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土木工程学报 2012年第6期45卷 90-100页

作者：张玉芬王育平赵均海长安大学陕西西安710064 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 西安市市政设施管理局陕西西安710016

设计一种用于复式钢管混凝土结构的新型外钢管不连通环梁节点,介绍该新型节点的构造和制作过程,进行四个梁柱组合体低周反复荷载试验,研究新型节点的抗震性能。试验结果表明:新型节点具有较好延性和变形能力,增加环梁配筋率和柱内钢管... 详细信息

设计一种用于复式钢管混凝土结构的新型外钢管不连通环梁节点,介绍该新型节点的构造和制作过程,进行四个梁柱组合体低周反复荷载试验,研究新型节点的抗震性能。试验结果表明:新型节点具有较好延性和变形能力,增加环梁配筋率和柱内钢管尺寸可提高节点的承载力。通过合理的构造措施,外钢管不连通环梁节点中内钢管混凝土、竖向插筋和密排环箍以及周边环梁一起保持了钢管混凝土柱的连续性,节点整体性强,满足结构设计"强柱弱梁"及"强节点弱构件"的设计原则,具有较好的抗震性能。

关键词：复式钢管混凝土外钢管不连通环梁节点低周反复荷载试验承载力延性

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复式钢管混凝土结构研究现状与发展趋势

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长安大学学报（自然科学版） 2022年第1期42卷 1-15页

作者：赵均海樊军超胡壹张冬芳长安大学建筑工程学院陕西西安710061 中南林业科技大学土木工程学院湖南长沙410004

随着社会的快速发展,建筑结构日益更新,工程界迫切需要具有更高承载力、刚度和延性等性能的钢管混凝土结构。在传统钢管混凝土内放置单层或多层钢管形成新型钢管混凝土结构——复式钢管混凝土结构,并经大量试验研究结果表明,该类组合结... 详细信息

随着社会的快速发展,建筑结构日益更新,工程界迫切需要具有更高承载力、刚度和延性等性能的钢管混凝土结构。在传统钢管混凝土内放置单层或多层钢管形成新型钢管混凝土结构——复式钢管混凝土结构,并经大量试验研究结果表明,该类组合结构具有较好的力学性能。为了总结复式钢管混凝土结构的研究现状,从复式钢管混凝土柱、复式钢管混凝土梁柱节点和装配式复式钢管混凝土结构体系三方面进行了分析。多种组合形式的复式钢管混凝土结构的试验研究和有限元分析结果表明:内圆外圆、内圆外方、内方外方等截面形式的复式钢管混凝土结构具有较好的力学性能;空心率、混凝土强度、钢管强度和厚度、内外钢管径长比等是影响复式钢管混凝土结构性能的主要因素。此外,采用不锈钢、波纹管、再生混凝土、橡胶混凝土等材料的复式钢管混凝土结构亦具有可靠的力学性能。应用新型复合型混凝土材料,能够满足环保要求,达到建筑可持续发展。随着相关政策条例的颁布以及社会发展对建筑结构需求的不断变化,关于复式钢管混凝土结构的研究会向着结构多样化、可持续化发展、结构抗火、以及结构装配化方向发展,旨在研发更多具有可靠力学性能,且便于在实际工程中应用的复式钢管混凝土结构。

关键词：桥梁工程土木工程研究现状文献综述复式钢管混凝土

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复式钢管混凝土外肋环板节点抗剪承载力研究

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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

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复式钢管混凝土装配式连接节点抗震性能试验研究

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建筑科学与工程学报 2022年第1期39卷 44-54页

作者：张玉芬卜鸿凡曹胜昔贾宏鑫河北工业大学土木与交通学院天津300401 河北工业大学天津市装配式建筑与智能建造重点实验室天津300401 北方工程设计研究院有限公司河北石家庄050011

