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复式钢管混凝土外肋环板节点抗剪承载力研究

世界地震工程 2018年第1期34卷 24-30页

作者：张玉芬王富朱戈北方工业大学土木工程学院北京100144

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... 详细信息

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。

关键词：复式钢管混凝土外肋环板节点节点域抗剪承载力抗剪能力储备系数

方钢管混凝土柱-钢梁外肋环板节点承载力试验研究

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建筑结构学报 2009年第S2期30卷 213-218页

作者：赵全斌杜刚苗纪奎林彦陈志华天津大学建筑工程学院天津300072 山东建筑大学土木工程学院山东济南250014 山东建筑大学建筑城规学院山东济南250014

为研究方钢管混凝土柱与钢梁受拉翼缘连接的结构性能,对新型节点-外肋环板节点梁翼缘受拉模型的传力机理进行了分析,提出了基于屈服线理论的节点承载力计算公式。采用正交试验法设计了10个节点模型试件并进行静力拉伸试验,研究了方钢管... 详细信息

为研究方钢管混凝土柱与钢梁受拉翼缘连接的结构性能,对新型节点-外肋环板节点梁翼缘受拉模型的传力机理进行了分析,提出了基于屈服线理论的节点承载力计算公式。采用正交试验法设计了10个节点模型试件并进行静力拉伸试验,研究了方钢管混凝土柱与钢梁翼缘连接的结构性能,介绍了各试件的破坏过程及特征,并对节点承载力实测值和理论计算值进行了比较分析。研究结果表明,外肋环板节点梁翼缘受拉模型具有较高的承载力和良好的延性,影响节点承载力的主要因素是竖向肋板的截面尺寸,水平环板的宽度对节点的承载力影响不大,但在钢管中填充混凝土有利于提高节点的屈服承载力和刚度,理论分析提出的计算公式较好的预测了节点模型的屈服承载力。

关键词：方钢管混凝土柱外肋环板节点屈服线理论静力拉伸试验屈服承载力

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方钢管混凝土柱-H型钢梁外肋环板节点研究

工业建筑 2005年第10期35卷 61-63,78页

作者：陈志华苗纪奎天津大学建筑工程学院天津300072

在分析方钢管混凝土柱-H型钢梁框架3种刚接节点的构造形式和特点的基础上,提出了一种新型刚接节点———外肋环板节点。以外肋环板节点梁翼缘受拉模型为对象,分析了节点的受力传力机理,并基于屈服线理论,推导出了梁翼缘受拉模型的屈服... 详细信息

在分析方钢管混凝土柱-H型钢梁框架3种刚接节点的构造形式和特点的基础上,提出了一种新型刚接节点———外肋环板节点。以外肋环板节点梁翼缘受拉模型为对象,分析了节点的受力传力机理,并基于屈服线理论,推导出了梁翼缘受拉模型的屈服承载力计算公式,为这种新型节点今后的研究和工程应用提供了依据。

关键词：方钢管混凝土柱 H型钢梁外肋环板节点节点环板屈服线理论承载力计算构造形式传力机理工程应用

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方钢管混凝土柱与H钢梁的外肋环板节点研究

方钢管混凝土柱与H钢梁的外肋环板节点研究

作者：苗纪奎天津大学

学位级别：硕士

近年来,方钢管混凝土柱与H钢梁形成的框架结构体系已经成为住宅钢结构的一个主要发展方向。但目前相应的规范、规程中适用于这种新型结构体系的节点形式比较少,在一定程度上制约其工程应用。为配合方钢管混凝土结构的推广和相关设计规... 详细信息

