的调整内力设计值,改进梁柱连接、梁拼接的设计,供工程设计和修订相应规范作参考。     

CFRP板条嵌入式加固RC框架节点的抗震性能试验研究及有限元分析

为验证 CFRP板条嵌入式加固方法对提升十字形 RC框架节点抗震性能的有效性,开展了1 个 CFRP板条嵌入式加固节点和1个对比节点的拟静力试验研究.试验结果表明:在核心区及相邻梁端嵌入 CFRP板条可起到类似箍筋的抗剪作用,使得节点由核心区剪切破坏转变为梁端受弯破坏,且梁铰得到转移;构件抗震性能明显提升,承载力和延性分别提高了16．3%和13．7%.同时, 利用 ABAQUS建立试验数据验证的有限元模型,并对节点主要加固设计参数进行影响分析.结果表明,节点承载力随着 CFRP板条面积的增大、板条间距的减小和基体混凝土强度的提高而提高.所提节点加固方法体现出塑性铰转移的抗震设计理念,同时提高核心区抗剪强度和梁端的抗弯强度,可用于 RC节点的抗震加固.     

钢筋混凝土梁柱边节点抗震性能参数分析

通过2个钢筋混凝土梁柱边节点的低周反复荷载试验,从骨架曲线、变形能力和耗能等方面对边节点的抗震性能进行了研究,进一步应用有限元程序ABAQUS对梁柱边节点进行有限元参数分析,研究轴压比和配筋率对节点抗震性能的影响。研究结果表明:随着柱端弯矩增大系数的提高,边节点试件的破坏模式从柱端混凝土压溃破坏转变成梁端塑性铰破坏,现行规范规定柱端弯矩增大系数有效实现了"强柱弱梁"预期设计目标;若边节点试件发生梁端破坏,柱轴压比变化对钢筋混凝土节点承载力和抗震性能影响甚微;随着柱配筋率逐步提高,框架梁梁端出现了塑性铰,显著提高了节点的承载力和抗震性能。     

梁端楔形翼缘连接钢框架抗震性能和抗震设计研究

根据两跨两层梁端楔形翼缘连接钢框架试件的低周反复加载试验,研究了梁端楔形翼缘连接钢框架结构在地震作用下的滞回性能、耗能机制、耗能能力和破坏形态。结果显示,试件破坏模式为延性,塑性铰出现在梁翼缘变化处,远离梁柱交界,梁端楔形翼缘连接钢框架具有良好的抗震性能。针对梁端楔形翼缘连接钢框架的特点,提出了强柱弱梁、强节点弱杆件和节点域抗震设计要求。     

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。     

新型外包加强型节点抗震性能试验研究

为了减小钢筋混凝土(RC)框架-轻钢增层混合结构的鞭梢效应,本文提出了一种用于该类结构的新型外包加强型节点,旨在加强对上部结构的约束,减小上下部结构的刚度突变。为了深入研究其抗震性能,与另一种外包锚固式节点进行了低周往复荷载作用下的对比性试验研究。结果表明:两种节点均表现为梁端塑性铰破坏,并能有效控制裂缝开展;新型外包加强型节点滞回曲线饱满,捏拢速度较慢,并能将塑性铰外移,有效保护了节点核心区,其刚度退化、等效黏滞阻尼系数、耗能能力等各项指标都较外包锚固式节点有不同程度的提升,提高了节点的承载力和刚度,具有更好的抗震性能。本文的研究可以为轻钢增层混合结构的推广应用提供科学依据和技术支持。     

钢管混凝土柱-钢筋混凝土环扁梁节点性能试验研究

本文进行了钢管混凝土柱-钢筋混凝土环扁梁节点的静载和低周反复荷载试验,分析了节点的破坏形态、承载能力、延性、耗能能力等性能。本次试验结果显示,钢管混凝土核心区未发生屈服破坏情况,塑性铰产生于扁梁和环扁梁交界处(静载)和环扁梁上(低周反复荷载),环扁梁与钢管混凝土柱间未发生明显滑移现象;试验节点连接可靠,具有较好的承载力、延性以及耗能能力,能够满足延性抗震设计要求。     

配置600MPa钢筋高韧性混凝土框架中节点变形性能

通过对配置600 MPa级高强钢筋高韧性混凝土框架梁柱中节点进行拟静力试验研究,对比分析高强钢筋高韧性混凝土框架梁柱中节点的破坏特征、节点核心区剪切变形、梁端塑性铰变形及各种变形组成比例等。研究结果表明:配置600 MPa级高强钢筋高韧性混凝土中节点的破坏特征比普通混凝土节点得到显著改善,节点核心区剪切变形得到减小,梁端转动能力得到增加。减小配置600 MPa级高强钢筋高韧性混凝土框架梁柱中节点轴压比或剪压比、增加配箍特征值能够改善节点核心区的剪切变形,提高梁端塑性转角,从而提高配置600 MPa级高强钢筋高韧性混凝土框架梁柱中节点的变形性能。     

