狗骨式刚性连接钢框架结构抗震性能试验研究
钢框架梁柱刚性节点连接抗震研究
于构件破坏 ， 达到强节点弱构件 的 目的。 理论上 ， 工 程 师 总是 希 望把 梁 截 面 做 的更 高 一 点， 翼缘宽度和厚度尽 量小 ， 这样做 是最经 济 、 最合 理
的做法。但 实 际上截 面高 度越 小 、 翼 缘板 越 宽越 厚 ， 才能满足抗 震 规范 中的计 算要 求 。在 实际 工程设 计
框架结构在我 国建 筑工 程中得 到越 来越广泛 的应用 。但 在国外 多次地震 灾 害中发现 ， 众 多建筑物 的梁柱连接 发 生 了脆性破坏 。本文将通过抗震规范 和相关 资料 ， 并结合 自身的设计 经验 ， 研究分析 钢框架结构 梁柱节点 的连接 形式 以及其抗震性 能。
【 关键词】 钢框架 ； 刚性 节点 ； 抗震计算 【 中图分类号】 Ｔ Ｕ ３ ９ ２ 【 文献标识码】 Ｂ
且 国内外对这种 节点研究 很多 ， 证 明其 能使结 构获得
很 好的延 性 ， 是一种 比较可靠 、 成熟 的做法 。
２ 抗震规范 规定
在 Ｇ Ｂ Ｓ Ｏ ０ １ ｌ一２ ０ １ ０ 《 建 筑 抗 震 设 计 规 范》中第 ８ ． ２ ． ８条给 出了钢结 构抗 侧力构 件 的连接计 算 要求 ， 其 中梁柱连接 的极 限抗弯承式为 ：
形 。但在美 国北岭和 日本 于梁本身强度 ， 可以保证 节点 不先于
构件破坏 。但加腋型节 点对梁 的跨 高 比要求严 格 ， 适
用范 围较小 。而 盖板 型节 点 ， 受 构造 要求 限制 ， 盖 板 的厚 度不 能过 厚 ， 会 出现 抗震验 算通 不过 的情 况 ， 并
结合 了以上两种类 型特 点的翼缘加强 型狗骨 式节 点 ， 目前 尚在理论研 究阶段 ， 实际工程 中较少采用 。 目前 ， 实际工程中应用 较多 的是 盖板型 节点 和狗 骨式节点。盖板型节点 虽有其局 限性和 缺点 ， 但 构造
刚性连接节点的抗震性能的分析
刚性连接节点的抗震性能的分析刘朝科彭军（西安科技大学建筑与土木工程学院 710054）[摘要] 通常认为钢框架具有良好的抗震性能，但在最近的几次大地震中许多高层钢结构房屋的梁柱刚性连接节点受到严重破坏。
这说明传统的刚性连接框架在某些方面存在这不足之处。
本文对刚性连接框架的形式以及抗震性能进行了深入的分析和总结，最后对提高刚性连接框架的抗震性能，在设计、构造、及施工三方面提出一些意见和建议。
[关键词] 梁-柱刚性连接节点常用设计法栓焊连接强节点弱构件延性中图分类号：TU391ANALYSIS OF THE ASEISMATIC CAPABILITY OF THE BEAM-COLUMN CONNECT IN STEEL FRAMELiu Chao Ke PengJun(Xi’an university of science and technology 710054)Abstract Steel frame has nice aseismatic capability, but column-beam rigidity joints in hundreds of multi-story and high steel buildings had been damaged in the Northridge earthquake and the Hanshen earthquake. The traditional method has some deficiencies. The authors study in form and capability of the Frame. And suggestions on design and fabrication are presented.Keywords column-beam rigidity joints; bolt-weld connection; general design method; ductility一直被工程界认为具有良好抗震性能的钢结构建筑在多次大地震中发生各种不同的破坏形式。
翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架抗震性能研究的开题报告
翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架抗震性能研究的开题报告一、研究背景近年来，地震、风灾等自然灾害频繁发生，严重影响人们的生产和生活。
建筑结构作为承载人们生产和生活的物质基础，必须具备良好的抗震性能。