近年来,方钢管混凝土柱与H钢梁形成的框架结构体系已经成为住宅钢结构的一个主要发展方向。但目前相应的规范、规程中适用于这种新型结构体系的节点形式比较少,在一定程度上制约其工程应用。为配合方钢管混凝土结构的推广和相关设计规程的推出,本文按铰接、半刚接和刚接三种节点类型总结了目前常用节点的形式和受力特点,并简要介绍了刚接节点的研究现状。在此基础上提出了一种新型刚接节点-外肋环板节点,并对其力学性能从理论和试验两个方面进行了研究。本文首先对外肋环式节点梁翼缘受拉模型的传力机理进行了分析,提出了基于屈服线理论的节点承载力计算公式。然后通过十个节点模型试件的静力拉伸试验,研究了方钢管混凝土柱与钢梁翼缘连接的结构性能。介绍了各试件的破坏过程及特征,分析了节点域的应力传递机制,并对节点承载力实测值和理论计算值进行了比较分析。研究结果表明,外肋环板节点梁翼缘受拉模型具有较高的承载力和良好的延性,在钢管中填充混凝土有利于提高节点的屈服承载力和刚度。理论分析提出的计算公式较好的预测了节点模型的屈服承载力。为研究外肋环板节点的抗震性能,本文对三个十字型足尺试件进行了拟静力试验。介绍了各试件的破坏过程及特征,分析了节点域的应力传递机制。然后根据实测的滞回曲线,对节点的承载力、延性、耗能能力、强度退化、刚度退化等抗震性能指标进行了详细的比较分析。分析结果表明,外肋环板节点构造措施简单合理,具有较好的抗震性能。通过空钢管试件和填充混凝土试件的对比分析,表明在钢管中填充混凝土有利于改善节点的抗震性能。本文经过试验和分析后认为:外肋环板节点传力可靠、构造简单、因而具有广阔的应用前景。

关键词：方钢管混凝土柱 H型钢梁外肋环板节点承载力计算公式静力拉伸试验拟静力试验抗震性能

方钢管混凝土柱外肋环板节点拉伸试验的有限元分析

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方钢管混凝土柱外肋环板节点拉伸试验的有限元分析

负载下方钢管柱-H型钢梁节点焊接加固力学性能研究

第十六届全国现代结构工程学术研讨会

作者：冯昌喜荣彬刘清韩风霞天津大学建筑工程学院滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室新疆大学建筑工程学院

随着矩形钢管混凝土柱-钢梁组合框架结构在土木工程中的广泛应用,钢管混凝土柱与H钢梁连接节点受到许多研究学者关注,并被应用于实际工程中。国内外学者针对不同构造形式的节点进行了试验研究或理论研究,并取得了大量成果。本文对一种... 详细信息

随着矩形钢管混凝土柱-钢梁组合框架结构在土木工程中的广泛应用,钢管混凝土柱与H钢梁连接节点受到许多研究学者关注,并被应用于实际工程中。国内外学者针对不同构造形式的节点进行了试验研究或理论研究,并取得了大量成果。本文对一种新型节点方钢管混凝土柱外肋环板节点的静力拉伸试验进行非线性有限元模拟,考察了外肋环板的承力机制和节点域破坏形式。钢梁传来的拉伸荷载在节点域内主要依靠方钢管柱壁、水平环板和竖向肋板传递;方钢管柱壁塑性区主要集中在方钢管柱壁和水平环板的邻近区域;水平环板的塑性区域主要集中在圆弧倒角至钢管柱壁外侧连线附近区域;竖向肋板的应力水平沿静力拉伸荷载作用方向整体上呈带状均匀分布,塑性区主要集中在竖向肋板、方钢管柱壁和水平环板三者相互接触的两个角落部分附近区域。

关键词：方钢管混凝土柱外肋环板节点静力拉伸试验有限元分析

来源： cnki会议评论

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负载下方钢管柱-H型钢梁节点焊接加固力学性能研究

作者：赵昱璐天津大学

学位级别：硕士

钢结构具有强度高、自重轻等优点,被广泛应用于工业和民用建筑中,但随着时代的发展,一部分已有钢结构建筑需要进行加固,负载下焊接加固方法最为常用。目前钢框架结构中缺乏对方钢管柱-H型钢梁节点负载焊接加固的深入研究。本文对方钢管... 详细信息

