可修复的装配式钢框架梁柱节点非线性静力分析

提出了一种可修复的装配式钢框架梁柱节点,通过改变翼缘连接盖板的厚度、中间排螺栓间距等参数,将塑性铰转移到连接区,从而利用翼缘连接盖板的变形来消耗地震能量,确保梁柱等主要构件保持在弹性范围内不发生破坏,震后只需更换翼缘连接盖板即可实现节点的快速修复。利用ABAQUS有限元分析软件对5个节点进行了数值模拟研究,获得了节点的承载能力、破坏模式、构件应力等,着重分析了中间排螺栓间距、翼缘连接盖板厚度等参数对节点关键力学性能的影响规律。结果表明:通过合理设计翼缘连接盖板厚度、中间排螺栓间距等相关参数既可保证节点承载能力,又能确保梁柱等主要构件不发生破坏,以实现节点的震后快速修复。

钢框架梁柱腹板连接梁翼缘对接焊缝的破坏机理

考虑材料、几何和状态三重非线性,对钢框架梁柱腹板连接在循环荷载作用下的滞回性能进行了有限元模拟。计算结果分析表明,梁翼缘对接焊缝在循环荷载作用下脆断破坏的原因是焊缝两端存在着严重的应力集中,且焊缝处于三向受力状态。最后提出了设计建议。

带支撑节点板钢框架梁柱节点抗弯性能分析

研究了带支撑节点板钢框架梁柱节点的抗弯性能.在ABAQUS有限元分析软件中采用C3D8I单元分别建立了6个由端板或双腹板角钢连接的钢框架梁柱节点模型,其中,2个不带支撑节点板,4个带支撑节点板.研究在正、负弯矩作用下支撑节点板对钢框架梁柱节点承载能力、转动刚度的影响,并分析了增设底角钢、端板外伸等措施对带支撑节点板钢框架梁柱节点抗弯性能的影响.分析结果表明,支撑节点板使钢框架梁柱刚度提高,具有了半刚性,明显提高了节点的抗弯性能,增设底角钢和端板外伸有助于提高带支撑节点板钢框架梁柱节点抗弯性能.

钢框架梁柱T型钢连接节点的性能研究

根据钢框架梁柱剖分T型钢连接节点的简化力学模型,提出一种用已知节点尺寸来预测其Mθr关系的非线性数学模型,模型中的主要参数是节点初始转动刚度和极限承载力。在对节点的初始位移和极限承载力做了理论分析后,给出了计算初始转动刚度和极限承载力的方法。将建议公式计算值和试验结果作了比较,验证了初始转动刚度和极限承载力的计算方法和数学模型的正确性。

钢框架梁柱节点力学性能研究

在美国的Northridge地震和日本阪神地震中,钢框架梁柱刚性连接节点发生严重的脆性破坏现象,显示出节点构造还不尽合理,需对其进行构造改进。文中提出三种改进方式,通过对改进后节点的有限元计算分析,结果表明:在反复荷载作用下,改进节点强度和刚度较好,能够满足我国抗震规范的要求;塑性铰外移,改善节点区的力学性能;加载到极限状态时,节点域变形很小,满足强节点弱杆件的抗震设计原则;且节点构造简单,易于工地现场施工。

钢框架梁柱节点抗震性能研究

利用有限元软件ANSYS对四种节点进行了抗震性能计算分析,结果表明:在反复荷载作用下,构造改进节点抗震性能好,能够满足我国抗震规范的要求,极限状态时,塑性铰外移,避免节点的脆性断裂。

钢框架梁柱非线性分析中的一种新单元

为避免稳定函数单元在轴力为拉、零、压时单元刚度矩阵表达式不一致,提出了MEP单元。单元是以满足约束条件及最小势能原理来构造的。计算结果表明,由MEP单元导出的挠度和刚度系数具有较高的精度。该单元方便应用于变截面及弹塑性梁柱结构中。

基于椭球面强度模型的钢框架梁柱节点断裂分析

利用软件ANSYS的参数化设计语言APDL和用户编程功能UPFs,将建议的静水应力型椭球面屈服模型编制成子程序模块,通过ANSYS软件的开放式接口,实现了程序编制.通过对梁柱节点试验的数值模拟和分析,得出了等效考虑焊接残余应力和焊接缺陷的对接焊缝断裂因子修正系数.对钢框架梁柱狗骨式节点进行了基于椭球面强度模型的数值模拟和断裂分析,结果显示：狗骨式节点在梁翼缘削弱截面形成塑性铰,大大降低了对接焊缝的断裂因子幅值.狗骨式节点滞回曲线饱满,延性较好,且承载力和刚度较常规节点下降不多.