为研究复式钢管混凝土装配式连接节点的抗震性能,设计了5个复式钢管混凝土单边螺栓节点试件及1个穿心螺栓对比节点试件,进行了柱端固定轴压下水平往复加载试验,分析了T型件加肋、T型件翼缘厚度、梁柱线刚度比等对节点破坏形态、荷载-位... 详细信息

为研究复式钢管混凝土装配式连接节点的抗震性能,设计了5个复式钢管混凝土单边螺栓节点试件及1个穿心螺栓对比节点试件,进行了柱端固定轴压下水平往复加载试验,分析了T型件加肋、T型件翼缘厚度、梁柱线刚度比等对节点破坏形态、荷载-位移曲线、承载力、延性、耗能、刚度退化等抗震性能的影响。结果表明:复式钢管混凝土单边螺栓T型件连接节点滞回曲线饱满,变形耗能能力较强;相比T型件未加肋试件,加单肋的节点极限承载力提高39%,加双肋节点极限承载力提高44%;T型件翼缘厚度20 mm的节点比14 mm的极限承载力提高13%,且极限位移也相应提高;当梁柱线刚度比增大时,节点试件极限承载力和耗能能力均明显提高;单边螺栓可发挥复式钢管混凝土柱内层钢管单边锁紧优势,内钢管应变值较大但节点域无明显变形,节点传力可靠且结构整体性较好;对比穿心螺栓节点,单边螺栓节点初始刚度略小,极限承载力略有提高,二者等效黏滞阻尼系数基本相当,而节点变形能力及延性显著提高,说明单边螺栓装配式连接能较好地保证节点的稳定性和抗震性。

关键词：复式钢管混凝土单边螺栓节点 T型件延性内钢管

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复式钢管混凝土T形件单边螺栓节点承载力研究

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应用力学学报 2024年第2期41卷 340-351页

作者：张玉芬卜鸿凡高嘉岐河北工业大学土木与交通学院天津300401 天津市装配式建筑与智能建造重点实验室天津300401

T形件单边螺栓连接节点应用到复式钢管混凝土结构中可充分利用双层钢管的截面特点,传力性能好且抗震性能高。对5个节点试件进行柱端水平往复加载试验并进行了数值模拟分析,试验中T形件因加肋方式不同出现了3种变形特征,而节点整体的破... 详细信息

T形件单边螺栓连接节点应用到复式钢管混凝土结构中可充分利用双层钢管的截面特点,传力性能好且抗震性能高。对5个节点试件进行柱端水平往复加载试验并进行了数值模拟分析,试验中T形件因加肋方式不同出现了3种变形特征,而节点整体的破坏形态均为T形件屈服后钢梁塑性变形,数值模拟结果与试验结果吻合较好。根据试验和有限元结果分析了节点传力构件的受力机理,提出T形件受拉模型,分别计算T形件翼缘和加劲肋提供的抗弯承载力,从而得到节点的抗弯极限承载力计算公式,计算结果与试验结果误差较小,与数值模拟结果也十分相近。研究结果表明采用T形件受拉模型计算的节点承载力公式适用于T形件与单边螺栓强度相匹配的情况,T形件加肋形式对节点极限承载力影响最大,其次为T形件翼缘厚度,T形件腹板厚度影响很小;此外随着T形件翼缘厚度的增加节点承载力提高越来越小,故得出了单边螺栓直径与T形件翼缘厚度的最大临界值和最佳匹配值,为该节点工程应用提供理论参考和设计依据。

关键词：复式钢管混凝土 T形件单边螺栓低周往复荷载试验抗弯承载力

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装配式复式钢管混凝土框架-梁端连接钢板剪力墙抗震性能试验研究

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土木工程学报 2020年第5期53卷 78-88页

作者：赵均海胡壹张冬芳长安大学陕西西安710061 中南林业科技大学湖南长沙410004

提出装配式复式钢管混凝土框架-梁端连接钢板剪力墙新型结构体系,包含装配式梁柱连接、装配式柱柱拼接和装配式框架-剪力墙连接技术方案,可实现结构体系的全螺栓装配式连接。为研究所提装配式体系的抗震性能,开展3榀1:2缩尺模型拟静力试... 详细信息