钢结构具有强度高、自重轻等优点,被广泛应用于工业和民用建筑中,但随着时代的发展,一部分已有钢结构建筑需要进行加固,负载下焊接加固方法最为常用。目前钢框架结构中缺乏对方钢管柱-H型钢梁节点负载焊接加固的深入研究。本文对方钢管柱-H型钢梁节点提出了一种新型加固方式——外肋环板节点。通过试验、ABAQUS有限元模拟与理论分析结合的方法研究其力学性能。设计了加固节点与未加固节点的对比试验,来研究采用外肋环板加固方式的加固效果。对每组节点进行静力和拟静力加载,结合有限元模型验证,发现加固节点的抗弯承载力能达到未加固节点的2倍,且抗震性能较好,加固有效。进行了不同柱轴压比下节点加固试验,研究柱负载对焊接加固节点的影响,发现节点承载力随应力比增大而减小;通过有限元参数化分析,以承载力下降幅度为标准确定了静力工况下焊接加固前柱初始应力比应控制在0.7以下。并且,进行了2组不同角钢长度的节点加固试验,结合有限元计算,发现角钢不包裹节点核心区会使屈服承载力减小约10%-15%。分析了焊接加固试验中各构件的应变和变形,发现肋板与柱壁焊接时,肋板不传递轴压力,最大热应变位于焊缝下方柱壁处,削弱了柱刚度,对节点抗弯不利;肋板与角钢焊接时,肋板传力,最大热应变位于肋板。将考虑焊接热影响和不考虑焊接热影响的有限元计算结果进行对比,得到系数0.9作为考虑焊接热影响的承载力折减系数。进行了关于竖向肋板尺寸及柱壁厚的有限元参数化分析,对外肋环板加固方式提出了构造上的设计建议。得到在本文节点中,竖向肋板厚度应大于6mm,长度宜正好包裹T型梁扩大型下翼缘,与角钢的搭接长度宜取10-20mm,柱壁厚取16mm最优。采用简化力学模型进行理论分析,研究方钢管柱-H型钢梁节点加固后的受力机理和抗弯承载力计算方法。结合有限元应力分布,推导了竖向肋板与柱壁的荷载分配比、应力分配比。计算可得本文设计节点中,竖向肋板承担的荷载大于正面柱壁,最高约为其50倍;其应力约为柱壁的0.95倍,即二者几乎同时达到屈服,肋板稍许滞后。最后推导了加固节点抗弯屈服承载力计算公式。

关键词：柱顶负载焊接加固外肋环板节点焊接热影响抗弯承载力

双板连接钢管混凝土组合异形柱梁节点抗震性能研究

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双板连接钢管混凝土组合异形柱梁节点抗震性能研究

作者：于越天津大学

学位级别：硕士

双板连接的L形钢管混凝土组合异形柱（简称双板连接L-CFST柱）结构体系具有结构性能和建筑效果上的突出优势,应用前景广阔。梁柱节点是体系中关键的传力部位,而中节点L形柱两侧节点构造的不一致导致了两侧节点抗震性能的差异性和复杂性... 详细信息

