钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究
Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2018, 7(3), 421-427Published Online May 2018 in Hans. /journal/hjcehttps:///10.12677/hjce.2018.73048The Experimental Research on CyclicBehavior of Beam-CFST Column ConnectionsLi He, Yisheng Zhao, Jie Luo, Shiqiang MeiYunnan Construction Engineering Steel Structure Co., Ltd., Kunming YunnanReceived: May 3rd, 2018; accepted: May 15th, 2018; published: May 22nd, 2018AbstractIn recent years, with the promotion and development of steel structure in residential market, concrete filled steel tubular column is formed by the reliable connection of the horizontal compo-nent such as beam and plate. The calculation method and construction measures of concrete filled steel tubular joints are the key problems in design. In this paper, the stress distribution of the joint is studied. The load-displacement cures of the joints are obtained, as well as the yield strength and the ultimate strength. It indicates that joints filled with concrete have preferable stiffness and ductility.KeywordsJoint, Load-Displacement Curve, Yield Strength, Stiffness钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究何力，赵一盛，罗杰，梅世强云南建投钢结构有限公司，云南昆明收稿日期：2018年5月3日；录用日期：2018年5月15日；发布日期：2018年5月22日摘要随着住宅钢结构的推广发展，钢管混凝土柱与梁、板等水平构件的连接形成重要的结构体系，特别是形成抵御地震作用的抗侧力体系。
因而钢管混凝土节点的计算方法和构造措施是设计中非常关键的环节。
本文研究了节点的应力分布规律，得到了荷载位移曲线、节点的屈服强度。
分析表明，填充混凝土的扁钢柱节点具有较好的刚度和延性。
何力等关键词节点，荷载-位移曲线，屈服强度，刚度Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/1. 引言近年来，装配式住宅的推广发展促使钢管混凝土柱-H型钢梁形成的结构体系大量应用于工程中。
方钢管混凝土构件中的混凝土由于受到钢管的制约，增强了核心混凝土的延性，由于核心混凝土的存在，使得钢板抗局部屈曲的能力及构件的抗火能力大大增强。
并且这种组合构件可节省费用和加快施工速度。
节点是框架结构中的重要组成部分，起着在梁与柱间传递弯矩和剪力的作用[1]，它直接影响整个结构的强度和刚度。
我国自1976年唐山地震以后，同济大学、西安冶金建筑科技大学等多家科研院所开展了大量结构抗震实验研究[2]。
