节点域承载力对半刚性钢框架地震易损性影响研究

目的 通过考察节点域承载力变化与地震易损性曲线间的关系,获得半刚性钢框架地震易损性曲线,量化节点域屈服承载力对半刚性钢框架地震易损性的影响。方法 采用OpenSEES抗震分析软件建立以节点域承载力比为主要参数的半刚性钢框架模型,通过地震需求分析和抗震能力分析,绘制不同节点域屈服承载力比(0.5~1.0)对应的半刚性钢框架地震易损性曲线。结果 节点域屈服承载力比的取值为0.7时,半刚性钢框架地震易损性曲线在四种极限状态下均小于其他半刚性钢框架,且形成包络趋势。结论 在水平地震作用下,允许节点域屈服,可显著降低钢框架的失效概率,结构的抗震性能也得到了明显改善;节点域屈服承载力比取0.7时,结构抗震性改善效果最显著。

节点域对多层钢结构动力损伤的影响

为明确节点域对多层钢框架整体结构性能的影响,针对4组研究模型,运用动力弹塑性时程分析,从整体结构的层间位移、耗能、建筑塑性变形能量速度换算值、滞回曲线、最大延性比和最大累积塑性延性比研究了节点域对整体钢框架的影响。研究结果表明:考虑节点域影响之后,首层层间位移显著降低,且各层位移趋于均匀;节点域耗能显著且各层均匀;塑性变形能量速度换算值、最大延性比和最大累积塑性延性比均增大;以上分析均表明节点域的影响在整体结构中起着积极的作用,结构设计不可忽略。

小波包节点域和空间域倾角扫描高阶相关去噪技术

小波包去噪就是根据信号和噪声在不同节点、不同层上的差异,在节点域利用其他数学方法(如相关、阈值化处理等)对含噪信号的系数进行缩幅、置零、相关等处理,最后重构原信号。空间域相关是指对经节点域高阶相关后的分量剖面的相邻道进行相关。由于剖面上相邻道的信号具有较强的相关性,而随机噪声的相关性较弱,可利用该特征增强信号,抑制或消除噪声。基于小波包方法、高阶相关方法的特点以及小波包方法在高频段分辨率高的优势,本文提出了小波包节点域和空间域倾角扫描高阶(3阶)相关去噪技术。首先对原始地震记录剖面进行4层小波包分解,得到16个分量剖面,并对这些剖面的每道在节点域对相邻频段的小波包系数进行高阶相关;然后在空间域对同一分量剖面相邻道的小波包系数进行倾角扫描高阶相关;在完成所有分量剖面的空间域相关后,对这些分量剖面进行重构,最终得到去噪后的地震记录剖面。数值实验和实际资料处理结果表明,本文方法的去噪效果明显优于小波尺度域和空间域高阶相关去噪方法,也明显优于常规小波包节点域2阶相关去噪方法。经本文方法去噪后,高斯白噪声得到了明显的压制或消除。

钢结构梁柱连接节点域剪切变形计算方法

针对钢结构梁柱连接节点域剪切变形全过程曲线(即弯矩-剪切转角(M-φs)曲线),提出了三线性模型并给出了相应的计算方法。通过与国外已有方法和相关国内外试验结果进行对比分析可知,该方法既可以准确地计算节点域剪切变形初始转动刚度,又可以很好地计算节点域剪切变形全过程曲线,为钢结构设计中梁柱连接节点域剪切变形特性的分析计算提供了可靠依据。

建立考虑节点域剪切变形的平面钢框架单元刚度矩阵

目的更精确计算平面钢框架结构在水平荷载作用下的侧移.方法以梁柱为计算单元,基于稳定函数法,在梁柱单元的角位移中计入节点域剪切变形,推导了平面钢框架杆件的单元刚度矩阵.结果采用传统的线弹性框架分析方法得到的水平侧移是不准确的,较实验结果误差为12.12%.笔者考虑了由于节点域剪切变形和二阶效应而导致的结构侧移刚度的降低,推导了单元刚度矩阵,并用MATLAB编制了平面钢框架的计算程序,计算所得的水平侧移,较实验结果误差仅为0.606%.结论采用考虑节点域剪切变形和二阶效应的平面钢框架单元刚度矩阵,所得计算结果与实验结果吻合良好,具有很高的准确度.