双板连接的L形钢管混凝土组合异形柱（简称双板连接L-CFST柱）结构体系具有结构性能和建筑效果上的突出优势,应用前景广阔。梁柱节点是体系中关键的传力部位,而中节点L形柱两侧节点构造的不一致导致了两侧节点抗震性能的差异性和复杂性,目前尚缺乏对该节点抗震性能的系统研究,缺少对其性能的认识,体系设计也缺少理论依据。为了解决上述问题,本文对双板连接L-CFST柱梁节点的抗震性能进行了系统研究,主要工作和获得的成果如下:1.完成了5个足尺双板连接L-CFST柱梁节点试件在梁端往复荷载下的拟静力试验,试件变化参数包括节点竖向肋板形式、柱内是否填充混凝土等。对节点承载力、延性、耗能能力、强度和刚度退化等抗震性能评价指标进行分析,研究了不同参数对节点抗震性能的影响。结果表明:节点滞回曲线为饱满梭形,强度和刚度退化稳定,变形和耗能能力可达到或超过同类节点水平;与同类节点相比,中柱两侧节点的抗震性能较平衡,节点最终的破坏形式包括梁翼缘屈曲形成塑性铰、竖向肋板端部的连接板延性开裂等;钢管内混凝土可提高节点刚度、延性和耗能能力,竖向肋板削弱为梯形对节点抗震性能影响较小。2.利用ABAQUS建立5个试件对应的三维非线性精细有限元模型,将数值模拟与试验的滞回曲线、骨架曲线、现象、应力分布等结果进行对比后发现二者符合较好,验证了有限元建模方法的准确性和可靠性。基于试验和数值模拟结果,对节点工作机理进行了分析,明确了节点受力机理和变形组成,确定节点为刚接节点和全强度节点。3.使用经过验证的有限元建模方法进行参数化分析,研究了柱钢管壁厚和强度、端板厚度等参数对节点连接抗震性能的影响。提出了两种抗震优化措施,并引入断裂风险评价指标对其效果进行评价。结果表明:在一定范围内增大钢管壁厚度和强度、端板厚度和宽度使得节点承载力有不同程度的提高。犬骨形构造和加厚竖向肋板的优化措施可使节点关键部位断裂风险降低,提高抗震性能。4.基于双板连接钢管混凝土组合异形柱梁节点中竖向肋板-端板连接的构造形式,推导提出了节点的屈服和极限抗弯承载力理论计算方法,并将理论预测值与试验和数值模拟结果进行对比验证。结果表明:理论计算得到的抗弯承载力误差在11%以内,且略偏保守,提出的计算理论具有准确性和可靠性,可作为工程设计的参考依据。

关键词：双板连接L形钢管混凝土组合异形柱梁柱节点抗震性能外肋环板节点竖向肋板-端板连接承载力计算方法

方钢管混凝土柱住宅结构体系研究及两种新型节点的结构特性分析

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方钢管混凝土柱住宅结构体系研究及两种新型节点的结构特性分析

作者：王亨天津大学

学位级别：硕士

方钢管混凝土结构作为一种新型组合结构,具有承载力高、耗能能力强、延性好等特点,且外形规则便于梁柱连接,防火措施简单,施工周期短,因此,在中高层住宅建筑中有较广泛的应用前景。然而,目前制约方钢管混凝土结构推广应用的主要问题在... 详细信息

方钢管混凝土结构作为一种新型组合结构,具有承载力高、耗能能力强、延性好等特点,且外形规则便于梁柱连接,防火措施简单,施工周期短,因此,在中高层住宅建筑中有较广泛的应用前景。然而,目前制约方钢管混凝土结构推广应用的主要问题在于节点构造方案,因此,开展针对中高层住宅建筑的方钢管混凝土柱钢梁节点研究,探讨合理、有效的节点构造方案,具有十分重要的理论意义和应用价值。为配合方钢管混凝土结构的推广和相关设计规程的推出,本文按铰接、半刚接和刚接三种节点类型总结了目前常用节点的形式及其受力特点,并简要介绍了刚接节点的研究现状。在钢结构住宅常用的六种结构体系中,选定纯框架体系,在对一栋六层钢结构住宅的试设计的基础上提出了两种新型刚接节点-外肋环板节点和隔板贯通式节点,并对其力学性能从理论和试验两个方面进行了研究。本文对外肋环板节点梁翼缘受拉模型的传力机理进行了分析。利用ANSYS有限元分析软件建立了三维非线性有限元计算模型对两种不同形式节点的进行了最优化设计。通过两种节点各十个模型试件的静力拉伸试验,研究了方钢管混凝土柱与钢梁翼缘连接的结构性能。研究结果表明,外肋环板节点和隔板贯通式节点梁翼缘受拉模型具有较高的承载力和良好的延性,在钢管中填充混凝土有利于提高节点的屈服承载力和刚度。本文提出的计算公式较好的预测了节点模型的屈服承载力。为研究外肋环板节点和隔板贯通式节点的抗震性能,本文对六个十字型足尺试件进行了拟静力试验。介绍了各试件的破坏过程及特征,然后根据实测的滞回曲线,对节点的承载力、延性、耗能能力、强度退化、刚度退化等抗震性能指标进行了详细的比较分析。分析结果表明,这两种节点构造措施简单合理,具有较好的抗震性能。通过空钢管试件和填充混凝土试件的对比分析,表明在钢管中填充混凝土有利于改善节点的抗震性能。两种节点相比,隔板贯通式节点的抗震性能优于外肋环板式节点。本文经过试验和分析后认为:外肋环板节点和隔板贯通式节点传力途径可靠、构造简单、因而具有广阔的应用前景。