1987年，高小旺等通过对工程实例中框架节点的分析和处理，指出使抗震鉴定与加固达到经济有效目的的框架节点抗震鉴定与加固的措施[3]。
1991年，蒋永生等通过6个节点足尺实验，采用3种人工铰方案得出了较方便的承载力计算方法并提出设置人工塑性铰的建议[4]。
国内对方钢管柱-H型钢梁节点的研究还很少，文[5]曾做过方钢管混凝土柱-H型钢梁的拉伸试验，但并没有如期得到节点的极限强度。
2. 模型概况节点构件的受力示意图见图1，各板件尺寸及参数见表1，梁的一端施加反复荷载F。
构件局部适当简化。
整个计算模型范围为：钢柱竖向及钢梁水平向长度为1米，其中X向为钢梁轴向，Y向为其横向，Z向为钢柱轴向。
计算网格采用8节点六面体单元，整个计算域共剖分5763个单元和7746个节点。
计算网格见图2。
3. 计算参数与荷载针对不同的材料特性，计算过程中考虑了两种材料本构模型，对混凝土采用损伤塑性模型，对钢梁柱采用理想弹塑性模型。
3.1. 混凝土本构模型分析采用的混凝土为C50，由于混凝土本构模型较为多样，不同分析软件自带数学模型也各异，其关键在于对混凝土非线弹性行为的描述[6]。
本文所引述的为混凝土损伤塑性模型，材料的两个主要失效机制为拉伸开裂和压缩破碎，其单轴的开裂及压缩行为见图3，拉压应力-应变曲线参考《混凝土设计规范(GB50010)》及相关文献[7]。
材料弹性参数见表2。
3.2. 钢梁柱本构模型钢材为Q345，应力-应变采用多线性随动强化模型，屈服强度为345 MPa，应变硬化阶段强度最大值为450 MPa，对应的屈服应变值为0.01，其值约为弹性应变6倍，材料弹性参数见表2 (图4)。
何力等Figure 1. Node schematic diagram图1. 节点示意图Figure 2. The finite element mesh图2. 计算网格Figure 3. Stress-Strain curve of concrete图3. 混凝土应力-应变曲线何力 等Figure 4. Stress-Strain curve of steel 图4. 钢材应力-应变曲线Table 1. The parameter list of plate 表1. 板件几寸参数表材料 参数钢管混凝土柱t c /mm h c /mm b c /mm 混凝土 10 400 200 C50 钢梁h B b B t bw t b 300 180 126贴板h s l s t s 40025010Table 2. Calculation parameters 表2. 计算参数材料 弹性模量(GPa)泊松比μ 密度(Kg/m 3) C50混凝土 34.5 0.2 2450 Q345钢2060.378503.3. 计算荷载本次计算受力为钢管混凝土柱的上、下端位移固定，梁端的竖向荷载施加于自由端截面。
为了保证荷载施加截面的整体性，将梁自由端截面各节点的竖向位移分别进行了耦合。
荷载F 最值大小为400 KN ，总时长10 s ，单个循环加载时长1 s ，分析步长0.02 s ，整个荷载随时间分布见图5。
4. 计算结果分析4.1. 整体应力及变形分析提取整个计算时段中各点处应力最值，其结构整体应力最大值分布见图6，图中所示为Von Mises 应力分布云图。
由图可见，结构的最大应力主要出现在梁翼缘与贴板的连接部位，最大值为450 MPa 。
另外以及贴板边缘与钢柱交界位置出现一定的应力集中现象。
梁端在反复加载下，结构整体塑性区域分布见图7。
由图可见，钢梁的薄弱区域为其与贴板的交界部位，而计算过程中也验证此点。
在屈服之前梁翼缘与贴板相交处的应力总是大于贴板与柱壁相交处，只有当梁截面开始进入塑性区后，贴板与柱壁相交处的应力才开始接近屈服应力。
何力等Figure 5. Curve of load distribution图5. 荷载分布曲线图Figure 6. The cloud map of MISE stress图6. 整体MISE应力最大值分布图Figure 7. The distribution map of plastic regional图7.整体塑性区域分布图结构整体变形最大值分布见图8，由图可见，其最大位移为钢梁的自由端，约20 mm，而靠近贴板处梁的位移明显降低。
