方鋼管混凝土穿芯螺栓端板節(jié)點抗震性能試驗研究英文

研究梁通柱斷式方鋼管混凝土中節(jié)點在低周反復(fù)荷載作用下的受力性能和抗震性能.該種節(jié)點在節(jié)點區(qū)中斷柱的外鋼管,使鋼筋混凝土梁的縱筋在節(jié)點直通.在節(jié)點區(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)點的低周反復(fù)荷載試驗,研究其不同軸壓比情況下節(jié)點的破壞模式、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)點可以用于方鋼管混凝土邊柱節(jié)點。

通過對6個鋼管混凝土柱-鋼梁全螺栓連接節(jié)點及1個栓焊節(jié)點的低周反復(fù)加載試驗,研究了全螺栓連接節(jié)點的破壞模式、承載力以及延性性能。試驗表明：當試件的彈塑性層間位移角達到規(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端處鋼梁翼緣上出現(xiàn)較小的鼓曲變形,變形幅度遠小于栓焊節(jié)點;全螺栓連接節(jié)點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)點的各組件在地震作用下都能發(fā)揮耗能作用,耗能機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,峰值荷載可達到屈服荷載的2-3倍。

通過對6個鋼管混凝土柱-鋼梁全螺栓連接節(jié)點及1個栓焊節(jié)點的低周反復(fù)加載試驗,研究了全螺栓連接節(jié)點的破壞模式、承載力以及延性性能。試驗表明：當試件的彈塑性層間位移角達到規(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端處鋼梁翼緣上出現(xiàn)較小的鼓曲變形,變形幅度遠小于栓焊節(jié)點;全螺栓連接節(jié)點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)點的各組件在地震作用下都能發(fā)揮耗能作用,耗能機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,峰值荷載可達到屈服荷載的2-3倍。

方鋼管混凝土柱的抗震性能試驗研究——通過低周反復(fù)加載試驗研究方鋼管混凝土柱的抗震性能，分析了其在水平地震作用下的承載能力、變形能力、剛度退化、耗能能力以及結(jié)構(gòu)的破壞機制，為進一步的理論分析提供參考。同時研究了含鋼率、長細比和軸壓比對方鋼管混凝...

對3個方鋼管混凝土柱穿芯高強螺栓-端板節(jié)點試件進行了偽靜力試驗研究。采用有限元程序ansys對節(jié)點進行了循環(huán)荷載作用下的三重非線性有限元分析,研究了軸壓比、混凝土強度、高強螺栓預(yù)拉力、端板厚度及端板加勁肋等因素對節(jié)點滯回性能的影響。結(jié)果表明,軸壓比和混凝土強度對節(jié)點滯回性能影響較小,減小高強螺栓預(yù)拉力將顯著降低節(jié)點的耗能能力,端板加勁肋和端板厚度對節(jié)點性能有明顯的影響,但設(shè)置加勁肋比增加端板厚度對改善節(jié)點性能更有效。試驗與計算結(jié)果表明,穿芯高強螺栓-端板節(jié)點具有很好的強度、剛度、延性和耗能能力。

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,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)點的抗震性能,并對兩類節(jié)點的滯回曲線、骨架曲線、節(jié)點延性及耗能指標等進行對比分析。結(jié)果表明:栓焊連接節(jié)點由于螺栓的滑移致使節(jié)點的剛度較全對焊連接節(jié)點小,螺栓的滑移導(dǎo)致節(jié)點的屈服荷載較全對焊節(jié)點低,且全對焊節(jié)點與栓焊連接節(jié)點相比,承載力較大;兩類節(jié)點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均滿足結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的要求,且全對焊連接節(jié)點的耗能能力大于栓焊連接節(jié)點的耗能能力,抗震性能優(yōu)于栓焊連接節(jié)點。為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù)。

為研究方鋼管再生混凝土柱—再生混凝土梁節(jié)點的抗震性能,對4個不同構(gòu)造措施的方鋼管再生混凝土柱—再生混凝土梁節(jié)點進行了低周反復(fù)加載試驗,對試件破壞過程及模式進行了細致的觀測,并對滯回曲線、骨架曲線、承載能力、耗能能力、延性性能及剛度退化等多項抗震性能指標進行詳細分析,以此揭示不同的節(jié)點構(gòu)造措施對方鋼管再生混凝土柱—再生混凝土梁節(jié)點抗震性能的影響。研究結(jié)果表明:各試件的滯回曲線均較飽滿,試件的受力過程均可分為彈性階段、彈塑性階段和破環(huán)階段；增設(shè)節(jié)點板或加強環(huán)等措施能夠提高試件的承載能力與初始剛度；各試件的平均位移延性系數(shù)在2.42~3.24具有較好的延性性能；各試件在破壞狀態(tài)時的等效粘滯阻尼系數(shù)均在0.50以上,表明該型節(jié)點具有良好的耗能能力；隨著加載目標位移值的不斷增加,剛度退化規(guī)律呈現(xiàn)出先快后慢的特點。

