卷边PEC柱-钢梁(BRS)端板连接组合框架中间层抗倒塌机理数值模拟

为研究卷边PEC柱-钢梁组合框架中间层抗倒塌机理,以采用端板预拉对穿螺栓连接的新型卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)-钢梁(BRS)组合框架中间层子结构试验试件作为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行水平低周往复荷载下倒塌机理的数值模拟。基于计算数据,对比分析试件承载力、抗侧刚度、连接性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点传力机理和破坏机构等抗震性能。结果显示:试件具有较大的承载能力和初始抗侧刚度;卷边PEC框架柱平均分担层间水平剪力,层间变形表现为剪切型变形模式;预拉对穿螺栓实现了部分自复位功效,而梁截面削弱满足了连接的转动能力和结构耗散地震能的需求;试件最终破坏模式为梁端削弱截面处出现塑性铰而使结构形成塑性机构,相应连接转角和试件中间层层间剪切角均超过中震层间侧移限值1/50,表明该结构体系具有良好抗震延性和抗倒塌性能。     

考虑梁端约束CFST柱-RC梁节点耐火性能研究

针对火灾下钢管混凝土(CFST)柱-钢筋混凝土(RC)梁节点的力学性能,建立了火灾下节点温度场和力学场分析的有限元模型,并利用已有试验结果验证了有限元模型的有效性。研究了材料参数、几何参数、荷载参数及梁端约束刚度对CFST柱-RC梁节点耐火极限的影响,重点考察了梁端轴向和转动约束刚度对火灾下CFST柱-RC梁节点弯矩-转角关系、转动刚度和截面内力分布规律的影响。结果表明,CFST柱-RC梁节点在火灾下有两种破坏形态:柱破坏和梁板破坏,梁端约束对CFST柱-RC梁节点耐火极限的影响较小,但梁端轴向约束对火灾下CFST柱-RC梁节点弯矩—转角关系、转动刚度和截面内力分布规律的影响显著。     

钢框架侧板加强型梁柱节点滞回性能研究

提出一种改进型侧板加强型梁柱节点,加强板由矩形柱侧板和直角梯形梁侧板组成,以现有的梁端翼缘侧板加强型节点试验为基础,运用有限元软件ABAQUS对11个不同细部尺寸的改进型侧板加强型节点进行循环加载作用下的模拟分析。研究结果表明,采用上下两块小矩形柱侧板加强的节点模型在循环加载作用下并未出现加强板末端梁截面的屈曲变形,但该截面的应力集中有所减小,塑性变形仍集中在节点域柱腹板上;将上下两块小矩形柱侧板更换为一整块柱侧板后,其承载能力大幅提高,且塑性变形集中在梁侧板加强末端的梁翼缘和腹板上,而节点域处于弹性工作状态,说明该种节点形式可以更好地满足"强节点弱构件"的抗震设计思想;建议柱侧板两端各伸出柱翼缘表面50mm,柱侧板的高度与钢梁截面高度相同,柱侧板厚度取6mm,梁侧板宽度边缘与柱翼缘边缘平齐,端部三角形部分长宽比可取为1∶2~1∶3,梁侧板矩形部分长度可与三角形部分长度相同,或稍大于三角形部分长度。     

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。     

钢板组合PEC柱-削弱截面钢梁组合框架抗震试验研究

为深入研究PEC柱-钢梁组合框架结构体系的抗震性能,设计了1榀两层单跨钢板组合截面PEC柱-削弱截面钢梁组合框架1∶2缩尺试件,并对其进行了低周往复荷载抗震试验。根据实测数据整理,得到了试验滞回特征曲线,并结合试验过程现象记录,分析了试件滞回特性、抗侧刚度退化规律、节点连接性能、耗能与延性和试件破坏模式等力学性能。研究结果表明:试件结构具有较高的承载力和较大的抗侧刚度;采取梁端截面削弱方式可实现梁端塑性铰位置远离节点区,且端板对穿螺栓连接能有效将梁端受拉翼缘拉力转化为对应边对节点区的压力,使得节点区形成了混凝土斜压带传力模式,提高了节点区抗震性能;试件滞回曲线较为饱满,在梁翼缘与端板连接焊缝存在施工缺陷情况下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比分别达到3.50%(推)/4.50%(拉)、2.92(推)/3.21(拉)和0.306,且承载力仍未下降至其极限承载力的85%,即试件结构具有良好的变形、抗震延性与耗能能力;该试件在循环往复荷载下呈现的破坏模式为梁削弱截面部位和PEC柱脚相继形成塑性铰的塑性机构。     