提出装配式复式钢管混凝土框架-梁端连接钢板剪力墙新型结构体系,包含装配式梁柱连接、装配式柱柱拼接和装配式框架-剪力墙连接技术方案,可实现结构体系的全螺栓装配式连接。为研究所提装配式体系的抗震性能,开展3榀1:2缩尺模型拟静力试验,得到各试件的破坏模式、滞回曲线、位移延性等性能参数。发现3个模型均表现出良好抗震性能,最大层间位移角均超过4%,位移延性系数均超过4。框架-梁端连接钢板剪力墙(BSW)的破坏过程为:BSW屈曲后形成明显的"拉力带",随后BSW在与框架的连接处发生撕裂,最后框架在梁柱节点和柱底区域形成塑性铰。试验结果表明:BSW先于框架发生破坏,可为框架提供第一道抗震防线,框架则为第二道;BSW可有效提高框架结构的承载力、刚度和延性,且提高的幅度与BSW的个数呈近似线性关系;所提BSW与框架的装配式连接可靠,可保证BSW与框架在整个加载过程中的协同工作能力,进而促使BSW的性能得以充分发挥。系列试验结果为所提新型装配式复式钢管混凝土框架-梁端连接钢板剪力墙结构体系的抗震设计提供依据。

关键词：复式钢管混凝土装配式结构钢板剪力墙梁端连接试验研究抗震性能

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复式钢管混凝土外加强环板节点抗震性能试验研究

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工业建筑 2019年第6期49卷 167-175页

作者：张玉芬蒋宗昊朱戈河北工业大学土木与交通学院天津300401 北方工业大学土木工程学院北京100144

外加强环板节点构造简单、传力路径明确,是目前比较成熟且被广泛应用的钢管混凝土结构节点,针对复式钢管混凝土柱设计了其与H型钢梁连接的外加强环板节点,对9个复式钢管混凝土外环板节点试件和1个单钢管混凝土对比节点试件进行了低周往... 详细信息

外加强环板节点构造简单、传力路径明确,是目前比较成熟且被广泛应用的钢管混凝土结构节点,针对复式钢管混凝土柱设计了其与H型钢梁连接的外加强环板节点,对9个复式钢管混凝土外环板节点试件和1个单钢管混凝土对比节点试件进行了低周往复荷载试验,以轴压比、外环板宽度、梁柱线刚度比以及锚固腹板是否加肋作为主要变化参数,研究了新型节点破坏形态、破坏机制、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力及强度刚度退化等性能。试验研究结果表明:梁柱线刚度比小的节点试件易形成梁端弯曲破坏形态,而梁柱线刚度比大易形成柱端压弯破坏形态;复式钢管混凝土外环板强度和刚度退化均匀、持续、稳定,表现出了良好的耗能能力和变形能力,抗震性能较好;轴压比增大可提高节点试件初始刚度;环板宽度增加可提高节点的延性;锚固腹板加肋可提高节点的承载力。

关键词：复式钢管混凝土外加强环板节点低周往复荷载试验承载力延性

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复式钢管混凝土轴压性能及节点抗震试验研究

复式钢管混凝土轴压性能及节点抗震试验研究

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作者：张玉芬长安大学

学位级别：博士

钢管混凝土经过多年的发展,在传统钢管混凝土的基础上,已经出现了多种新的结构形式。由于钢管混凝土在高层建筑、大跨桥梁等结构工程中广泛的应用,柱承受的荷载越来越大,因此出现了内置型钢、内置钢管或多管以及CFRP筒增强的新型钢管混... 详细信息