為了研究地震作用下方鋼管混凝土柱-鋼梁角鋼連接節(jié)點的受力性能,設(shè)計了3個梁柱節(jié)點試件并對其進行低周往復(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,從而有效保護節(jié)點核心區(qū)。增加角鋼的厚度對節(jié)點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)點的耗能能力和剛度。該節(jié)點具有較高的承載力、剛度及較大的變形能力,符合抗震設(shè)計理念。

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

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

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(╋)、中間層邊柱節(jié)點(┣)、頂層邊柱節(jié)點(┏)三種模型,并進行低周反復(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)點比中間層中柱節(jié)點和中間層邊柱節(jié)點提前達到屈服,其極限承載力介于后兩者之間;三種節(jié)點滯回曲線均比較飽滿,具有良好的耗能能力,節(jié)點延性均較好。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)點進行了試驗研究,研究了不同軸壓比情況下節(jié)點的破壞模式、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。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)點形式,制作5個隔板貫穿式節(jié)點試件,通過低周反復(fù)加載試驗,探討此類節(jié)點的抗震性能,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)點抗震性能的影響。試驗結(jié)果表明:各試件實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)點的延性。運用ansys8.0對各節(jié)點試件在低周反復(fù)荷載作用下的滯回性能進行非線性模擬計算,分析軸壓比、核心區(qū)混凝土強度、隔板外伸長度等因素對節(jié)點受力性能的影響。結(jié)果表明:軸壓比和隔板外伸長度對節(jié)點受力性能的影響較大;有限元計算所得的骨架曲線與實測骨架曲線吻合較好。

新型方鋼管混凝土框架節(jié)點抗震性能試驗研究——本文介紹了新型方鋼管混凝土柱與鋼梁節(jié)點在低周反復(fù)荷載作用下的試驗結(jié)果，研究了內(nèi)填混凝土、加勁肋長度和梁柱相對尺寸等對節(jié)點抗震性能的影響，并提出了有關(guān)的設(shè)計建議。

通過對4個隔板貫穿式方鋼管混凝土柱-鋼梁連接節(jié)點試件的靜力性能試驗研究,揭示此類節(jié)點的受力機理和破壞形態(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)點承載力和傳力機理的影響.試驗結(jié)果表明,該類節(jié)點具有受力明確,傳力途徑清晰的特點;寬厚比的改變對節(jié)點承載力的影響不大,但對于節(jié)點板剪應(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,遠離脆弱的梁端焊接區(qū),提高了節(jié)點的延性.

提出一種新型穿心高強螺栓-端板方鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點,并對3個節(jié)點試件進行柱端加載的偽靜力試驗研究。利用三維實體單元,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)點進行單調(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)點具有很好的強度、剛度、延性和耗能能力。

進行了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。

根據(jù)試驗和理論研究成果,對方鋼管混凝土柱穿心高強螺栓-端板節(jié)點核心區(qū)的受力機理進行了分析,建立了節(jié)點核心區(qū)的受力模型和屈服機制,推導(dǎo)了節(jié)點核心區(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)點核心區(qū)實際受力狀態(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螺栓-端板節(jié)點試驗?zāi)Ｐ凸?jié)點區(qū)的抗剪承載力,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。

方鋼管混凝土偏壓柱受力性能的試驗研究——以偏心率、長細比和混凝土強度為參數(shù)，通過15根方鋼管混凝土柱的偏心受壓試驗，研究了該種構(gòu)件的受力性能．結(jié)果表明，偏心率和長細比是影響方鋼管混凝土柱承載力的主要因素，隨偏心率增大，緊箍力對提高核心混凝土強度...

提出了允許部分柱屈服的混合型屈服機制,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性能,對方鋼管混凝土柱在低周反復(fù)荷載作用下的力學性能進行了試驗研究,分析了軸壓比、含鋼率、長細比等參數(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.

裝配式鋼管混凝土柱-蓋梁節(jié)點施工簡單、工期短,逐漸在橋梁建設(shè)中廣泛運用。提出一種帶抗剪環(huán)的新型鋼管混凝土柱-蓋梁節(jié)點,介紹裝配式節(jié)點在橋梁施工中的施工工序。設(shè)計7個鋼管直徑超過508mm的大規(guī)模節(jié)點試件,通過低周反復(fù)荷載試驗對6個抗剪環(huán)節(jié)點和1個鋼筋籠節(jié)點進行了地震響應(yīng)分析。對比分析節(jié)點的破壞形態(tài)、有效剛度、延性、滯回性能和極限承載能力等力學特性,得到如下結(jié)論:鋼管混凝土柱出現(xiàn)初始撕裂時的位移隨著構(gòu)件的有效剛度增大而增大,蓋梁的開裂情況則隨著鋼管混凝土柱埋深的增加而減少。埋深相近的情況下,抗剪環(huán)節(jié)點的極限荷載承載力大于鋼筋籠節(jié)點;抗剪環(huán)節(jié)點的整體延性隨著徑厚比d/t的增大而減小。