基于能量法的钢骨超高强混凝土柱-混凝土梁节点地震损伤分析

为了研究钢骨超高强混凝土(SRUHSC)柱-混凝土(RC)梁框架节点的地震损伤,在12个框架节点低周反复加载试验基础上,分析损伤发展规律。根据能量等效原理,以框架节点在外力所作功为初始总能量,建立了框架节点地震损伤定量计算方法,并对地震损伤指数增长规律进行了分析。分析了配箍率、轴压比、钢骨形式3种试验参数对地震损伤指数的影响。进而提出了SRUHSC柱-RC梁框架节点的地震损伤评定模型。结果表明:基于能量法建立的地震损伤指数和评定模型,能较好地反映在低周反复荷载作用下SRUHSC柱-RC梁框架节点的损伤状态,该结果可为此类结构的抗震加固修复提供理论参考。     

方钢管混凝土柱—钢梁节点受力性能影响因素数值分析

针对带内隔板的方钢管混凝土柱—钢梁节点的具体情况,建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,研究节点在单调加载和低周反复加载作用下的受力机理,着重分析了钢材强度、混凝土强度等级变化、轴压比大小等因素对节点单调加载和低周反复加载下受力性能的影响,为该节点设计提供理论依据。     

屈曲约束支撑-混凝土框架边节点受力性能分析

可靠的节点连接是屈曲约束支撑混凝土框架结构应用的关键技术之一。利用有限元分析软件ABAQUS对一种用于该结构的节点形式,建立边节点的有限元分析模型。研究在不同受力状态下节点裂缝和变形发展过程,明确节点的极限状态和破坏状态,并系统分析了轴压比、梁配筋率和梁柱线刚度比等对节点承载力和变形性能的影响规律。研究结果表明该节点形式通过适当的设置可以满足"强节点,弱构件"的要求。轴压比对节点的性能影响很小;梁柱线刚度比对节点的弹性和弹塑性性能影响显著;梁配筋率既影响节点的承载力和变形性能,又决定着节点的破坏形式。     

楼板对钢筋混凝土框架结构受力性能影响

汶川8级地震震害调查发现,这次地震中现浇钢筋混凝土框架结构多发生"强梁弱柱"型破坏,这与规范中"强柱弱梁"抗震设计原则相悖。为探究其原因,采用ABAQUS软件对钢筋混凝土带楼板框架和空框架结构进行了侧向加载情况的性能分析。通过对比纵向梁端钢筋应力变化和柱端钢筋应力变化,以及分析不同侧向位移对应的楼板钢筋的应力变化情况,指出楼板对梁端抗负弯矩能力的增强有很大贡献。研究了节点类型、楼板钢筋材性、侧向位移、梁高、梁跨和板厚等因素对纵向梁端处楼板有效宽度的影响规律,提出了负弯矩作用下梁端处楼板有效宽度的取值方法。     

方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲板连接节点抗震性能分析

在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲板式节点进行了低周反复荷载试验,以及在低周反复荷载下的抗震性能分析。结果表明:有限元分析得到的滞回曲线和骨架曲线与试验结果吻合较好;试件破坏为梁端破坏,塑性铰出现在梁端,在梁变截面附近出现了局部屈曲,也与试验结果一致。     

