冷弯薄壁焊接型钢梁柱节点在循环荷载作用下的试验研究

为了研究以冷弯薄壁焊接型钢构件为主要受力构件的多层及中高层钢框架结构梁柱节点受力、变形性能及破坏特点,对两个钢种(Q235和10PCu-Re)、三种柱壁厚的梁柱节点进行了反复循环荷载作用下的试验.介绍了试验情况,分析了试验结果.

SMW工法型钢起拔试验研究及应用

通过模拟试验和工程实践,寻求型钢与水泥土之间的作用规律,提出了SMW工法的型钢回收验算及方法。

H型钢梁与矩形钢管柱外伸式端板单向螺栓连接节点承载力试验与理论研究

介绍了H型钢梁与矩形钢管柱连接节点的节点类型和单向螺栓产品及其受力性能的研究现状。通过对3种不同形式的外伸式端板单向螺栓连接节点的单调静力加载试验,得到了各试件的破坏模式和弯矩-转角曲线,研究了螺栓承载力、端板厚度、柱壁厚度对节点破坏模式的影响。基于试验现象提出了用于理论计算的螺栓力分布模式。运用EN 1993-1-8的等效T形连接件法计算了由端板材料强度控制的节点受弯承载力。利用屈服线理论,基于试验现象提出了钢管柱壁的屈服线模式,通过虚功原理求解出由柱壁材料强度控制的节点受弯承载力。研究表明,螺栓、端板、柱壁间的相对强弱关系直接影响节点的破坏模式,相对较弱的部件会先于节点中其余部件发生破坏。理论计算值与试验结果相比偏保守。最后提出了H型钢梁与矩形钢管柱连接节点的设计准则。

方钢管柱-H形钢梁铸钢连接节点静力性能试验研究

为研究方钢管柱-H形钢梁铸钢连接节点的静力性能，对8个节点试件进行了单调加载静力试验。结果表明，当节点柱受弯能力大于梁受弯能力时，在单调加载下铸钢连接件环板以及梁翼缘屈服、梁截面屈曲，最终发展到梁端形成塑性铰而破坏；反之节点则表现为节点域剪切破坏，最终破坏形式为铸钢连接件弯曲。节点的转动刚度符合钢框架刚接节点要求。在此基础上，通过理论及有限元分析得出在保证钢管柱受弯能力大于H形钢梁受弯能力的前提下，当钢管柱外径为250～400mm，铸钢连接件环板宽度为25～40mm、厚度为60～90mm时，节点承载力的理论值和有限元分析结果与试验结果吻合良好，进一步验证了基于变形协调原则的方钢管柱-H形钢梁铸钢连接节点承载力计算理论的适用性。

中性盐雾环境锈蚀H型钢柱抗震性能试验研究

通过7根锈蚀H型钢柱的低周往复荷载试验,研究锈蚀对H型钢柱破坏形态、承载力、变形、延性、耗能等方面的影响。结果表明:锈蚀钢柱的翼缘和腹板变形范围及屈曲中心高度呈减小趋势,部分钢柱屈曲中心高度降低了约30%;随着质量损失率增加,滞回环梭型饱满程度越低,所包围的面积越来越小;钢柱的承载力下降明显;钢柱位移延性系数及累积滞回耗能不断减小,并基于试验数据建立了锈蚀H型钢柱位移延性系数的退化模型及累积滞回耗能与循环次数的关系。锈蚀导致钢柱截面面积减小,同时点蚀的存在引起应力集中,减弱了其塑性变形能力。反复荷载作用下,钢柱塑性变形累积,局部屈曲导致承载力下降,抗震性能降低。

波形钢板焊接连接件的疲劳试验研究及寿命评价

通过对波形钢板焊接连接件(以下简称焊接件)的等幅疲劳加载试验和有限元分析,研究此类焊接件的应力集中特性,并对其进行寿命评价。结果表明:疲劳荷载作用下该类焊接件的破坏模式可类比于焊接波形钢腹板H形钢梁(以下简称钢梁),即发生在近波形钢腹板倾斜段终点部位焊趾处的典型疲劳破坏;波形倾斜段倾角和曲率半径与波高的比值对波形钢板平直与倾斜过渡段部位的局部应力集中影响显著,应作为设计控制参数;研究提出了将以上两参数作为变量的应力集中(即仅考虑几何应力)计算式;采用该几何应力方法可以减小波形倾斜段倾角对疲劳寿命数据离散性的影响,从而使疲劳评定简化。通过引入波形钢板焊接构造细节的应力集中系数,对不同波形倾斜段倾角情况下焊接件的疲劳寿命进行预测;将规范典型焊接接头构造细节的疲劳寿命与焊接件疲劳试验结果进行了对比。结果表明:采用AASHTO-2004规范和JSSC-1993规范对波形倾斜段倾角为45°和60°的连接细节可基本采用同一寿命评价等级;从97.7%保证率的角度考虑,波形倾斜段倾角为30°、45°和60°的连接细节可分别采用与GB 50017—2003规范对应的3类、4类、5类构件和连接,与TB10002.2—2005规范对应的Ⅲ类、Ⅶ类和Ⅷ类来评价其寿命。