新型钢框架梁柱节点连接耐火性能分析

根据北岭地震和阪神地震现场的灾害情况,大量采用“塑性铰外移”的新型钢框架梁柱节点被提出。针对于此类构件节点在高温作用下的承载力和反应规律将变得非常的复杂和不利于掌控,对于其破坏模式和失效机理是不可知的。利用有限元ANSYS软件建立了4组有限元模型来研究其新型钢框架梁柱节点在高温作用下的反应过程、破坏模式及失效机理。对四种新型钢框架梁柱节点进行静载和高温后耐火性能有限元模拟试验发现经过削弱处理的试件其耐火性能要低于加强型梁柱节点,尤其是对翼缘削弱耐火性能影响较大。因此,不建议采用削弱翼缘的方法是实现塑性铰外移,将会极大的降低其试件的耐火性能。

钢框架梁柱加强与削弱并用节点抗震性能分析

随着地震频繁发生,建筑物的抗震性能成为人们关注的焦点。在建筑设计中,钢框架结构是一种常用的结构形式,然而在实际应用中,钢框架结构的节点连接处容易出现破坏,影响建筑物的抗震能力。因此,对于钢框架结构的梁柱加强与削弱并用节点的抗震性能分析具有重要的意义。本文首先分析钢框架梁柱加强与削弱并用节点的设计原理,将对该结构的抗震性能进行分析,探究其在地震中的表现和优化方案,为建筑设计提供参考。

钢框架梁柱节点断裂研究

简述了钢框架梁柱节点断裂的研究背景,结合国内外相关研究现状,探讨了梁柱节点连接形式及设计思想,分析了造成断裂的原因,研究了结构分析中的损伤概念及疲劳理论,从而从整体上把握节点断裂规律。

带可拆换T型钢连接件的梁柱节点抗震性能和震后功能快速恢复性能研究

为了实现钢框架结构在地震作用下的集中耗能和震后功能快速恢复,提出了一种带可拆换T型钢连接件的梁柱节点。通过控制T型钢连接件与框架梁的承载力比值,即设计承载力系数,即可实现集中耗能的设计目标,震后仅需更换受损的T型钢连接件即可快速恢复结构功能。设计并制作了4个带T型钢连接件的梁柱节点试件,通过试验和有限元相结合的方法研究了其抗震性能。对典型试件拆换受损的T型钢连接件,并采用可拆换残余转角、滞回性能和组件耗能等指标,从功能恢复效率和功能恢复质量两个方面评估了其震后功能快速恢复性能。研究表明:所有试件均呈现出半刚性节点的特性。采用低屈服点T型钢的试件具有较高的刚度、较好的延性和较大的安全储备,建议在工程中优先采用。除了设计承载力系数较大的试件在试验后期钢梁悬臂段根部出现轻微塑性以外,其余试件的梁柱等非耗能构件均处于弹性状态,且T型钢的耗能比例达到90%以上,为震后功能快速恢复提供了可能。T型钢腹板较薄的RT-2试件具有最大的T型钢可拆换残余转角和梁端可拆换残余转角,采用低屈服点T型钢试件的拆换性能优于普通钢试件。拆换试件与原试件相比,虽然延性系数略有降低,但初始刚度和承载能力几乎没有差别,T型钢连接件仍能发挥集中耗能的作用,试件拆换后功能快速恢复性能良好。