因此，针对建筑结构的抗震性能研究一直是结构工程领域的一个热点问题。
型钢混凝土框架因其具有高强度、高刚度、轻质化等优良性能，在工程实践中得到了广泛应用。
在抗震性能方面，研究表明，型钢混凝土框架具有较好的抗震性能，但某些钢结构部位的局部强度不足，会对整个结构的抗震性能产生负面影响。
如何提高型钢混凝土框架局部强度，进而提高其抗震性能，成为建筑结构领域急需解决的问题。
二、研究目的及意义本文将针对型钢混凝土框架的局部强度问题进行深入探究，通过研究翼缘狗骨式削弱型钢混凝土框架的抗震性能，提高结构的整体稳定性和抗震性能，为工程实践提供科学依据和理论支持，对推动工程结构的发展，保障人们的安全和生产生活具有积极的意义和重要的作用。
三、研究内容1.翼缘狗骨式削弱型钢混凝土框架的设计及施工方案；2.实验研究翼缘狗骨式削弱型钢混凝土框架的抗震性能，对比不同型钢混凝土框架的抗震性能；3.分析试验结果，探究翼缘狗骨式削弱型钢混凝土框架的抗震性能及加强前后的差异；4.通过试验研究，推广应用翼缘狗骨式削弱型钢混凝土框架及其技术。
四、研究方法1.采用有限元模拟软件建立翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架数值模型，进行不同工况下的受力分析；2.设计制作翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架试件，在振动台上采用地震模拟波进行抗震性能试验；3.进行试验数据处理，分析试验结果。
五、预期结果在试验研究的基础上，我们预期能够得出以下结论：1.翼缘狗骨式削弱能够有效提高型钢混凝土框架局部结构的强度和抗震性能；2.与普通型钢混凝土框架相比，翼缘狗骨式削弱型钢混凝土框架的整体抗震性能得到了显著提高；3.翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架可广泛应用于建筑结构中，具有良好的应用前景。
钢-混凝土组合框架抗震性能及地震弹塑性反应研究的开题报告
钢-混凝土组合框架抗震性能及地震弹塑性反应研究的开题
报告
一、研究背景：
随着城市化进程的不断加快，高层建筑的兴建越来越多。
地震作为一种突发自然灾害，对于高层建筑的抗震性能要求越来越高。
而钢-混凝土组合框架作为一种新型结构体系因其具有刚度、韧性和稳定性等独特优点于近年来逐渐得到了广泛应用。
本研究旨在探究钢-混凝土组合框架的抗震性能及地震弹塑性反应研究，为高层建筑的抗震设计提供重要的参考。
二、研究内容：
1. 总结钢-混凝土组合框架的分类及特点。
2. 分析钢-混凝土组合框架的抗震性能、破坏形态、蠕变性能及其与地震因素的相互作用规律。
3. 探讨钢-混凝土组合框架的地震弹塑性反应，通过有限元方法对结构进行模拟分析，得出关键位移、塑性区分布等参数。
4. 识别结构的瓶颈，提出结构改进建议，提高钢-混凝土组合框架的整体抗震能力和稳定性。
三、研究方法：
1. 文献综述：通过查阅国内外相关文献，总结钢-混凝土组合框架的发展历程、分类以及研究现状。
2. 数值模拟：通过有限元软件建立钢-混凝土组合框架的三维模型，进行地震响应分析，得出关键参数及破坏形态。
3. 结构改进：根据模拟分析结果，针对性的提出钢-混凝土组合框架的结构改进建议。
四、研究意义：
通过本研究，可以全面了解钢-混凝土组合框架的抗震性能及地震弹塑性反应特征，提高结构安全可靠性，为高层建筑的抗震设计及结构优化提供一定的理论基础。
钢骨超高强混凝土框架节点抗震性能研究的开题报告
钢骨超高强混凝土框架节点抗震性能研究的开题报告
一、项目背景与研究意义
钢骨超高强混凝土框架结构是近年来国内外建筑界普遍重视的一种新型抗震型结构体系，是将钢骨混凝土和超高性能混凝土融合在一起，采用节点配合技术连接的一种抗震型结构体系，具有优异的力学性能和抗震性能。
本研究旨在通过对钢骨超高强混凝土框架节点抗震性能的研究，提高建筑设计的合理性和抗震性，实现结构的更加安全可靠。
二、研究内容和方法
本研究的研究内容主要包括以下方面：
1. 分析钢骨超高强混凝土框架节点的基本构造和设计要求；
2. 研究钢骨超高强混凝土框架节点的抗震性能，包括节点的强度和刚度，及节点在地震作用下的变形性能；
3. 对比不同节点连接方式对抗震性能的影响；
4. 运用有限元分析软件建立模型，对节点抗震性能进行仿真分析，获取节点结构在不同工况下的力学性能以及受力效应的分析结果。
三、研究计划和预期成果
本研究计划的总时限为12个月，分为三个主要阶段，分别是理论分析、实验研究和数据处理、结论总结等。