另针对该节点处变形，选取了几个特征点进行分析，详见表3。
4.2. 局部应力及变形分析针对节点处，单独提取5个特征点，以对整个构件受力过程进行分析。
特征点位置见图9。
D点应力随时间变化分布见图10。
何力等Table 3. The maximum stress and displacement table of feature points表3. 特征点应力及位移最值表特征点应力最值(MPa) 位移最值(mm) 位置A 450 5.4 节点域端部梁翼缘中间部位B 450 2.2 节点域端部梁腹板中间部位C 211 0.06 梁翼缘与柱连接中间部位D 346 0.07 梁翼缘、贴板与柱连接处E 280 0.4 梁翼缘与贴板连接中间部位Figure 8. The distribution map of deformation图8. 整体变形最大值分布图Figure 9. The distribution map of feature point图9. 特征点位置分布图Figure 10. The MISE stress distribution diagram with C characteristic point图10. C特征点MISE应力随时间分布图何力等Figure 11. The P-delta hysteresis curve of steel beam图11. 钢梁P-Δ滞回曲线4.3. 荷载—位移滞回曲线分析考虑梁端处的反复加载，提取该处的荷载及位移进行分析。
整个过程中钢梁的P-Δ滞回曲线见图11。
由图可见，所施加的荷载F其值已接近构件承受极限，滞回曲线在钢梁发生屈服后呈现明显的非线性，整个曲线形状相似，能够反映出节点受力的基本特性。
5. 结论通过以上有限元分析结果，可得出以下简要结论：1) 钢梁与贴板相交处、贴板与柱壁相交处的应力对节点的强度起控制作用。
2) 钢梁P-Δ滞回曲线的变化规律合理，通过计算可以很好反应梁柱节点的荷载承受极限，为工程设计提供参考。
浅谈钢管混凝土结构抗震性能研究
浅谈钢管混凝土结构抗震性能研究摘要：本文论述了钢管混凝土构件、梁柱节点、空间桁架动力性能和框架结构等方面研究结论，并提出有待解决的问题。
关键词：钢管；混凝土结构；抗震性能钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。
其工作实质在于钢管及其核心混凝土的协同互补和相互作用。
由于这种相互作用，使钢管混凝土具有一系列优越的力学行能，同时也导致了其力学性能的复杂性。
钢管混凝土构件在受力过程中，由于钢管对其核心混凝土的约束作用，使混凝土材料本身性质得到改善，即强度得以提高，塑性和韧性得到改善。
同时，由于混凝土的存在可以有效地提高钢管的稳定性。
因此，研究钢管混凝土结构抗震性能不能简单的与混凝土结构的抗震性能进行加减，而必须通过相应的试验研究来得出相应的结论。
1.钢管混凝土梁柱节点的抗震性能国内外专家学者提出了一些有代表性的节点型式,并从构造型式,力学性能,工作机理方面进行了试验研究。
但真正对节点进行抗震性能方面的研究是从20世纪90年代才开始，主要通过节点核心区的工作性能，不存在绝对的刚接节点，而铰接节点的原理和构造都比较简单，只要设置牛腿传递梁端剪力。
因此,下文主要针对刚接节点的抗震性能进行探究。
目前钢管混凝土刚性节点类型主要有：外加强环式节点，承重销式和穿心钢板式节点；肋板式节点；钢筋环绕式节点；钢筋混凝土环梁式节点。
当钢管截面尺寸较大时，还可采用内加强环式节点、锚定式节点、十字板式节点和钢筋贯通式节点等。
1.1承重销式和穿心钢板式节点根据几种不同的承重销式和穿心钢板式节点的试验研究可知，尽管各试件的破坏形态不同，但都表现出良好的延性。
在钢管混凝土柱-钢筋混凝土单梁暗牛腿节点的试验中，节点的破坏均发生在梁端，出现塑性铰，且两个加载方向均表现出良好的耗能能力，滞回环饱满，成梭形，说明抗震性能良好。