考虑楼板影响的钢框架结构节点域数学模型

为研究混凝土楼板对钢框架结构节点域受力性能的影响,在有限元分析基础上,确定影响节点域性能的楼板有效宽度.根据对弹性和塑性阶段节点域的受力分析,提出了考虑组合效应的节点域数学模型,推导出相应的抗剪刚度和强度计算公式,并与有限元结果进行对比分析.研究结果表明:该数学模型能够很好地模拟考虑楼板影响的节点域的受力性能;在梁端弯矩相同情况下,作用在考虑楼板影响的节点域上的剪力比不考虑楼板影响的情况小.

梁翼缘削弱式钢框架考虑节点域剪切变形的力学性能研究

钢框架采用翼缘削弱型节点(RBS)可以提高结构延性,满足结构抗震设计要求。考虑框架节点域的剪切变形,导出连带节点域的RBS梁、柱单元刚度矩阵,利用计算软件MATLAB对RBS节点钢框架结构的内力及变形进行了分析和计算。分析结果表明:在水平荷载作用下节点域剪切变形对RBS节点钢框架变形影响较大,层位移、层间位移以及节点总转角的增量均随层数的增加而相应增大,节点域剪切变形对框架内力的影响较小;工程设计中应考虑节点域剪切变形对RBS节点钢框架侧向刚度的不利影响。

节点域对钢框架梁柱连接受力性能的影响

在对30层钢框架进行预设计的基础上,选定梁柱栓焊连接试件进行有限元分析。经过对该连接试件及其节点域的滞回性能和应力分布进行有限元分析后得出,节点域具有非常稳定的非线性变形能力和耗能能力,对连接的塑性转动能力贡献较大。建议设计中允许节点域发生非线性变形,以降低对连接的塑性转动能力要求。节点域的剪应力在节点域中心最高,向四角逐渐降低,节点域剪切屈服后,几乎所有的柱轴力都转移到柱翼缘上。建议设计时选用翼缘宽大的柱截面,以保证柱翼缘能够承受因节点域剪切屈服而由柱腹板转移的压力。

考虑节点域变形效应的空间支撑钢框架结构二阶弹塑性分析

详细推导了基于非线性连续介质力学理论和考虑剪切效应的稳定插值函数所建立的严格三维梁柱单元虚功增量方程和切线刚度方程, 该方程包含了轴向、剪切、双向弯曲与扭转及其各耦合效应。提出的三维单元简化塑性区模型可模拟塑性扩展。建立了考虑支撑效应的节点域剪切变形模型, 该模型可更真实地反映节点域的变形影响。使用包括几何、材料非线性和节点域变形影响的数值算例来检验本文方法和所编计算机程序的可行性、有效性与精确度。算例表明: 利用该程序, 每个构件只需一个单元即可准确预测三维结构的极限荷载与失稳模态, 可提高结构非线性空间性能的分析效率。该程序可用于三维结构的非线性全过程分析, 为建立高层钢结构的高等分析方法奠定了基础。

考虑节点域加强的Q690GJ高强钢梁柱节点抗震性能试验研究

对4个梁端盖板加强-翼缘削弱型梁柱中节点试件进行低周反复荷载试验,主要研究节点域设置补强板和斜向加劲肋对高强钢节点的破坏模式、承载能力、转动能力、延性及耗能能力等的影响,并与ANSI/AISC 341-05推荐方法的计算结果进行对比,试验中,普通试件的破坏形式为节点域出现剪切塑性铰,节点域加强试件在翼缘削弱处发生明显塑性变形;经分析节点域贴焊的等厚补强板参与工作的程度为54%,斜加劲肋则为38%,从节点承载力来看,两者的加强效果相当;由于加载条件所限,各试件的延性和耗能能力并未达到预期的指标,但试件贴焊斜加劲肋后,转角延性系数降低约67%,节点域等效阻尼系数降低约38%,表明节点域加强后其转动能力及耗能能力急剧下降;对于高强度钢材,ANSI/AISC 341-05有关节点域抗剪承载力的计算规定偏于保守。