钢框架梁柱节点转角测试技术现状研究

框架梁柱节点性能研究在国内外已经取得较多的研究成果。由于研究条件和方法的差异,使得这些成果的适用性、可比性存在不足,并影响到其推广应用。基于结构体系优化的趋势和节点刚度研究的深入,对框架节点性能研究成果进行分析,重点评述了弯矩-转角关系中的转角测试技术,指出转角测试存在节点域变形的考虑、转角的定义和组成、测试方法的选择等问题。对节点域剪切变形进行了力学计算和试验分析,说明节点域剪切变形对节点转角的影响不可忽略;针对不同的节点类型和构造,需要明确转角的定义和组成,并选用合适的测试方法,其测试结果才能提供结构分析所需的数据。在此基础上,阐明了建立标准的转角测试方法的必要性和途径。

采用马氏体镍钛形状记忆合金螺杆的钢框架梁柱节点滞回性能试验研究

为研究采用马氏体镍钛形状记忆合金螺杆的钢框架梁柱节点力学性能和耗能能力,对马氏体镍钛形状记忆合金材料进行了单调拉伸和形状记忆效应试验,对采用马氏体镍钛形状记忆合金螺杆的梁柱节点进行了拟静力试验和加热修复后的再次试验。研究结果表明:镍钛合金具有较大的可回复应变,从而能够适应节点不同程度损伤状态的性能修复要求;采用马氏体镍钛形状记忆合金螺杆的钢框架梁柱节点具有稳定的滞回性能和耗能能力;节点具有后期强化效应,能够一定程度上弥补或消除节点部位受损元件引起的节点性能退化;镍钛合金独特的形状记忆效应和优越的疲劳性能确保了镍钛形状记忆合金螺杆的可重复使用和复原节点性能的能力;螺杆应变过大将导致形状记忆效应衰退,加热修复后将产生残余变形。最后,通过与角钢连接和钢螺杆连接的钢框架梁柱节点的性能对比分析,发现采用马氏体镍钛形状记忆合金螺杆的钢框架梁柱节点具有更好的延性和能量耗散能力。

基于等效结构应力的钢框架焊接梁柱节点低周疲劳评估

在地震作用下钢框架梁柱焊接节点会发生低周疲劳现象,进而导致结构发生破坏。本文基于等效结构应力法提出一种高层钢框架梁柱焊接节点低周疲劳评估方法。首先,结合有限元多尺度模拟方法,建立包含翼缘及腹板焊缝细节的钢框架梁柱焊接节点多尺度模型。其次,利用不同单元尺寸多尺度模型,验证结构应力的网格不敏感特性,进而通过等效结构应力法评估钢框架梁柱焊接节点的疲劳寿命。结果表明,采用等效结构应力法可消除网格的敏感性,在往复荷载作用下,靠近工艺孔焊缝应力水平高于远离工艺孔焊缝,翼缘中心焊缝寿命最低,裂纹最先产生于翼缘焊缝中心处,评估方法为实际工程提供技术支持。

盐雾环境下锈损钢框架梁柱节点抗震性能试验研究

为研究盐雾环境下锈损钢框架梁柱节点抗震性能的退化规律,对7个不同锈蚀龄期焊接梁柱节点试件开展三维形貌扫描和拟静力试验,研究了锈蚀损伤对框架梁柱节点滞回行为、破坏形态、承载性能、转动变形和耗能能力的影响。研究结果表明:锈蚀梁柱节点滞回环形状虽然较为饱满,但是其包络面积、加卸载刚度和循环圈数明显减小;锈蚀梁柱节点破坏模式均为屈曲-断裂混合破坏,其整体失效进程明显加快,不同锈蚀程度梁柱节点破坏形态有所差异;随锈蚀程度增大,梁柱节点承载面积和板件厚度不断减小,限制了节点梁端塑性发展水平,加剧了节点梁翼缘局部屈曲损伤行为,使得梁柱节点极限承载力进一步降低,当梁翼缘锈蚀率达到19.2%时,屈服弯矩、极限弯矩分别下降了28.2%和32.1%;节点梁翼缘表面点蚀坑的形成提升了节点焊接区域局部三轴应力、塑性应变水平,加速了延性裂纹的萌生和扩展,导致梁柱节点转动和耗能能力急剧退化,当梁翼缘点蚀率约为2%时,塑性转角、累积总转角和累积总耗能分别下降了44.1%、52.8%和73%;锈蚀后,梁柱节点塑性铰仍形成于梁端,等效塑性铰、塑性区长度随锈蚀程度增大而减小。