预期成果：
1. 对钢骨超高强混凝土框架节点的抗震性能进行深入研究，全面掌握节点强度、刚度，以及节点在地震作用下的变形性能；
2. 对不同节点连接方式的抗震性能进行研究，深入了解不同组合方式对节点抗震性能的影响；
3. 运用有限元分析软件建立模型，对节点抗震性能进行仿真分析，获取节点结构在不同工况下的力学性能以及受力效应的分析结果。
本研究预期能为构建更加安全可靠的钢骨超高强混凝土框架结构提供支持，并在相应领域做出一定的贡献。
钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展
㊃综㊀述㊃钢结构(中英文),38(12),1-26(2023)DOI :10.13206/j.gjgS 23062902ISSN 2096-6865CN 10-1609/TF㊀㊀编者按:当前我国第五代GB 18306 2015‘中国地震动参数区划图“明确了基本㊁多遇㊁罕遇和极罕遇等四级作用的地震动参数确定方法并提高了工程结构抗震设防标准㊂组合结构适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域具有广泛应用价值㊂由于钢管混凝土柱存在间接约束以及界面滑移等特性,其抗震能力可进一步挖掘,以提升强震下重要工程结构的安全性,或者在维持相同性能时节约材料用量㊂学者们通过模型试验㊁理论研究以及关键技术研发,所形成的系列成果在工程结构中得到了成功应用㊂为此,‘钢结构(中英文)“杂志特邀丁发兴教授为主编,系统组织了两期(本期及2024年第1期) 组合结构抗震性能与韧性提升 专栏,向读者介绍国内针对钢管混凝土柱㊁钢管混凝土柱-组合梁节点㊁组合框架以及组合框架-筒体结构等方面的最新研究成果,探讨各有效措施对抗震性能的影响规律,以期推动组合结构技术的完善与升级㊂钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展∗丁发兴1,2㊀许云龙1㊀王莉萍1,2㊀吕㊀飞1,2㊀段林利1,2㊀余志武1,2(1.中南大学土木工程学院,长沙㊀410075;2.湖南省装配式建筑工程技术研究中心,长沙㊀410075)摘㊀要:钢-混凝土组合结构因具有抗弯刚度大㊁承载力高㊁延性好和施工便捷等优点,适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域应用广泛㊂在提高工程结构抗震设防标准的背景下,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进一步提升其抗震韧性,建立具有更高韧性的钢-混凝土组合结构抗震设计方法对促进建筑结构实现 双碳 战略目标具有重要意义㊂为此,归纳总结了钢-混凝土组合结构抗震性能的研究进展,包括钢-混凝土组合梁㊁钢管混凝土柱及钢管混凝土柱-组合梁节点的滞回性能试验研究,以及钢-混凝土组合结构体系的拟静力㊁拟动力及振动台试验研究,讨论并比较了各种抗震分析模型及其方法,提出了当前研究存在的一些问题和尚需深入研究的方向㊂基于现有研究成果总结得到:1)组合梁主要依靠钢梁耗能,可采取增大钢梁截面尺寸的措施提高耗能能力㊂钢管混凝土柱主要依靠钢管和混凝土耗能,可采取拉筋增强约束措施直接约束混凝土,使其由脆性向塑性转变从而提高框架柱的耗能能力㊂与其他类型组合节点相比,刚性连接组合节点具有更好的耗能能力㊂2)罕遇地震下框架结构以梁耗能为主,而在超罕遇地震下仍以梁作为主要耗能部件将使工程成本大幅增加㊂由于超罕遇地震发生概率极低,若采取适当的增强约束措施使柱也具备耗能能力并参与耗能,则可在适当增加工程建设成本的同时使结构具有抵抗超罕遇地震的能力,此时组合结构抗震设计理念可由罕遇地震时的 强柱弱梁,梁耗能为主 向超罕遇地震时的 梁柱共同耗能 推进㊂3)基于平截面假定的杆系纤维模型计算软件通常适用于弹性和弹塑性小变形阶段分析,而当组合结构处于塑性大变形阶段时,结构杆件便不再符合平截面假设㊂对强震下组合结构体系的动力响应仿真模拟需要克服弹塑性小变形阶段的假定条件,采用适用于塑性大变形阶段结构分析的混凝土三轴弹塑性本构模型及相应的体-壳元模型是一种有效的途径㊂4)剪力墙结构具有整体性好㊁侧向刚度大等优点,但传统构造下其抗震能力较弱,可通过提升连梁和墙肢等耗能构件的耗能能力以增强结构整体耗能能力,如采用钢-混凝土组合连梁㊁型钢混凝土连梁或合理构造钢板连梁,以及型钢-约束混凝土或钢管混凝土墙肢等㊂5)工程结构在使用阶段面临着诸多灾害考验,传统方法根据