钢管混凝土经过多年的发展,在传统钢管混凝土的基础上,已经出现了多种新的结构形式。由于钢管混凝土在高层建筑、大跨桥梁等结构工程中广泛的应用,柱承受的荷载越来越大,因此出现了内置型钢、内置钢管或多管以及CFRP筒增强的新型钢管混凝土重载柱,本文统称之为复式钢管混凝土结构。该结构在有效减小构件截面面积的同时,又可明显提高承载能力和抗火能力,而且具有更好的延性。近几年的理论研究和工程实践表明,应用复式钢管混凝土是切实可行的,并且有很大的发展潜力。本文以复式钢管混凝土作为研究对象,为方便分析和便于设计应用,将复式钢管混凝土分为内圆钢管、型钢、CFRP增强型钢管混凝土及复式空心钢管混凝土四种形式。对各种截面的复式钢管混凝土的轴压性能进行理论分析和数值计算,拟建立统一可行的刚度和承载力计算方法。另一方面,节点是钢管混凝土体系中非常重要而又薄弱的环节。而我国大多数建筑的楼盖采用钢筋混凝土梁板结构,推广应用钢管混凝土柱的关键之一是解决钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接。因此本文设计了一种新型复式钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接形式——外钢管不连通环梁节点,由于楼层间外钢管不连通,梁纵筋可在节点区内贯通,传力路径明确,节点整体性强,施工简便,具有良好的应用前景。本文主要研究工作有： 1.抗压刚度和承载力是结构构件重要的力学性质。本文基于简单叠加、钢管混凝土统一理论和弹性力学的方法对复式钢管混凝土轴压刚度进行了研究;分析了混凝土横向变形系数、钢管泊松比和含钢率是影响组合柱轴压刚度的主要因素。 2.本文提出了组合约束效应系数,把钢管混凝土统一理论研究成果推广应用于复式钢管混凝土轴压强度计算中,所得到的承载力计算公式形式统一,计算简便;同时,运用双剪统一强度理论分析各种工况下复式钢管混凝土组成部分的极限承载能力,根据极限平衡原理得出组合柱的轴压承载力。以上两种方法均取得了较好的结果,并对复式钢管混凝土承载力的影响因素进行了分析。 3.根据轴压性能研究,分析复式钢管混凝土的性能影响参数,并对各类型的复式钢管混凝土进行参数优化设计,得出最优的复式钢管混凝土设计理念。通过对各种截面复式钢管混凝土在受力性能和经济性上的对比,以及出于对其梁柱连接形式的考虑,认为内圆外方双钢管混凝土是比较理想的复式钢管混凝土结构,在实际工程中具有广阔的应用前景。 4.对四个复式钢管混凝土外钢管不连通环梁节点试件进行低周反复荷载试验,分析研究该类型节点在恒定轴力和反复剪力作用下的抗震性能,对结构的破坏形态、破坏机制、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、耗能能力等性能进行了较为深入系统的研究。建立了该新型外钢管不连通环梁节点的恢复力模型,可以较好地反映其滞回性能,可作为结构弹塑性地震反应分析时参考。 5.采用有限元软件ANSYS对复式钢管混凝土节点进行三维非线性有限元模拟,得到了节点单调加载的荷载-位移曲线,并与试验的骨架曲线进行比较。同时对该节点的轴压性能进行研究,分析节点的内部受力机理,讨论了混凝土强度,内钢管尺寸及环梁配筋对节点轴压受力性能的影响。结合试验研究和有限元结果对该新型节点承载力验算、设计方法和构造措施提出一些建议。

关键词：复式钢管混凝土组合刚度轴压承载力外钢管不连通环梁节点滞回性能

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复式钢管混凝土外环板节点抗震性能有限元分析

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建筑结构 2017年第S2期47卷 280-284页

作者：张玉芬吴鑫秀朱戈北方工业大学土木工程学院北京100144

为了研究复式钢管混凝土外环板节点的抗震性能,通过有限元模拟软件ABAQUS设计并建立了加肋和不加肋两个新型复式钢管混凝土外环板节点模型。模型中为钢管和混凝土分别赋予了不同的本构关系,经过设置分析步,边界条件,加载力等过程,得到... 详细信息