因此，此类节点具有传力明确，受力安全可靠，塑性性能好，但存在着用钢量大，且管内的焊接较困难等问题。
1.2钢筋环绕式节点通过对钢筋网或环形钢筋加强钢管不直通式节点进行了试验研究，该类节点的特点是钢管混凝土柱的钢管在梁柱节点区不直接通过，节点区混凝土采用梁板的强度等级，由此产生的轴向承载力的下降，通过采用环梁加大节点区截面，并配置水平钢筋网或环形钢筋来加强和提高。
方钢管混凝土柱-H型钢梁栓接双T板连接节点受力性能分析
方钢管混凝土柱-H型钢梁栓接双T板连接节点受力性能分析一、引言A. 研究背景B. 目的和意义C. 国内外研究现状二、方钢管混凝土柱-H型钢梁栓接双T板连接节点设计方案A. 连接节点设计原则B. 方钢管混凝土柱设计方法C. H型钢梁栓接双T板设计方法三、连接节点受力分析A. 受力情况分析B. 等效应力法分析C. 有限元模拟分析四、节点抗震性能分析A. 叠合细观模型B. 轴向荷载作用下节点抗震性能分析C. 地震作用下节点抗震性能分析五、结论及展望A. 结论B. 展望未来研究方向注：以上为提纲，具体内容需根据题目要求和实际研究深入拓展。
第一章：引言一. 研究背景随着建筑业的飞速发展，越来越多的高层建筑被兴建。
因此，抗震性能成为关注的重点之一。
连接节点是建筑结构中最容易受到外部压力和力的区域，连接节点的抗震性能对整个结构的抗震性能具有重要影响。
二. 目的和意义本研究旨在分析方钢管混凝土柱-H型钢梁栓接双T板连接节点的受力性能，并进一步提高连接节点的抗震性能，以保障建筑结构的整体稳定性。
三. 国内外研究现状国内外已有许多关于连接节点抗震性能的研究。
国外学者认为，双板或多板连接节点的梁端板的作用是将纵向力转移到两个梁端板之间的扣板上。
而国内主要聚焦于预制构件、钢结构连接节点等，对于方钢管混凝土柱-H型钢梁栓接双T板连接节点的研究还比较少。
在此背景下，本文以方钢管混凝土柱-H型钢梁栓接双T板连接节点为研究对象，探讨其受力性能，提高连接节点的抗震性能，为建筑结构的抗震设计提供理论支持。
第二章：方钢管混凝土柱-H型钢梁栓接双T板连接节点设计方案A. 连接节点设计原则连接节点作为建筑结构的关键部分，其设计应尽可能简单可靠，且满足设计规范的要求。
同时，连接节点的设计应考虑以下原则：1. 维持连接节点的完整性和连贯性；2. 保持材料利用率的高效性；3. 设计应充分考虑结构的受力特点，以实现设计的可靠性和经济性。
B. 方钢管混凝土柱的设计方法方钢管混凝土柱由钢管和混凝土组成，既具有钢管的刚性和可靠性，又有混凝土的承载能力。
钢筋混凝土梁柱节点的抗震性能研究
钢筋混凝土梁柱节点的抗震性能研究一、研究背景在地震灾害频繁发生的现代社会，钢筋混凝土结构的抗震性能显得尤为重要。
节点作为结构中的关键部位，其抗震性能直接影响整个结构的安全性能。
因此，对于钢筋混凝土梁柱节点的抗震性能进行研究具有重要的意义。
二、节点的分类钢筋混凝土梁柱节点根据其结构形式可以分为刚性节点和半刚性节点两种。
1. 刚性节点刚性节点是指节点中的钢筋与混凝土之间不存在可变形剪力连接，因此节点的受力性能主要依靠钢筋的强度和刚度。
刚性节点又可分为板式节点和梁式节点两种。
2. 半刚性节点半刚性节点是指节点中的钢筋与混凝土之间存在可变形剪力连接，因此节点的受力性能主要依靠可变形剪力连接的强度和刚度。
半刚性节点又可分为剪力墙节点和剪力板节点两种。
三、节点的受力机理钢筋混凝土梁柱节点的受力机理是指节点中各部分的受力状态和相互作用关系。
节点的受力机理主要包括剪力、弯矩和轴力等三种受力状态。
其中，剪力是节点受力的主要状态，同时也是节点破坏的主要形式。
四、节点的抗震设计为了提高节点的抗震性能，需要在节点设计中加入抗震设计的理念。
抗震设计主要包括以下几个方面：1. 剪力加强剪力加强是指在节点设计中加强节点的剪力承载能力。
通常采用加强节点钢筋的强度和数量，或者在节点中加入剪力墙等加强措施。
2. 建立可变形剪力连接为了提高节点的变形能力，需要建立可变形剪力连接机制。