不同外荷载进行独立抵抗设计,忽视了多灾害耦合作用机制,使结构综合抗灾性能难以满足使用需求,故建立安全可靠的抗多灾害设计方法和结构体系是结构工程师在防灾减灾领域的一项重大课题㊂关键词:钢-混凝土组合梁;钢管混凝土柱;钢-混凝土组合结构;抗震性能;试验研究∗国家自然科学基金项目(51978664)㊂第一作者:丁发兴,男,1979年出生,博士,教授㊂通信作者:王莉萍,女,1987年出生,博士,副教授,wlp2016@㊂收稿日期:2023-06-290㊀引㊀言中国是世界上地震灾害最严重的国家之一,地震灾害给人类社会活动造成了不可估量的损失㊂大量建筑结构因抗震能力不足而倒塌,造成的人员伤1丁发兴,等/钢结构(中英文),38(12),1-26,2023亡和经济损失使得抗震减灾技术成为结构工程师们面临的主要考验㊂为提高建筑结构的抗震性能,研究者们在结构布置和局部构造等方面展开了大量的研究工作㊂钢-混凝土组合结构因充分发挥了两种材料的力学性能优势,提升了结构的刚度㊁承载力和耗能能力而在高层及超高层建筑结构中得到了广泛应用[1]㊂随着经济社会的发展,工程结构抗震设防标准也在不断提升,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进一步提升其抗震韧性,建立具有更高韧性的钢-混凝土组合结构抗震设计方法,对促进建筑结构实现 双碳 战略目标具有重要意义㊂组合结构中,钢-混凝土组合梁和钢管混凝土柱的材料利用效率最高,其抗震性能提升明显㊂为此,笔者对国内外相关钢-混凝土组合结构的主要研究成果进行归纳总结,对组合结构抗震性能方面需要进一步深入研究的工作进行展望,以期为后续研究工作提供一些参考和建议㊂1㊀钢-混凝土组合构件及节点抗震性能1.1㊀钢-混凝土组合梁钢-混凝土组合梁由钢梁和混凝土板通过栓钉连接而成,发挥了混凝土的抗压性能和钢材的抗拉性能优势㊂Daniels等[2]对组合框架中的组合梁进行了抗震性能研究,并给出了组合梁的弹塑性分析方法㊂文献[3-5]先后对组合梁进行了低周往复试验研究,结果表明组合梁具有良好的耗能能力和延性,增设腹板加劲肋或增加腹板厚度能明显提高组合梁的极限承载力,改善构件延性㊂Gattesco 等[6-7]㊁Taplin等[8]和Bursi等[9-10]着重研究了剪力连接件对组合梁抗震性能的影响,指出剪力连接件的布置方式直接影响界面滑移量,进而影响组合梁极限承载力㊂国内聂建国等[11]首先进行了6组钢-混凝土叠合板组合梁低周往复荷载试验研究,结果表明钢-混凝土叠合板组合梁的滞回曲线饱满,且存在界面滑移,其剪力连接度直接影响构件正向极限抗弯承载力,而反向极限抗弯承载力则可依据简化塑性方法计算得出㊂此后,蒋丽忠等[12-16]和Ding等[17]先后对低周往复荷载下钢-混凝土组合梁的抗震性能进行了系列试验研究,分别探讨了剪力连接度㊁力比㊁栓钉直径㊁腹板厚度㊁纵向和横向配箍率对组合梁抗震性能的影响规律,并建立了恢复力模型[13]㊂Liu等[18]建立了三维实体-壳元模型,其中钢梁采用壳单元,混凝土采用实体单元,栓钉采用梁单元或弹簧单元,分析结果表明组合梁的抗震能力主要依靠钢梁翼缘,增大钢梁尺寸有利于提高抗震能力,而增大栓钉剪力连接度也有利于提高钢梁的耗能㊂1.2㊀钢管混凝土柱钢管混凝土柱由外钢管内部填充混凝土而成㊂自1965年日本九州大学学者Sasaksi和Wakaba-yashi对方钢管配筋混凝土柱进行拟静力试验后[19],Tomii等[20]也开展了圆钢管混凝土柱拟静力试验研究,表明钢管混凝土柱比钢筋混凝土柱具有更大的极限承载力,更好的延性和耗能能力,以及更小的刚度退化等特点㊂Elremaily等[21]最早根据试验结果和理论分析指出钢管约束作用提升了柱承载力和抗震性能㊂随后有关钢管混凝土柱抗震性能研究越来越丰富,研究者们分别从材料强度㊁轴压比㊁宽(径)厚比和长细比等方面探讨了钢管混凝土柱抗震性能规律㊂在材料强度方面,吕西林等[22]㊁韩林海等[23]和Liu等[24]先后研究了混凝土强度对钢管混凝土柱抗震性能的影响规律,结果显示随着混凝土强度的提升,试件初始刚度略有增大,极限承载力也有所提高,但其延性和耗能能力均下降,且刚度退化加快㊂游经团等[25]和Yadav等[26]的试验结果表明:增大钢管屈服强度能够明显提升极限承载力,但对初始抗弯刚度几乎无影响㊂Varma等[27-28]探讨了钢材强度对柱抗震性能的影响规律,低轴压比下柱的延性系数随钢材强度的增大而降低,而当轴压比较大时,该规律并不明显㊂在轴压比方面,吕西林等[22]㊁Liu等[24]㊁游经团等[25]㊁Varma等[27-28]㊁张春梅等[29]㊁李学平等[30]㊁李斌等[31]㊁聂瑞锋等[32]和Cai等[33]通过试验研究发现,轴压比是影响柱抗震能力的直接因素,增大轴压比导致水平承载力㊁延性和耗能能力下降,刚度退化明显㊂在宽(径)厚比方面,吕西林等[22]㊁Liu等[24]㊁Yadav等[26]和李学平等[30]的试验表明,试件水平极限承载力随着宽(径)厚比增大而降低㊂Varma 