为了研究复式钢管混凝土外环板节点的抗震性能,通过有限元模拟软件ABAQUS设计并建立了加肋和不加肋两个新型复式钢管混凝土外环板节点模型。模型中为钢管和混凝土分别赋予了不同的本构关系,经过设置分析步,边界条件,加载力等过程,得到了两种节点的破坏形态、承载能力、变形特征等。分析结果表明:两个模型计算得到的滞回曲线均为纺锤形,滞回环饱满,节点破坏均为梁端塑性铰破坏,加肋试件可提高节点的承载力和延性。新型节点整体性强,满足结构设计强柱弱梁及强节点弱构件的设计原则,具有较好的抗震性能,可以应用到工程设计实践中。

关键词：复式钢管混凝土外环板节点有限元模型加肋抗震性能

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复式钢管混凝土单边螺栓节点滞回性能研究

复式钢管混凝土单边螺栓节点滞回性能研究

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作者：王苗北方工业大学

学位级别：硕士

复式钢管混凝土结构是在普通钢管混凝土柱内放置内钢管、型钢或者CFRP的新型重载柱,具有施工方便、承载力高、经济效益显著等一系列优点与广阔的应用前景。目前复式钢管混凝土结构的研究主要集中在以焊接为主的节点,但日本阪神地震的发... 详细信息

复式钢管混凝土结构是在普通钢管混凝土柱内放置内钢管、型钢或者CFRP的新型重载柱,具有施工方便、承载力高、经济效益显著等一系列优点与广阔的应用前景。目前复式钢管混凝土结构的研究主要集中在以焊接为主的节点,但日本阪神地震的发生表明,焊接产生的残余应力对钢材的材料性能影响很大,这对结构的抗震性能非常不利。钢管混凝土单边螺栓节点是一种新型节点形式,塑性韧性好、抗震性能优良,因此本文拟对复式钢管混凝土单边螺栓节点进行研究。基于数字散斑相关方法(digital speckle correlation method,DSCM)对复式钢管混凝土节点试件进行试验研究,得到核心区剪力-剪切角(V-Y)滞回曲线与骨架曲线,对节点剪切变形的滞回规律进行研究。采用数值模拟与试验相结合的方法,利用有限元软件ABAQUS研究了节点的受力机制。最后以轴压比、钢梁和钢管屈服强度、高强螺栓预拉力以及核心混凝土强度作为参数研究了节点的滞回性能和剪切规律。研究结果表明:(1)基于DSCM技术所得核心区水平剪力-剪切变形(V-Y)滞回曲线、骨架曲线均表现出良好的耗能能力。节点核心区最大剪切角基本在0.005rad之内,相比其他形式节点,复式钢管混凝土单边螺栓节点的剪切变形较小。T形件加肋能够显著提高节点的初始抗剪刚度和极限承载力,满足“强节点弱构件”的结构设计要求。(2)ABAQUS有限元模拟所得荷载-位移(P-△)滞回曲线与试验吻合良好,且所有模型滞回曲线饱满无捏缩,骨架曲线呈倒S形,具有良好的耗能能力。由数值模拟应力分布状况可以看出,该节点能够将柱端荷载有效的传至梁端,mises应力最大部位为T形件腹板与翼缘交界处及高强螺栓孔壁处。此外,各试件的等效粘滞阻尼系数he =0.368～0.437,远大于传统钢筋混凝土节点耗能能力,满足结构抗震设计的要求。(3)核心混凝土强度和高强螺栓预拉力对节点的初始刚度基本没有影响;随着钢梁屈服强度的提高,模型的剪切变形和承载力也随之提高,但初始刚度变化幅度很小;在一定范围内,随着轴压比的增大,节点的初始刚度和极限承载力也会提高,但过高的轴压比会限制平面错动的趋势,造成剪切变形减小。当轴压比为0.7时,节点极限承载力下降,框架的破坏模式为柱脚先于梁端形成塑性铰。

关键词：复式钢管混凝土 H型钢梁单边螺栓节点滞回性能有限元分析

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