反复荷载下混凝土框架柱塑性铰区基于延性的抗剪承载力机理分析

在试验研究的基础上,以框架结构延性设计为目的采用桁架＋拱模型研究了框架柱塑性铰区域抗剪受力机理,分析了,位移延性系数、加载循环次数等因素对框架柱构件塑性铰区域剪切受力性能的影响,并结合试验结果提出了混凝土框架柱塑性铰区域剪切承载力抗震延性设计实用公式,可有效实现结构的延性破坏机制。主要为配合GBJ10-89的修订,该成果已被《混凝土结构设计规范》（GB50010—2003）吸收。     

边框架弱轴加腋连接抗震性能研究

本文提出了一种新型的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接形式,并基于此节点形式设计边框架节点足尺标准试件和加腋试件进行单调荷载试验研究。采用有限元软件ABAQUS对两种节点在单调荷载作用下的受力性能进行模拟对比验证后,对两种节点进行低周反复荷载作用下的有限元模拟分析。研究结果表明:在荷载作用下2种节点均能在梁上形成塑性铰,节点域和工字形柱基本处于弹性状态,说明新型弱轴连接能较好地符合"强柱弱梁"、"强节点弱构件"的抗震设计理念,并具有"强节点域"的特点;采用梁端加腋方式能够增大节点的转动刚度进而提高节点的承载能力,但是其延性较标准试件略有降低;标准试件和加腋试件的塑性转动能力均能达到0.03 rad;加腋试件梁上塑性铰在加强区外侧形成,其梁端上下翼缘焊缝处的应力明显小于标准试件。     

铰接隅撑钢框架抗震性能研究

传统抗弯钢框架的梁柱节点通常设计为刚性连接,这种刚性节点具有很大的抗弯刚度,然而节点延性不足,罕遇地震作用导致节点脆性断裂.研究学者提出了多种解决该问题的思路,例如半刚性连接节点、节点加强或削弱方法使塑性铰外移等.本文提出了一种简化的梁柱节点连接方式-铰接连接,改变梁柱节点的传力方式,在节点处设置隅撑提供框架的抗侧刚度...     

钢框架加腋型节点抗震性能试验研究

为研究十字型加腋节点的抗震性能,按照1∶2比例设计了4个试件,其中3个仅下翼缘加腋,1个下翼缘加腋且上翼缘带压型钢板混凝土组合楼板,并对其进行了低周循环荷载试验。通过试验研究加腋尺寸参数和楼板对抗震性能的影响,研究发现:加腋节点破坏时实现了塑性铰外移,塑性铰在离加腋端约1/3的梁高位置处;改进型加腋节点的滞回曲线均比较饱满,抗震性能良好。塑性转角和总转角均高于具有良好抗震性能的最低标准。随着腋长的增大,加腋节点的承载力变大且塑性转角和总转角均增大,耗能能力有所增加;随着腋高的增大,承载力减小且塑性转角和总转角均减少,耗能能力有所减小。带楼板的抗震性能优于不带楼板的,承载力高于不带楼板的构件但耗能能力有所减小。     

大尺度新型卷边PEC柱-钢梁T形件摩擦耗能型连接中节点抗震试验研究

本文考虑柱轴压力、PEC柱布置方式和钢板组合截面类型等设计参数,对4个大尺度新型PEC柱-钢梁T形件摩擦耗能型中节点试件进行拟静力试验。基于试验数据,分析了试件承载能力、连接力学性能、节点传力机理和破坏模态等抗震性能。研究结果发现:新型卷边PEC柱较大程度增强了核心区混凝土的约束作用,更好满足"强柱弱梁"的抗震设计要求;PEC柱轴压力增大了节点初始转动刚度,其二阶效应降低了节点抗弯承载力,但加快了梁截面进入屈服的损伤进程;预拉对穿螺栓使节点域实现了混凝土斜压带传力机理,相应降低了节点区的抗剪需求,且具有一定的自复位功效;由于T形件对节点的加强作用,使得除试件SLJ3外的其余试件破坏模态均为T形件端部外排螺栓附近钢梁截面充分屈服形成塑性铰的理想延性破坏机构,对应连接转角均大于大震层间相对侧移限值1/30,表明摩擦耗能型连接较好实现了"小震通过摩擦耗散地震能,中大震利用T形件端部外排螺栓附近梁截面屈服耗散地震能"的设计目标。     

混凝土框架柱塑性铰区域剪切破坏形态的试验研究

允许钢筋混凝土框架柱端出现塑性铰但又不形成柱铰破坏机构是一个十分现实而又未得以很好解决的课题。通过10个钢筋混凝土框架柱构件抗震剪切抗力的试验研究，详细研究了塑性铰区的主要破坏形态、主要破坏特征及其发生条件，讨论了构件塑性铰区主要破坏形态的分类标准，为混凝土框架柱的抗震延性设计提供了试验依据。     

锚定式方钢管混凝土柱与钢梁节点抗震性能试验研究

通过低周反复加载试验对6个锚定式方钢管混凝土柱-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、强度及刚度退化等。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。锚定式方钢管混凝土梁柱节点可以用于拉力较小的节点。文中提出了有关的设计建议。