等[27-28]㊁李斌等[31]和余志武等[34]指出,提高宽(径)厚比可使其延性系数下降㊂聂瑞锋等[32]和Matsui等[35]指出,宽(径)厚比越大,耗能能力越弱㊂在长细比方面,李斌等[31]㊁聂瑞锋等[32]和邱增美等[36]通过试验研究表明,随着长细比的增加,钢管混凝土柱初始刚度明显降低,刚度退化加快,水平2钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展承载力和耗能能力变弱,延性系数也明显下降,当长细比达到一定值时延性系数下降更快㊂为加强大宽(径)厚比钢管对混凝土的约束作用而提升其抗震性能,学者们陆续提出了诸多约束措施,如在柱端部焊接钢板或角钢[37],包裹纤维复合材料[38],设置约束拉杆[39]㊁栓钉[40]㊁加劲肋[41]或斜拉肋[42]等局部加强措施,如图1a ~1g 所示,这些局部加强构造一定程度上延缓了柱端塑性铰的形成与发展㊂a 钢板约束;b 角钢约束;c 纤维复合材料约束;d 拉杆约束;e 栓钉约束;f 加劲肋约束;g 斜拉肋约束;h 内拉筋约束㊂图1㊀各种约束方式下的钢管混凝土柱由于钢管对混凝土的约束作用为间接被动约束,丁发兴[43]在比较各种约束方式后提出了内拉筋约束钢管混凝土柱技术,如图1h 所示,并揭示了内拉筋直接约束混凝土的工作原理㊂此后,丁发兴课题组开展了端部拉筋钢管混凝土柱抗震性能试验研究,截面形式包括矩形[44]㊁圆形[45]㊁椭圆形[46]㊁圆端形[47]等,探讨了拉筋与钢管内表面接触方式的影响[48],试验结果表明,实际轴压比高达0.8的超高轴压比钢管混凝土柱仍呈现延性破坏,且钢管混凝土柱塑性铰展现出小偏压和大偏压两个阶段,其韧性得到进一步提升㊂同时,课题组基于体-壳元模型进行了有限元模拟,其中混凝土采用实体单元,钢管采用壳单元,拉筋采用杆单元,分析结果表明,压弯荷载下拉筋具有降低界面滑移㊁直接约束混凝土以及促进钢管抗弯等效果,从而提高抗弯刚度㊁承载力和耗能能力,其中拉筋大幅度提高了混凝土的耗能能力[49]㊂1.3㊀钢管混凝土柱-组合梁节点作为钢-混凝土组合结构的关键传力部位,组合节点的剪力主要通过钢梁腹板传递,其次通过节点区混凝土和钢管壁间的黏结力和摩擦力传递,而弯矩则主要由加强环板㊁内隔板等构件传递[50]㊂现有节点试验不少是以钢管混凝土柱和纯钢梁的连接为研究对象,而相关组合框架及组合节点的试验研究结果表明,钢梁与楼板在进入弹塑性阶段之后仍能发挥明显的组合效应[51],这种组合效应能显著提高结构的刚度㊁强度及耗能能力,抑制钢梁上翼缘屈曲,增强钢梁的稳定性[52]㊂另外,当节点区域受正向弯矩作用时,楼板与钢梁的组合效应更为显著[53-54],楼板的存在将使中性轴上移,导致钢梁下翼缘应变明显增大,从而促使下翼缘更易发生屈服及破坏,降低组合梁的转动能力[55]㊂鉴于钢筋混凝土楼板对节点区域及结构体系具有重要影响,笔者仅对考虑楼板的组合节点抗震性能试验进行梳理㊂组合梁节点及框架试验表明负弯矩区钢梁下翼缘由于受压易过早出现局部屈曲和失稳的问题,李杨等[56]在普通组合梁负弯矩区下翼缘增设一块混凝土板,开展了钢-混凝土双面组合梁节点的抗震性能试验,与普通组合梁节点相比,双面组合梁节点具有更高的刚度和承载力,但在刚度退化㊁延性系数和耗能能力等方面无明显优势㊂在削弱式节点方面,Xiao 等[57]和Li 等[58]对带楼板的狗骨式节点进行了拟静力试验,结果表明,减小梁截面可促进削弱区域塑性铰的形成,有效避免节点核心区焊缝撕裂㊂在传统刚性节点方面,聂建国课题组先后完成了内隔板式节点[59]㊁栓钉内锚固式节点㊁外隔板式节点[60]和内隔板贯通式节点[61]的拟静力试验研究㊂研究发现:内隔板式节点表现出较强的极限承载能力,但其位移延性系数低;而栓钉内锚固式节点具有较强的变形能力,但极限承载力较低;相比之下,外隔板式节点和内隔板贯通式节点在极限承载能力㊁位移延性系数和耗能能力等方面均具有良好的性能[60-61]㊂此外,聂建国等[62]建立了组合节点剪力-剪切变形曲线的恢复力模型,提出了组合节