可变形剪力连接机制可以通过采用延性钢筋、钢板等材料，或者采用预制装配构件等方式实现。
3. 设计抗震加强带抗震加强带可以在节点中设置，用于增强节点的抗震性能。
抗震加强带通常采用加强钢筋的方式，或者采用加强板等材料。
四、节点的试验研究为了验证节点的抗震性能和抗震设计的有效性，需要进行试验研究。
试验研究主要包括节点的静力试验和动力试验两种。
1. 静力试验静力试验是指通过施加静态荷载，测量节点各部分的变形和应力等参数，来评估节点的抗震性能。
静力试验通常采用大型试验台进行。
钢管混凝土柱—环梁节点抗震性能的试验研究
钢管混凝土柱—环梁节点抗震性能的试验研究作者：刘静来源：《建材发展导向》2014年第03期摘要：当前钢管混凝土柱-环梁节点这种新型的节点正在被人们所大量应用，文章将对他的抗震性能的试验进行详细说明。
即通过有限元法研究该环梁节点处于低周反复载荷作用下发生的变化，分析其破坏形态、节点缝隙变化状态和梁端弯矩转角的滞回曲线。
进而得出试验结论：钢管混凝土柱-环梁节点的混凝土柱与环梁节点相对独立，环梁节点处于破坏形态下一般并不影响其承载力。
关键词：钢管混凝土；节点；钢管混凝土环梁；破坏形态本文介绍的钢管混凝土柱-环梁节点是一种新型环梁结构，其具体可以定义为：基于梁柱相对独立和抗震设计的一种钢管混凝土柱与钢筋混凝土柱的连接方式。
该节点的设计思想是实现在地震中等水平低周往复作用下实现“强节点、弱构件”的抗震设计理念。
该环梁节点具体由三个部分组成，即钢筋混凝土环梁、钢管内侧柔性抗剪件和钢管外侧抗剪环，与传统的钢管混凝土和钢筋混凝土的节点结构有着较大区别。
由于其更为优越的受力性能，该节点已在高层建筑、桥梁和地下等建筑结构得到广泛应用。
然而虽然针对此类节点已经有过大量静力或动力的试验分析，但其抗震性能依旧有着一定的不确定性，因此对该节点的受力机理和破坏形态进行分析很有意义而且很有必要。
1 试验1.1 模型构建在本试验的模型构建中，各项设定具体为：1.1.1 本文中钢管混凝土柱-环梁节点的框架梁与环梁砼等级、框架梁和环梁主筋和箍筋分别设定为C30、二级钢筋和一级钢筋。
从图2中我们能够看到砼的应力-应变关系，它是由美国著名的学者E.Hogneste建议而产生的一个模型，他主要是利用数学中的抛物线来表示出两者之间的关系。
1.1.2 钢管混凝土柱-环梁节点中的管内核心砼等级设定为C50，其受压状态设定为三向受压状态，并对套箍系数f的影响做出充分分析，同时其本构关系设定为韩林海模型。
1.1.3 钢管混凝土柱-环梁节点中的钢管我们一般选择为Q235钢，钢材应力-应变关系设定是我们理想中的一种弹塑性模型，它是服从Vonmises的屈服准则，即：在有限元分析软件中表现为为双线性随动强化。
装配式钢管混凝土柱_带钢接头钢筋混凝土梁节点抗震性能试验研究_焦安亮
“建筑工业化 ” 和 及“住宅产业化 ” 升级需求的不断 提高， 装配式结构因其主要受力构件和部件采用工 厂化生产、 现场装配施工， 与传统的现浇建造方式相 比， 具有生产效率高、 施工质量好、 施工工期短、 建筑 全寿命消耗低、 绿色环保等优势， 而成为国际公认的 可持续发展结构
图1
柱端预埋钢接头
如图 7 所示 ， 全程采用位移控制加载 ， 具体加载过
第 47 卷 第 10 期
焦安亮， 等． 装配式钢管混凝土柱带钢接头钢筋混凝土梁节点抗震性能试验研究
55
图4
试件编号及尺寸
图5
试件构造详图
程如下 ： （ 1 ） 试验开始时， 先取 0. 4 ～ 0. 6N （ 柱顶施加轴 力） 加卸载一次， 消除装置初始缺陷的影响。 JD1 ， JD2 分 300 ， 600 ， 900kN 三级加载， JD3 ， JD4 ， JD5 分 600 ， 900 ， 1 000 ， 1 100kN 四级加载， JD6 分 600 ， 900 ， 1 200kN 三级加载。
［12］
对两端带 有 H 型 钢 接 头 的 预 应 力