剪力键节点域对钢空腹夹层板静力特征的影响分析

为研究剪力键节点域对钢空腹夹层板静力特征的影响,建立考虑节点域影响的钢空腹夹层板有限元模型并进行参数化对比分析,得出钢空腹夹层板的挠度和上下肋内力的变化情况。研究结果表明,剪力键节点域的影响会增大钢空腹夹层板的挠度,减小上下肋的轴力;节点域加劲板的宽度以及剪力键的宽厚比、高宽比等因素对钢空腹夹层板的挠度和上下肋的内力的影响明显;设置加劲板能改善节点域应力分布不均等情况,增大剪力键节点域整体刚度,提高钢空腹夹层板的力学性能。

节点域刚度对装配整体式混凝土框架结构抗震性能的影响

装配整体式混凝土框架结构是目前国内外研究和应用最多的工业化结构体系之一,其梁柱连接节点域的刚度对框架结构整体抗震性能有重要影响。为此,研究了装配整体式混凝土框架结构节点域刚度的数值模拟方法,开展了四种节点域刚度下装配式混凝土框架结构的弹塑性时程分析;在此基础上详细考察了四种节点域刚度下整体结构的振动特性、动力响应、耗能性能和构件性能状态等。分析结果表明:装配整体式混凝土框架结构抗震计算时应考虑节点刚域的影响。不考虑节点刚域将对屈服机制和性能水平等整体弹塑性性能有较大影响,从而为进一步研究装配式混凝土框架结构的整体性能分析提供参考。

钢框架结构节点域分析简化模型

节点域起着传递梁柱之间力和弯矩的作用,这样就使得节点域的应力状态非常复杂．节点域 的剪切变形对整个钢框架的性能有着重要的影响,基于1978年Krawinkler提出的模型和一维边界面 理论,建立节点域的力与变形的非线性关系模型．通过与试验比较证明所建模型可以很好地模拟节点 域力与变形的关系．

箱形节点域外伸端板弱轴连接的滞回性能研究

提出了一种适用于H形柱的箱形节点域外伸端板弱轴连接,利用有限元软件ABAQUS对8个不同构造形式的端板连接进行了研究,分析了节点的破坏形式、弯矩-转角滞回曲线、承载能力及转动能力等。结果表明:8个不同构造形式的端板连接均为半刚性节点;在循环荷载作用下,箱形节点域端板连接节点的破坏均出现在端板上,而柱子节点域基本完好;当层间位移角为0.04rad时,各节点的承载力均大于0.8倍钢梁全截面塑性弯矩;端板外伸加劲肋的设置使节点的极限承载力提高10%左右,但耗能能力却下降了4%,建议外伸端板不另设加劲肋;端板厚度为16mm,即与蒙皮板厚度相差较小时,节点的承载能力、耗能能力较好;提升端板材性能提高节点承载能力,但端板材性提升过大反而会降低节点耗能能力,建议端板材性只提高1个等级。

钢框架肋板加强式连接节点域的力学性能研究

为深入研究钢框架肋板加强式连接节点域抗震机理,采用有限元数值模拟分析方法对比分析肋板加强式和普通梁柱连接节点域在整个加载过程中的变形、应力变化规律及极限承载力。结果表明:随梁端位移增加,肋板加强式连接节点域变形呈板件中心鼓曲并逐渐向四周扩散的环状分布状态,节点域中心处剪切变形最大,四周边缘较小;肋板加强式连接节点域的剪力-剪应变曲线更加饱满,具有稳定的塑性变形能力和良好的耗能能力,其抗剪承载力明显提高;肋板加强式连接节点域进入塑性阶段后,节点域等效应力和剪应力有所降低,表明梁端设置的加强肋板可以提高梁柱连接节点域的耗能能力。