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力计算公式㊂韩林海课题组[63-64]采用外环板式节点对圆钢管混凝土柱-组合梁节点进行拟静力试验研究,提出了节点的抗剪承载力公式和核心区剪力-剪切变形恢复力模型㊂周期石等[65]提出了楼板钢筋和钢梁翼缘削弱穿入钢管混凝土柱的刚接节点,发现楼板钢筋的穿入增强了节点区域钢梁抗弯刚度和楼板的组合效应,而钢梁翼缘削弱的穿入降低了穿入钢梁对浇筑柱中混凝土的影响㊂研究表明,对于钢梁翼缘削弱穿入钢管混凝土柱的刚接节点,当削弱程度不大时,节点具有良好的抗震性能,但仍将降低节点的刚3丁发兴,等/钢结构(中英文),38(12),1-26,2023度㊁承载力和耗能能力㊂在半刚性节点方面,Mirza等[66]分别对半刚性单边螺栓节点进行了静力和拟静力试验,并根据有限元分析结果给出了构造设计方法㊂王静峰等[67-69]进行了半刚性单边螺栓节点试验,包含圆㊁方钢管和带纵向加劲肋钢管的拟静力试验以及带纵向加劲肋钢管混凝土柱的拟动力试验㊂试验结果表明,圆钢管混凝土柱-组合梁节点的承载力和弹性刚度要大于方截面[67];外伸端板连接节点的承载力和弹性刚度要大于平齐端板连接,而其转动能力和延性性能要低于平齐端板连接[68-69]㊂Yu等[70]提出了上焊下栓式的节点连接方式,即钢梁上翼缘与柱隔板焊接,下翼缘与柱隔板通过螺栓连接,螺栓连接处板件的滑移有利于降低钢梁下翼缘应力,避免出现过早断裂的现象㊂欧洲规范[71]中,根据初始转动刚度大小,将节点分为铰接㊁半刚性连接和刚性连接;根据抗弯承载力大小,将节点分为铰接㊁部分强度和全强度㊂Ding 等[72]认为该分类标准对于半刚性连接节点的定义较为宽泛,难以准确判定试件的类型,应根据节点的初始转动刚度㊁抗弯承载力和耗能能力等性能指标综合定义,并将其细化为半刚接㊁准刚接㊁Ⅰ类刚接和Ⅱ类刚接四类㊂据此,丁发兴等[73]完成了端板螺栓连接和加强环连接组合梁节点的拟静力试验,利用柱内拉筋 强柱 构造和加劲肋 强梁 构造技术实现了节点核心区强连接,显著提升了螺栓连接节点的初始转动刚度㊁抗弯承载力和耗能能力,使栓连节点达到了刚性节点的性能要求㊂同时,内拉筋 强柱 构造技术实现了轴压比高达0.8时,组合节点梁端发生弯曲破坏的失效模式㊂除了以上相关平面框架组合节点抗震性能试验研究外,樊健生等[74-75]从加载路径㊁混凝土楼板㊁柱类型及节点位置等方面对空间组合内隔板贯通式节点进行了拟静力试验,结果表明空间受力的节点在承载力和延性性能等方面均有明显下降,因此平面荷载作用不能完全反映其抗震性能,在节点设计中应考虑空间荷载的耦合作用㊂2㊀钢-混凝土组合结构体系抗震性能组合梁㊁柱及其组合节点等构件的研究最终以在结构体系中的应用为落脚点,因而各类组合构件集成后的体系响应是工程实践重要的关注点之一㊂笔者以钢-混凝土组合框架结构为主要对象,根据不同试验方法分别梳理了研究者在有关结构体系抗震方面的研究成果㊂2.1㊀试验研究2.1.1㊀拟静力试验Matsui[76]㊁Kawaguchi等[77-78]㊁马万福[79]㊁钟善桐等[80]㊁李斌等[81]㊁王来等[82]㊁李忠献等[83]和王先铁等[84]对钢-混凝土组合框架模型进行了系列抗震性能试验研究,指出钢-混凝土组合框架结构的抗震性能要优于钢筋混凝土框架和钢框架结构㊂为研究混凝土楼板在框架结构中的组合效应,聂建国等[85]完成了4层单跨纯钢框架和组合框架结构的拟静力试验㊂结果表明:与整体性较差的纯钢框架相比,组合框架的抗侧刚度因混凝土楼板空间作用而大幅提升㊂Tagawa等[86]㊁Nakashima 等[87]和聂建国等[52,88]分别进行了足尺框架子结构拟静力试验,探讨了混凝土楼板对结构刚度㊁强度㊁耗能及变形能力的影响规律,确定了在结构设计中楼板组合效应的有效计算宽度㊂王文达等[89]㊁王先铁等[90]和余志武等[91]以柱截面形状㊁材料强度㊁含钢率㊁轴压比和梁柱线刚度比等为研究对象,对组合框架结构开展了往复荷载作用下的试验研究,探讨了各参数对组合框架结构抗震性能的影响规律,提出了钢管混凝土框架荷载-侧移实用恢复力模型及位移延性系数简化计算方法㊂王静峰等[92-94]和王冬花等[95]研究了往复荷载作用下半刚性单边高强螺栓连接组合框架的抗震性能和破坏机理,分析了滞回及骨架曲线㊁强度和刚度退化规律㊁延性及耗能能力等力学性能指标,并建立了半刚性钢管混凝土框架的弹塑性地震反应分析模型,提出了一种适用于半刚性钢管混凝土框架的P-Δ关系曲线的简化二阶方程和弹塑性层间位移的简化计算方法㊂此外,