装配式梁柱铰接钢框架-屈曲约束钢板剪力墙体系抗震性能有限元分析

将梁柱铰接钢框架与屈曲约束钢板剪力墙相结合是一种新型的抗震结构体系。铰接框架体系承担竖向荷载,屈曲约束钢板剪力墙体系承担水平荷载,受力明确,构造简单,更适合装配化施工及建筑工业化要求。为研究该体系的动力特性和抗震性能,采用有限元软件进行弹性分析和动力时程分析,并与刚接框架-屈曲约束钢板剪力墙体系、刚接框架-普通钢板剪力墙体系进行比较。分析时屈曲约束钢板剪力墙采用混合"4-6"杆系模型进行模拟。分析结果表明,该体系在8度(0.2g)抗震设防烈度下具有良好的抗震性能,能够满足"三水准"的抗震设防要求,但在8度(0.3g)抗震设防烈度时,底层柱端出现塑性铰。当梁柱截面相同时,刚接框架的基底剪力较大且底层柱过早出现塑性铰。因此,铰接框架-屈曲约束钢板剪力墙体系表现出更优良的动力性能。

狗骨式钢结构梁柱节点的冲击荷载试验研究和有限元分析

设计采用FEMA标准过焊孔构造的2个削弱型狗骨式全焊连接的钢结构梁柱节点试件,对试件施加落锤冲击荷载来模拟结构的动态倒塌效应,考察狗骨式节点削弱程度对钢框架梁柱节点抗冲击性能的影响。通过试验获得节点试件的破坏形态及其冲击荷载和位移时程曲线,分析试件冲击过程动态响应规律以及节点动态转角和耗能能力。试验结果表明:节点试件的主要破坏形态是钢梁塑性铰截面上翼缘屈服的面外变形和腹板扭曲变形;2个节点试件均具有良好的抗冲击转动能力,其最大转角均远远超过FEMA350标准抗震设计的转角限值(θ=0.077 rad)要求;削弱型狗骨式全焊连接节点相对普通全焊接节点的耗能能力和延性均明显提高。采用ABAQUS软件建立了狗骨式梁柱节点子结构的有限元分析模型,通过分析狗骨式梁柱节点在冲击作用下内力发展规律可知,狗骨式节点设计有助于构件向悬链线效应转换。

钢框架节点局部断裂冲击作用实验研究

对钢框架节点在强烈地震或极端荷载情况下因突然断裂引起的冲击作用进行了研究.讨论了断裂冲击值与断裂位置内力释放值的对应关系,通过单质点模型分析了冲击反应的量值范围,考察了冲击反应峰值与冲击作用时间和断裂发生后体系自振周期之比的关系.设计并实施了钢材单轴断裂和模型框架节点断裂两种实验,验证了采用具有高频采样能力的测试设备准确测取断裂过程中结构反应的可行性,揭示了节点瞬间断裂仍然包含渐进性和局部性两项特点.对节点瞬间断裂引起的冲击反应进行了初步的数值评估.

钢结构节点断裂的研究现状

对钢框架梁柱节点及钢管节点断裂的研究现状进行了综述,指出现有研究多是基于传统断裂力学方法采用应力强度因子、裂纹尖端张开位移(CTOD)或J积分等预测断裂,这种方法主要适用于研究脆性断裂或局部塑性损伤程度极其有限的伪脆性断裂问题,而对强震作用下构造无明显缺陷部位发生较大尺度屈服时的延性断裂问题并不适用;介绍了近年来发展的基于微观机制的断裂预测方法,可以考虑节点区显著的应力三轴度因素,且适用于无初始裂纹或处于明显塑性阶段的节点延性断裂预测问题,可用于预测强震作用下钢结构焊接节点的超低周疲劳断裂。