节点域尺寸对H型钢截面局部钢框架塑性损伤规律影响的分析

为了研究节点域尺寸对H型钢截面局部钢框架塑性损伤规律影响,以常见的梁、柱及节点域组成的十字形钢框架结构为分析对象,以H型钢柱截面类型、轴压比、节点域高宽比、节点域宽度与层高比、节点域高度与跨度比及结构跨高比等为主要研究参量;基于力学平衡准则进行分析。结果如下:如果用不考虑节点域尺寸时构件的强度来判断柱、梁及节点域组成的框架节点的破坏机制(塑性铰形成位置),可能会出现误判;H型钢截面局部钢框架的节点域与柱强度比,随轴压比和节点域高宽比的增大而增大,而随跨高比的增大而减小。柱为宽翼缘H型钢时,节点域先于柱形成塑性铰;柱为中或窄翼缘H型钢时,轴压比为0.6及节点域高宽比等于2时以外,基本上节点域先于柱形成塑性铰;轴压比小于等于0.4时,H型钢柱强度是节点域强度的1~5倍,可能导致实现"强节点域"的构造处理施工的困难。

矩形钢管混凝土节点域受剪承载力计算

由于对矩形钢管混凝土梁柱连接节点受力性能的研究较少,现有理论和试验研究不完善。本文介绍了带内隔板的矩形钢管混凝土柱-钢梁节点域的构造措施,提出了矩形钢管混凝土梁柱节点域受剪屈服机制,根据薄腹板梁受剪理论分析节点域钢管受剪承载力,根据斜压短柱理论分析节点域混凝土受剪承载力,应用虚功原理推导出节点域受剪承载力计算公式,将公式计算值与试验数据、现行规程公式和有限元计算结果进行比较分析。分析结果表明,本文公式概念明确,应用简单,与试验数据值吻合较好,且偏安全,可供工程设计参考。

附加减震加固框架节点域连接设计与应用

为解决附加框架与既有框架采用全连接方式加固可能造成的既有结构构件损伤严重的问题,提出一种节点域连接附加框架和既有框架的加固连接方式。设计了两类节点域连接加固方式,分别为植入式和外包式,同时给出设计流程和要点、附加框架和抗剪连接件的抗震验算和构造设计的相关要求,并给出设计算例。研究表明,节点域连接方式能保证屈曲约束支撑稳定工作,充分发挥其耗能能力。与在全梁柱长度范围内设置抗剪连接件的连接方式相比,节点域连接方式附加结构刚度小,可减小对既有结构的受力干扰,施工过程对既有结构的损伤小,大震作用下,连接附加框架的既有结构构件开裂情况较轻,对既有结构起到良好的保护作用。

钢框架节点域的宽厚比限值和基于宽厚比的抗剪承载力验算

对于框架柱节点域,我国规范对其板厚借用美国特殊抗弯框架的规定,而抗剪承载力验算则按日本规范的公式改造。然而,这些泊来的规定,其适用范围和相容性都需要进一步厘清。在重读国外有关节点域研究文献的基础上,梳理欧、美、日等规范的有关规定,通过节点域的正则化宽厚比,把这些国际流行规范的腹板厚度要求归纳到同一坐标系进行讨论,并与一些搜集的试验结果比较。进而,根据"高延性-低弹性承载力"和"低延性-高弹性承载力"两条抗震设计思路,基于节点域的宽厚比,诠释抗剪承载力的验算公式。

节点域尺寸对钢框架节点塑性损伤分布规律的影响

为了研究节点域尺寸对钢框架节点塑性损伤分布规律的影响,以钢框架结构中常见的"十字型"梁柱节点为研究对象,通过节点域受力的平衡准则,着重对柱类型(箱型、钢管)、柱轴压比、梁柱截面高度比、柱宽度与层高比及结构跨高比等基本参量进行了分析。分析结果表明:梁、柱及其节点域组成的钢框架节点的塑性铰位置按不考虑节点域尺寸来判断时可能会出现误差。随柱轴压比、梁柱截面高度比增加,节点域与柱的强度比增加;而随跨高比的增加,节点域与柱的强度比减小。箱型柱钢框架结构的柱轴压比小于等于0.4时,柱强度为节点域强度的1.0倍至2.5倍。实际工程柱梁尺寸范围内,钢管柱钢框架的节点域强度大于同截面的柱强度。