《Journal of Constructional Steel Research》：Seismic performance of diaphragm-free CFST column-steel beam joints with locally thickened tube walls: Experimental investigation, fragility analysis, and design method
编辑推荐：
•提出了一种局部加厚钢管壁、无内隔板的CFST柱—钢梁节点。•通过循环加载试验研究DCFSTS节点的地震性能。•在OpenSees中建立CFST原型框架，用于非线性时程分析。•基于IDA的地震易损性分析，评估损伤概率。•建立基于屈服线理论的力学计算模型，并与试验结果对比验证。
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提出了一种局部加厚钢管壁、无内隔板的CFST柱—钢梁节点。
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通过循环加载试验研究DCFSTS节点的地震性能。
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在OpenSees中建立CFST原型框架，用于非线性时程分析。
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基于IDA的地震易损性分析，评估损伤概率。
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建立基于屈服线理论的力学计算模型，并与试验结果对比验证。
引言
钢管混凝土（CFST）柱由于钢管与内填混凝土之间的协同作用，其结构性能优于钢筋混凝土柱或空心钢管柱。内填混凝土能够有效抑制或延缓钢管的向内局部屈曲，而钢管对核心混凝土的约束作用则提高了其抗压强度和延性[1], [2], [3]。凭借高强度、良好延性及较为出色的抗震性能，CFST柱已被广泛应用于多层建筑[4], [5]。
梁柱节点是CFST结构中关键的传力构件，其性能直接影响结构体系的整体抗震行为[6], [7]。因此，合理的节点构造形式及其内部传力机理一直是CFST结构研究的重点。在钢—混凝土组合抗弯框架中，CFST柱连续贯通节点区域，并与钢梁相连接。然而，由于柱钢管本身的连续性，梁端弯矩无法直接传递至柱截面或对侧梁。为确保力传递的连续性，通常在梁翼缘位置设置内隔板。如图1(a)–(c)所示，根据其布置方式的不同，常用形式可分为内隔板型、外隔板型和贯通隔板型[8], [9]。
如图1(a)所示，内隔板节点主要用于焊接钢管。将隔板置于钢管内部后，梁翼缘传递的内力可直达管壁和核心混凝土，具有传力路径清晰、节点刚度大等优点[10], [11]。然而，内隔板与管壁及梁翼缘连接处容易出现应力集中和焊接损伤[12]。图1(b)为外隔板节点，梁柱通过外隔板连接，施工性较好[13], [14]。与内隔板节点相比，外隔板节点通常具有更好的延性[15]。然而，外隔板会占用空间，可能影响后续建筑装饰施工，限制了其在工程中的应用。图1(c)为贯通隔板节点，通常适用于预制钢管。设置在节点区的贯通隔板可提供更为坚固的梁柱连接，并能有效传递荷载[16]。然而，为焊接贯通隔板而对钢管柱进行开孔，可能导致节点区混凝土浇筑质量较差[17]。
过去几十年，上述节点形式在CFST框架中得到了广泛应用。然而，内隔板的存在占据了钢管内部的一部分空间，不仅限制了混凝土的流动通道，也阻碍了振捣探头的插入。因此，在浇筑过程中，混凝土难以完全填充隔板周边及角部区域，可能导致局部积料、空洞和振捣不实，最终形成混凝土不密实、离析和空洞等施工缺陷，从而对节点的力学性能和长期耐久性产生不利影响。此外，外隔板的存在可能影响建筑空间的有效利用及结构整体美观。针对上述局限，本研究提出了一种无隔板CFST柱—钢梁（DCFSTS）节点构造，如图1(d)所示。通过在节点区局部加厚柱管壁，DCFSTS节点即使不设内隔板也能保持足够的强度和刚度，同时便于控制混凝土浇筑质量，因而具有良好的工程应用前景。