混凝土轴压方柱满足目标抗火可靠指标的建议截面

对混凝土轴压柱抗火计算所用荷载比与其常温设计荷载比的换算关系进行了推导和分析,分别针对耐火等级一级和二级情况下的柱耐火极限要求,给出了四面受火轴压方柱满足目标抗火可靠指标的最小截面取值。研究表明:①常温设计荷载比大致为抗火计算所用荷载比的2～5倍,一般混凝土柱可近似取2.5倍;②荷载比小于0.2时,现行规范给出的300mm×300mm截面柱,在抗火可靠指标不小于目标抗火可靠指标的情况下可以满足二级耐火要求;③荷载比和耐火等级是影响轴压柱最小截面取值的主要因素。     

钢管再生混凝土框架抗震强度与刚度试验研究

为研究低周反复荷载作用下钢管再生混凝土框架的强度与刚度,进行了一榀圆钢管和一榀方钢管的再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架试件的拟静力试验,实测试件的破坏机制、滞回曲线、强度衰减和刚度退化等,探讨单层单跨钢管再生混凝土框架的层间受剪承载力和刚度设计方法。研究结果表明:试件满足了"强柱弱梁、强剪弱弯"的抗震设计要求,滞回曲线基本对称,同级循环位移下试件的强度衰减和刚度退化大致经历一个由多到少再到多的过程。建议采用柱端弹性弯矩法或柱顶塑性铰法或柱底塑性铰法,进行单层单跨钢管再生混凝土框架的层间受剪承载力的设计计算,本文采用的方法可以用于钢管再生混凝土框架初始弹性层间刚度的估算。     

钢管再生混凝土框架抗震破坏机制与性能水准研究

为了研究钢管再生混凝土框架的抗震破坏机制与性能水准,以100%为再生粗骨料取代率,进行了两榀圆、方钢管再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架试件的拟静力试验。实测试件的破坏特征与机制、荷载—位移滞回曲线和荷载—应变滞回曲线等,探讨钢管再生混凝土框架试件基于性能设计的性能水准的确立准则。结果表明:试件呈现出"强柱弱梁、强剪弱弯、强节点,弱构件"的抗震破坏机制。荷载—位移滞回曲线基本对称,呈现出比较饱满的梭形。试件破坏时,柱顶钢管纵向应变均小于屈服应变,柱底钢管纵向应变达到了0.01左右,试件变形能力良好。试件KJ-1和KJ-2梁端的纵向钢筋应变均超过了屈服应变,仅试件KJ-1箍筋应变达到了屈服应变。荷载—钢管横向应变滞回曲线沿着受拉应变轴呈螺旋式发展。基于钢管再生混凝土结构性能设计,划分五档性能水准,确立了水平位移角和损伤指标限值。     

单调荷载作用下顶底角钢梁柱连接的受力性能

运用ANSYS有限元软件,建立了顶底角钢梁柱连接节点的三维有限元模型,并对模型进行了非线性有限元分析,得到了顶底角钢梁柱连接节点的承载力和极限变形状态;深入分析了高强螺栓预紧力以及角钢与梁、柱间的接触压力等节点组件之间的力学特性,获得了试验难于测得的分析结果,可供工程设计参考。     

钢框架连续倒塌动力效应研究

为了研究钢框架连续倒塌动力效应,采用瞬时加载法对平面和空间钢框架柱失效后动力效应进行了研究。采用基于等效塑性转角和等效竖向位移的荷载增大系数来衡量结构的动力效应,分析跨数、层数、高宽比、柱失效位置、节点转动刚度及空间作用等参数对结构动力效应的影响,研究成果可为抗连续倒塌设计提供参考。     

外包钢板加固混凝土框架节点应用与抗震分析

结合工程实例介绍了外包钢板加固混凝土圆形截面柱与矩形截面梁框架节点的施工方法,参照相关规范探讨了加固前后节点核心区的抗剪承载力计算公式,利用ABAQUS软件分别对工程实例的框架梁柱十字形节点、节点核心区进行了低周反复荷载作用下的抗震性能分析,结果表明:节点核心区的抗剪承载力加固后比加固前提高40%以上、并且有限元软件分析结果与理论公式计算结果比较吻合;在低周反复荷载作用下加固后与加固前相比,滞回曲线更加饱满、延性系数更大,说明加固后框架梁柱节点的耗能能力、塑性变形能力和抗震性能均比加固前得到了明显的提高,相比而言,用节点核心区的滞回性能更能准确反映节点的抗震耗能能力。     