赵均海等[96]提出了装配式复式钢管混凝土框架结构及其极限承载力简化计算方法,阐述了柱-柱拼接节点和加强块梁柱节点在此类结构中的应用效果㊂Ren等[97]和王波等[98]在钢管混凝土框架中增设屈曲约束支撑装置,研究水平反复荷载作用下耗能减震部件对结构抗震性能的影响㊂结果表明:增设屈曲支撑不仅对结构的刚度和承载力有提升作用,还能延缓塑性铰的形成,增强结构延性和耗能能力㊂丁发兴等[99]完成了2层2跨组合框架对比试验研究,结果表明:内拉筋强柱构造措施提升了框架结构的刚度和承载力,延缓了柱端塑性铰的形成,增强了结构延性和耗能能力㊂由此可见,内拉筋提升框架柱的刚度㊁承载力和耗能能力,其效果相当于增4钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展设屈曲支撑㊂2.1.2㊀拟动力试验宗周红等[100]通过对缩尺比例为1/3的半刚性两层空间组合框架的拟动力试验,从层间刚度㊁自振频率㊁加速度反应㊁位移反应和滞回曲线等方面评估了该结构的动力响应和耗能性能,研究了峰值加速度㊁频谱特性和强震持续时间对结构动力响应和力学性能的影响,建立了组合框架结构动力分析模型㊂Herrera等[101]按照3/5的比例对一幢节点采用T型连接方式的4层组合框架进行了拟动力试验,结果表明此类节点的组合框架满足美国相关设计标准㊂在半刚性节点组合框架方面,He等[102]对缩尺比例为4/7的端板螺栓连接组合框架子结构模型先后进行了拟动力㊁拟静力和静力推覆试验,从层间位移及剪力㊁应变㊁转角和耗能等方面分析结构在多遇地震㊁设防地震㊁罕遇地震和超罕遇地震水准下的动力响应㊂完海鹰等[103]对节点采用长螺栓式双腹板顶底角钢半刚性连接的钢管混凝土框架进行拟动力试验研究,探讨不同峰值加速度下结构的受力特征㊁刚度退化㊁动力响应及耗能能力㊂王静峰等[104-105]通过两组拟动力试验分别研究了钢管混凝土柱-组合梁框架和钢管混凝土柱-钢梁框架的动力性能和破坏特征,探讨了柱截面形式和端板类型对结构性能的影响㊂试验结果表明,圆形柱组合框架的最大位移响应和累积耗能均大于方形柱组合框架,但其初始刚度和承载力则弱于方形柱组合框架㊂此外,王静峰等[106]还采用混合试验方法对装配式中空夹层钢管混凝土组合框架开展了拟动力试验研究,分析了该组合框架结构在峰值加速度为0.62g和1.24g时的动力响应和破坏机理㊂在屈曲约束支撑组合框架方面,Tsai等[107-108]完成了多级地震作用下3层3跨足尺钢管混凝土柱屈曲约束支撑框架拟动力试验研究,探讨了屈曲约束支撑对结构整体抗震性能的影响,并从有效刚度㊁耗能和位移延性系数等方面评估了支撑构件连接方式的有效性㊂郭玉荣等[109]完成了防屈曲支撑组合框架子结构拟动力试验,提出了防屈曲支撑可增强结构的抗侧刚度和变形恢复能力㊂2.1.3㊀振动台试验黄襄云等[110-111]利用振动台试验对5层2跨2开间钢管混凝土空间框架结构的动力特性㊁加速度反应和位移反应进行了分析,并分别按等强度㊁刚度㊁截面积的原则将钢管混凝土柱换算成钢筋混凝土柱进行试算,综合评定了该结构的抗震性能㊂杜国锋等[112]采用单输入㊁单输出方式对8层单跨2开间钢管混凝土柱-钢梁框架进行动力特性试验,并通过3种不同地震波作用分析了结构的最大地震作用力㊁层间剪力㊁位移和应变反应㊂邹万山等[113]通过振动台试验得出,不同频谱特性的地震波对模型结构的加速度和位移反应分布曲线形状影响较小,且模型各层绝对加速度主要由前两阶振型决定,其他高阶振型的影响可以忽略㊂罗美芳[114]研究了不同工况下4层钢-混凝土组合框架结构的动力响应及破坏模式,评价了该结构的抗震性能㊂童菊仙等[115-116]设计并制作了有㊁无侧向耗能支撑的5层单跨2开间的方钢管混凝土柱框架模型,利用振动台试验对两种框架的动力特性和地震响应进行分析,得到了结构的振型㊁周期和阻尼比等基本属性,以及地震波作用下的位移㊁加速度和应力响应㊂结果表明:即使没有楼板的组合作用,结构仍具有较好的抗震性能;侧向支撑可承担部分水平地震作用,减小了结构的动力反应㊂陈建斌[117]和吕西林等[118]完成了国内首个方钢管混凝土高层组合框架-支撑结构振动台试验㊂试验中发现结构支撑体系的破坏较为严重,试验结果表明:该结构的动力性能介于钢筋混凝土结构和钢结构之间且更倾向于钢结构,其塑性㊁韧性和抗震性能表现良好,并通过计算结果显示阻尼器对加快结构峰值反应后的振动衰减具有较大作用㊂为研究地震作用下半刚性连接组合梁框架的动力特性以及破坏模式,李国强等[119]进行了1个足尺半刚性连接组合梁框架结