本研究设计并完成了三个全尺寸DCFSTS节点试件的循环加载试验，研究其破坏模式、滞回性能、承载力、延性、刚度退化及损伤演化过程。建立了精细化DCFSTS节点数值模型，并与试验结果进行了对比验证。在此基础上，设计了CFST原型框架，并在OpenSees中建立了结构体系的整体非线性分析模型，进行了增量动力分析（IDA）和倒塌裕度评估，以评价原型建筑的地震易损性。最后，基于屈服线理论的Morita力学模型推导出DCFSTS节点的抗弯承载力设计公式，为其工程应用提供理论参考。
章节摘要
DCFSTS节点构造
DCFSTS节点构造如图2所示。本次试验共设计了三个全尺寸节点试件，按局部加厚管壁厚度由小到大依次命名为DCFSTS-1至DCFSTS-3。
结构组装及制作流程如图3所示。试件制作步骤如下：首先采用开坡口焊缝将不同厚度的钢板拼接为指定尺寸的板件，随后……
试件设计与材料性能
试件几何尺寸与具体构造如图4所示，详细参数见表1。柱上、下段高度相等，各为850 mm，壁厚均为10 mm。局部加厚管壁高度为640 mm，厚度分别为14 mm、16 mm和18 mm。加厚段与非加厚段的拼缝距梁翼缘150 mm。连接板厚度……
试验方案
试验装置如图5所示。作动器通过螺栓与梁连接，并以倒置方式固定在反力架上。柱顶设置液压千斤顶施加轴向压力，柱底与地面铰接。柱顶和柱底均施加横向约束以限制水平位移。
加载制度遵循《建筑抗震设计》相关技术规范中规定的静力加载流程……
试验现象与损伤特征
整个加载过程中，所有试件的破坏过程均进行了观察和记录。各试件的典型破坏现象如图9所示。
对于DCFSTS-1，当梁端荷载达到120 kN时，西侧柱壁达到屈服应变，随后加载方式切换为位移控制。当梁端竖向位移Δ为36 mm时，上翼缘开始出现屈服。焊缝裂纹在下翼缘根部处随Δ达到48 mm时产生，并逐渐扩展……
含DCFSTS节点原型建筑的地震易损性评估
前述试验研究系统考察了单个DCFSTS节点的地震性能，证明其在节点区域内能可靠传递弯矩。然而，所得结论仅限于构件层面。为对DCFSTS在实际结构体系中的抗震性能进行更全面评价，本节在真实地震作用下对含DCFSTS节点的原型建筑进行了地震易损性分析。
抗弯承载力计算
本节给出DCFSTS节点的抗弯承载力计算方法。当梁翼缘宽度较大时，翼缘宽度方向上的应力分布不均匀，在翼缘两端会产生应力集中，且屈服通常优先在这些位置发生[47], [48]。为考虑上述位置可能出现的应力集中效应，本研究采用基于屈服线理论的Morita力学模型[49]进行……
局限性
本研究共试验了三个试件，其余参数保持一致，且未设置无加厚或常规隔板连接试件作为直接对照，也未设置重复试件以量化试验间离散性，因此所得结论应视为指示性。二维Joint2D模型仅通过标定后的骨干曲线与退化参数，隐式表征局部壁面屈曲和焊缝断裂机理，被认为仅适用于基于层间位移角的评估……
结论
本研究提出了一种局部加厚钢管壁的无隔板CFST柱—钢梁（DCFSTS）节点。通过循环加载试验考察了三个节点试件的抗震性能。在OpenSees中建立了含该节点的CFST原型框架，以评估其地震易损性。此外，推导了用于预测DCFSTS节点抗弯承载力的设计公式。主要结论如下：
作者贡献声明（CRediT）
Lihua Chen：撰写—审校与编辑，撰写—初稿，监督指导，资源，项目管理，方法论，调查，获取经费，概念构想。Ruixin Lv：撰写—初稿，可视化，验证，软件，方法论，调查，形式分析，数据管理，概念构想。Shiye Wang：撰写—审校与编辑，可视化，验证，监督指导，软件，方法论，调查，概念构想。Jian Wang：资源，……
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
作者感谢以下机构提供的资金支持：国家重点研发计划（2017YFC0703606）、国家自然科学基金（52478511）以及安徽省住房城乡建设科技项目（编号2021-YF40）。
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