关键词：外肋环板节点隔板贯通式节点方钢管混凝土柱 H型钢梁方钢管混凝土结构体系静力拉伸试验拟静力试验抗震性能

方钢管混凝土柱与H钢梁的两种新型刚性节点的承载力研究

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方钢管混凝土柱与H钢梁的两种新型刚性节点的承载力研究

作者：熊维天津大学

学位级别：硕士

方钢管混凝土结构充分发挥钢材和混凝土各自的性能,拥有钢结构和混凝土结构都无法比拟的优越性,已经越来越多的被应用于建筑的各个领域。方钢管混凝土柱与H钢梁的连接节点是框架结构体系中的一个关键部位,起到连接和传力的作用。但是目... 详细信息

方钢管混凝土结构充分发挥钢材和混凝土各自的性能,拥有钢结构和混凝土结构都无法比拟的优越性,已经越来越多的被应用于建筑的各个领域。方钢管混凝土柱与H钢梁的连接节点是框架结构体系中的一个关键部位,起到连接和传力的作用。但是目前规范中推荐的节点形式比较少,而且在不同方面还有一定的局限性。在分析了节点的设计思想后,结合目前已有的节点形式,提出了两种新型刚接节点-隔板贯通式节点和外肋环板节点,并对两种节点在承载力方面进行了比较。首先针对两种节点不同的构造特点比较了两种节点的承载力计算公式,提出了不同连接方式所得出的不同的公式形式。然后通过设计静力拉伸实验,比较了两种节点不同的破坏方式和实验结果,通过对实验数据的对比分析,可以看出隔板贯通式节点比外肋环板节点具有形式简单,性能稳定,承载力高,预测破坏方式准确等优点。通过节点的应变分析,可以清楚得看到两种节点的传力路径和屈服机制,隔板贯通式节点以梁翼缘的边缘屈服引起节屈服,而外肋环板节点是以竖向肋板的屈服开始整个节点的屈服的。通过两种节点的构件与空钢管同规格的构件进行承载力的比较,可以发现,在钢管中填充混凝土后有利于提高节点的屈服承载力和刚度。为了对两种节点的承载力公式进行进一步的分析,引用了回归理论和神经网络等计算机的方法。回归理论是建立数学模型后,从实验数据入手,通过矩阵的运算,求得待定系数的方法,求出的待定系数可将原理论公式进行更精确的调整,也可以将原公式进行适当的折减,使得回归公式更接近于实验结果。将神经网络运用到节点承载力的研究中是一次尝试,借助计算机运算速度快的优势,建立了恰当的神经网络,运用此神经网络可以在不知道函数关系的前提下输入任意节点的尺寸就可以得出节点承载力值。通过这样的计算机辅助分析的方法,可以协助理论公式更好的预测节点的屈服承载力。通过试验和回归分析后认为:两种节点均传力可靠、构造简单,性能优良,是可以广泛应用和推广的节点形式,可以为今后的深入研究奠定很好的基础。

关键词：隔板贯通式节点外肋环板节点承载力试验回归分析神经网络