约束钢筋混凝土十字形柱的高温轴力分析

利用结构抗火分析软件SAFIR,研究了高温下约束十字形柱的轴力变化过程,考察了众多参数对该过程的影响规律,初步建立了其实用计算方法。研究结果表明:1荷载比、轴向约束刚度比、转动约束刚度比、荷载偏心率、截面尺寸对该变化过程影响较大,而柱长度、材料强度、混凝土保护层厚度、配筋率则对该过程影响较小。2随着轴向约束刚度比增加,轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值均逐渐增大,且后者的增大效应相比前者更为显著。3有无转动约束存在对轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值影响有限,非零转动约束刚度比的大小对轴力变化系数随升温时间的变化过程影响很小。4随着荷载比增加,轴力变化系数峰值迅速减小,这一趋势对于偏压柱更为显著;随着荷载偏心率增加,轴力变化系数迅速增大。由于火灾中相邻构件之间相互约束作用的客观存在,正确把握高温下约束构件的内力变化过程对科学解释其真实火灾行为是必要的。     

火灾下钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接的力学性能

为了研究钢管混凝土框架梁柱半刚性连接的抗火性能,利用ABAQUS软件进行了火灾作用下钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接节点的热力耦合性能的数值模拟。确定了高温下钢材和核心混凝土的材料本构关系模型,建立了考虑楼板影响的钢管混凝土框架外伸端板连接节点的有限元计算模型,对三面受火和外荷载共同作用下节点的受力全过程进行了分析。详细分析了荷载比、螺栓预紧力、防火保护层厚度、材料特性、构件几何尺寸等参数对节点耐火极限的影响。结果表明,荷载比、螺栓预紧力、防火保护层厚度和钢梁截面高度对组合节点耐火极限的影响较显著。该研究结果将为火灾下半刚性钢管混凝土框架的设计理论提供科学依据。     

水平加劲肋对刚性梁柱全焊节点力学性能的影响分析

梁柱节点是钢框架的关键连接部分,其连接性能直接影响框架结构在荷载作用下的整体行为。采用有限元法对刚性梁柱全焊节点的力学性能进行数值模拟,分析不同受力条件下全焊节点的力学行为,揭示不同弯矩作用时刚性梁沿长度方向的Mises应力变化特性,并对比分析有无水平加劲肋对全焊节点位移和Mises应力的影响规律。结果表明:有水平加劲肋的全焊节点总位移明显小于无水平加劲肋的,弯矩为65kN·m时,有水平加劲肋与无水平加劲肋全焊节点位移差值出现突变,且有水平加劲肋时,全焊节点转角随着所施弯矩的增大近似呈指数变化;无论有无水平加劲肋,Mises应力值从悬臂梁自由边缘到梁柱连接节点逐渐增大,梁与柱连接节点的Mises应力值较大,柱腹板节点域的Mises应力值最大。对比发现,有水平加劲肋时,悬臂梁及柱腹板节点域的Mises应力明显小于无水平加劲肋时的。由此可见,水平加劲肋可有效提高刚性梁柱全焊节点的承载能力,并有效防止节点处应力集中。     

方钢管混凝土柱—钢梁节点抗震性能数值分析

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作了两类带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点,即栓焊连接和全对焊连接。建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,通过低周反复加载有限元分析,研究两类节点的抗震性能,并对两类节点的滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能指标等进行对比分析。结果表明:栓焊连接节点由于螺栓的滑移致使节点的刚度较全对焊连接节点小,螺栓的滑移导致节点的屈服荷载较全对焊节点低,且全对焊节点与栓焊连接节点相比,承载力较大;两类节点滞回曲线均比较饱满,具有较好的耗能性能,由滞回曲线分析得出的耗能指标均满足结构抗震设计的要求,且全对焊连接节点的耗能能力大于栓焊连接节点的耗能能力,抗震性能优于栓焊连接节点。为钢管混凝土结构设计提供了理论依据。