叠合梁进行了抗弯性能试验 ， 结果表明 ， 这种预制 梁的抗弯 性 能 良 好 ， 钢 接 头 处 的 滑 移 不 明 显。 但 这种连接方 式 在 接 头 处 会 使 截 面 刚 度 产 生 突 变 、 楼板施工较困难 。 然而， 已有相关研究表明， 连接部位主要集中在 柱边或节点核心区， 连接方式局限在栓焊或加强环 式连接， 节点区施工复杂、 施工质量难以保证， 节点 尺寸也受建筑使用功能的限制。本文结合装配式建 筑和钢管混凝土柱钢筋混凝土梁连接节点的优点， 提出一种新型装配式方钢管混凝土柱钢筋混凝土 梁节点。并针对该类节点制作了 6 个足尺节点模 型， 进行了节点模型的低周往复加载试验 ， 对其抗震 性能进行研究。 1 节点介绍 钢筋混凝土梁节点中 装配式方钢管混凝土柱的预制梁为带钢接头钢筋混凝土梁， 在梁和柱连接 处预埋一定长度的工字形钢接头， 并采用焊接和螺 栓连接的方式将预制构件连接成整体 。柱内设置十 字形内隔板（ 简称十字板 ） ， 十字板与柱端预埋钢接 ， 头的腹板为一整体 在柱壁钢板上切割出对应豁口 然后焊接上下翼缘形成柱端预埋工 后插入十字板， 字形钢接头（ 图 1 ） 。上下层预制钢管混凝土柱之间 采用焊接连接， 管内混凝土为现场浇筑， 且管内混凝 土的施工缝留置在钢管拼接焊口 500mm 以下的位 2
钢梁——型钢混凝土柱节点的力学性能研究及有限元分析的开题报告
钢梁——型钢混凝土柱节点的力学性能研究及有限元分析的开题报告一、研究背景随着建筑结构的发展和创新，钢-混凝土组合结构已广泛应用于高层建筑、大跨度桥梁等工程领域。
钢梁与混凝土柱的节点作为结构的重要组成部分，其力学性能研究对于保证结构的安全性和可靠性具有重要意义。
因此，本研究将围绕着钢梁与型钢混凝土柱节点的力学性能展开深入探究。
二、研究目的本研究的主要目的是研究钢梁与型钢混凝土柱节点的力学性能，包括节点的承载能力、变形性能、应力分布等。
通过理论分析和有限元模拟，获得更加准确有效的结构力学性能参数，为结构设计和优化提供科学依据。
三、研究内容1. 钢梁与型钢混凝土柱节点的受力分析与计算；2. 计算节点的承载能力和变形性能；3. 分析节点的应力分布规律；4. 基于有限元方法进行节点力学性能模拟并与理论计算结果进行比较分析。
四、研究方法本研究将采用力学理论分析和有限元模拟相结合的方法，首先通过理论计算分析钢梁与型钢混凝土柱节点的力学性质，并比较不同节点尺寸和材料等参数的影响。
接着，使用ANSYS等有限元分析软件进行节点力学性能模拟，并对模拟结果进行验证和分析。
五、研究意义本研究将对于钢梁与型钢混凝土柱节点的力学性能提供深入探究和分析，为结构设计和优化提供科学依据。
同时，本研究可为该领域的进一步研究提供参考依据和方向，促进结构理论及工程设计发展。
六、研究进度安排1. 文献调研及综述写作（2周）；2. 理论分析及计算研究（3周）；3. 有限元模拟及结果分析（4周）；4. 论文撰写及修改（3周）；5. 答辩准备和展示（1周）。
七、预期成果本研究预期能够获得的主要成果包括：结构力学性能理论计算结果、有限元模拟结果对比分析、结论及建议等。
同时，在该领域的研究还可为相关领域提供借鉴意义，推动工程设计理论的不断发展。
钢管混凝土柱-钢梁环板节点力学性能与设计方法研究的开题报告
钢管混凝土柱-钢梁环板节点力学性能与设计方法研究的开
题报告
钢管混凝土柱-钢梁环板节点是一种常见的结构形式，被广泛应用于高层建筑和
桥梁等工程中。
该节点在结构中起着连接柱、梁、环板等构件的作用，其力学性能直
接关系到结构整体的安全性能和耐久性。
目前，学术界和工程实践中对钢管混凝土柱-钢梁环板节点的研究仍存在一定的
不足。
对该节点的力学性能、承载能力、变形性能等方面的研究仍需进一步深入，同
时需要寻求更为合理有效的设计方法。
本文将从以下几个方面进行研究：
1. 钢管混凝土柱-钢梁环板节点的力学模型建立：通过分析该节点的受力机理和
力学性质，建立其力学模型，探究节点受力性能和承载能力的变化规律。
2. 钢管混凝土柱-钢梁环板节点的承载能力计算方法：根据节点的力学模型，提
出一种合理有效的承载能力计算方法，以评估节点的安全性能。
3. 钢管混凝土柱-钢梁环板节点的变形性能研究：分析节点在受力下的变形规律
和变形对节点整体性能的影响，以及对变形进行控制的方法。