构模型振动台试验研究㊂结果显示:当峰值加速度高达1.2g时,结构整体仍未发生明显损坏,表明该结构形式可满足高烈度区域的抗震设防要求㊂Han等[120]对两个由组合框架结构和钢筋混凝土剪力墙混合形成的高层建筑模型进行了振动台试验,对比分析了圆钢管混凝土柱和方钢管混凝土柱对该混合结构体系整体性能的影响,验证了组合框架结构与核心剪力墙结构在地震作用下优良的复合效应和抗震性能㊂2.2㊀理论分析静力弹塑性分析法是以反应谱为基础,首先依据抗震需求谱和结构能力谱得到地震作用下建筑结构所产生的目标位移,随后在建筑结构上施加稳定的竖向荷载,同时施加单调递增的水平荷载直至达到目标位移,最后评估结构最终状态下的抗震性能㊂通过该方法可以评估地震作用下结构的内力和变形5。
钢框架梁柱弱轴节点连接研究
钢框架梁柱弱轴节点连接研究钢结构由于其良好的经济性能、抗震性能广泛应用于高层建筑。
梁柱节点的性能是影响结构整体性能的关键。
近年来，国内外对梁柱连接的受力性能进行了广泛研究，但研究主要集中在梁柱强轴连接，而对梁柱弱轴连接仅有少量的试验研究和理论分析。
本文介绍了钢框架梁柱弱轴节点连接，并介绍了狗骨式节点的设计原则。
标签梁柱弱轴连接；狗骨式节点；塑性铰目前国内外对梁柱连接的研究主要集中在梁柱强轴连接上即梁垂直于H型钢柱翼缘的连接。
对梁柱弱轴连接即梁垂直于H型钢柱腹板的连接仅有少量研究。
钢结构框架体系一般纵横两个方向均为框架，梁柱弱轴连接实质上和强轴连接一样普遍。
弱轴连接的分析和设计比强轴连接更困难，不仅因为连接理论上的最大强度和在梁上或柱上形成塑性铰一致，而且对弱轴连接还存在限制最大强度的其它因素。
如果被焊到柱腹板上梁的翼缘比柱的宽度窄许多，在柱子或梁上形成塑性铰以前，一个屈服线型的机构在柱腹板上形成。
在根据塑性理论确定的塑性极限荷载达到之前，还可能发生柱翼缘和腹板的局部屈曲或连接材料的破坏。
另外，柱翼缘对空间的限制使安装困难，连接构造设计复杂，所以对钢结构框架梁柱弱轴连接的性能研究尤为重要。
梁柱连接节点的设计应满足“强柱弱梁、强节点弱构件”的设计思想。
就是在强震作用下，节点的承载力高于构件截面的承载力，从而通过梁端塑性铰的形成来耗散地震能，保证结构完整不致发生倒塌，以实现抗震设计的目标。
对于传统的梁柱栓焊刚性连接，由于连接端板材的不连续及柱对梁端的约束作用，梁端很难形成塑性铰，改变某些参数虽然能在一定程度上提高其延性，但仍达不到对连接塑性变形能力的要求。
因此，在明晰梁柱刚性连接受力特点和破坏机理的基础上，开发新型的梁柱连接，才能从根本上解决传统梁柱刚性连接的脆性破坏问题。
为了实现“强节点弱构件”的设计思想，研究者一般采用下述三条途径以改善传统梁柱刚性节点的抗震性能：（1）加强型节点（如图1所示）。
即通过增加节点连接件来提高节点的强度。
狗骨式钢框架子结构节点的累积变形及耗能能力
Ｍａ ｒ ． ２Ｏ１ ７ Ｖｏ１ ． ３３． Ｎ Ｏ． ２
文章编号 ： ２ ０ ９ ５—１ ９ ２ ２ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２— ０ ２ ０ ３—１ ｉ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ １ ７ １ ７ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ： ２ ０ ９ ５ —１ ９ ２ ２ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ２ ． ０ ２
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的 累积 塑性 转 角 、 累积延 性 比及 累积 塑性耗 能 能力 的计 算公 式 ， 对提 出狗 骨式钢框 架 结 构基 于性 态的抗震 设计 方 法具有 指 导意 义．
关键 词 狗 骨式 节点 ； 抗 弯钢框 架 ； 子结 构 ； 加载 制度 ； 耗能 能力
中图分 类号 Ｔ Ｕ ９ ７ ３ ． １ ３ 文 献标 志码 Ａ
ｎａ， ２１ ５ ０１１；２． Ｓｃ ｈ ｏｏ ｌ ｏ ｆＡｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｕｒ ｂ ｎ ａ Ｐｌ ａ ｎｎ ｉ ｎｇ， Ｓｕ ｚ ｈ ｏｕ Ｕｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏｌ ｏ ｇｙ， Ｓｕ ｚ ｈ ｏｕ，