4. 钢管混凝土柱-钢梁环板节点的设计方法研究：综合以上几个方面的研究成果，提出一种基于节点力学性能和承载能力等要求的设计方法，为工程实践提供指导和支持。
本文将采用实验和数值分析相结合的研究方法，通过试验验证模型的正确性，分析节点的力学性能和承载能力等参数，并针对不同情况进行分析。
通过研究，旨在为
钢管混凝土柱-钢梁环板节点的设计和实际应用提供科学的理论依据和实践指导。
钢筋混凝土柱-板节点抗震性能试验研究
钢筋混凝土柱-板节点抗震性能试验研究一、研究背景钢筋混凝土结构是一种常见的建筑结构，其节点作为结构中的重要组成部分，对结构的整体性能起着至关重要的作用。
在地震等自然灾害的冲击下，节点易受到破坏，从而影响整个结构的稳定性和安全性。
因此，对钢筋混凝土节点的抗震性能进行深入研究，提高其抗震性能，具有非常重要的意义。
二、研究目的本研究旨在通过试验，探究钢筋混凝土柱-板节点在不同受力状态下的破坏机理和承载性能，为提高结构抗震能力提供参考。
三、试验方案1.试验对象本试验选取的是常见的钢筋混凝土柱-板节点，柱截面尺寸为400mm×400mm，钢筋种类为HRB400，混凝土强度等级为C30。
板厚为100mm，钢筋种类和混凝土强度等级与柱相同。
2.试验装置试验采用静力加载方式进行，采用液压伺服试验机进行加载。
试验装置主要包括静力加载系统、数据采集系统、图像采集系统等部分。
3.试验方案试验分为两组，一组为正常受力状态下的试验，另一组为侧向受力状态下的试验。
正常受力状态下的试验按照设计荷载进行加载，加载过程中记录节点的位移、应力等数据。
侧向受力状态下的试验按照不同的偏心距进行加载，分别为0、50、100、150、200mm，记录节点的位移、应力等数据。
四、试验结果与分析1.正常受力状态下的试验结果正常受力状态下的试验结果表明，节点在荷载作用下呈现出较好的整体性能，节点的承载力较高，破坏模式主要为柱端开裂和板中心下沉。
在试验过程中，节点的位移随荷载的增加而增加，但位移量较小，表明节点在正常受力状态下的变形较小。
2.侧向受力状态下的试验结果侧向受力状态下的试验结果表明，节点的承载能力随偏心距的增加而减小，破坏模式主要为柱端开裂和板中心下沉。
当偏心距达到150mm时，节点的承载能力明显下降，在荷载达到设计荷载的60%时，节点已经发生了破坏。
此时，节点的位移随荷载的增加而增加，位移量明显大于正常受力状态下的位移量。
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。
钢结构梁柱节点抗震性能研究及设计建议的开题报告
钢结构梁柱节点抗震性能研究及设计建议的开题报告
一、选题背景
随着现代建筑技术的不断发展，越来越多的钢结构建筑被广泛使用。
而地震是一种不可预知的自然灾害，因此在结构设计中必须考虑地震力对结构的影响。
钢结构梁柱节点作为钢结构中一个重要的部分，在地震中起着至关重要的作用。
因此，对钢结构梁柱节点进行抗震性能研究，具有重要的学术和实际意义。
二、研究目的
本研究旨在通过文献研究和现场实验等方法，深入了解钢结构梁柱节点在地震中的抗震性能，为钢结构梁柱节点的设计提供参考和建议。
三、研究内容
1. 钢结构梁柱节点的概述及分类。
2. 分析地震对钢结构梁柱节点的破坏机理和影响因素。
3. 在已有文献的基础上，利用现场试验和数值模拟相结合的方法研究钢结构梁柱节点的抗震性能。
4. 针对研究结果，提出相应的钢结构梁柱节点设计建议和优化方案。
四、研究方法和技术路线
1. 回顾相关文献，深入了解钢结构梁柱节点的抗震性能研究现状和研究方向。
2. 在已有文献的基础上，通过现场试验和数值模拟相结合的方法，研究钢结构梁柱节点的受力、变形和破坏行为。
3. 根据试验和模拟结果，分析钢结构梁柱节点的破坏机理和影响因素，并提出相应的设计建议和优化方案。
五、研究意义
本研究对于钢结构建筑的安全性能提升具有重要的意义，有望为现代建筑领域的相关研究提供新的方向和研究思路。
同时，相关的研究成果还将在实践中得到应用和验证，对钢结构建筑的推广和发展具有积极的促进作用。