冷弯薄壁四肢拼合箱形截面柱抗火性能研究

冷弯薄壁型钢四肢拼合截面柱是一种常用的拼合柱,主要用于多层冷弯薄壁型钢结构建筑结构中承受集中荷载。对8根拼合箱形截面柱进行了高温下整体稳定试验研究,主要考虑了不同的温度纵向分布模式和螺钉布置方式对其抗火性能的影响。试验中测得了炉温、柱温、轴向荷载、轴向位移和侧向位移等,并且得到了钢柱在高温破坏后的残余变形。根据试验结果可以判断钢柱在高温下首先发生整体屈曲,再发生局部屈曲,最后在二者相互作用下失去承载能力。试验结果表明:当螺钉间距小于300 mm时,构件截面的协同变形能力良好,单肢构件间未出现分离的现象,且随着螺钉间距减小,钢柱失效的临界温度有较大的提升;在拼合柱端部设置抗剪螺钉群对其抗火性能的提升不明显;当构件由全长受火变为上半部分受火时,构件侧移最大点位置会由中部区域向上移动靠近柱端,且达到耐火极限时,钢柱失效的临界温度升高。基于ABAQUS建立了有限元模型,模型中考虑了材料与几何非线性以及高温下螺钉的抗剪刚度。有限元模拟结果与试验结果对比发现,该有限元模型不仅可以很好地模拟该类构件高温下的变形,也可准确地预测其耐火极限与临界温度。

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。

超薄壁冷弯型钢矩形截面钢管墙架柱-楼层梁连接抗震性能试验研究

冷弯薄壁型钢结构的墙架柱与楼层梁连接构成空间受力体系,考虑柱的轴压比和楼层连接处不同构造方式,对3组共6个矩形截面镀锌钢管墙架柱与楼层梁的连接试件进行了低周往复加载试验。研究结果表明:墙架柱的轴压比从0.2增加到0.4时,规程JGJ 227—2011推荐的连接构造试件的屈服、极限和破坏荷载较角钢加强型连接构造试件均降低约20%,但对角钢加强型连接影响较小;所有连接均发生延性破坏,极限状态时墙架柱损伤很小;柱轴压比对延性、耗能能力均有一定的影响,因此将未加强的连接用于多层房屋结构时,要引起足够重视;在角钢加强型连接中,角钢厚度对连接试件的承载力影响显著,故建议对多层冷弯薄壁型钢房屋中的墙架柱与梁连接,采用厚t≥2 mm的角钢,与规程JGJ 227—2011推荐的连接方式相比,其承载力明显提高,累积耗能能力及屈服耗能能力均较强,破坏前试验所经历的荷载循环级数增加。

Q345冷成型钢高温力学性能试验制度参数的影响研究

钢材的火灾全过程高温本构是开展冷成型钢结构抗火研究的重要输入数据。为此,开展国内常用Q345冷成型钢高温力学性能试验研究,定量考察峰值温度保温时间、降温速率、温度历程以及稳态与瞬态试验方法等试验制度参数对其力学性能的影响,结果表明:高温稳态试验中,峰值温度保温时间和降温速率对钢材高温力学性能影响不明显,相对百分偏差均介于-10%~10%之间;若温度历程中各次升温过程峰值温度中的最高温度和拉伸温度均相同,则钢材在多次升降温过程下的高温力学性能与其在一次升降温过程降温段的高温材性相互接近;高温瞬态试验中,温度历程对钢材高温试验应变影响显著;相同拉伸温度下,升温与降温段的应变相对偏差最高可达12904%;稳态与瞬态试验方法对考虑温度历程的冷成型钢高温应变影响亦非常明显,试验参数范围内,相同拉伸温度下应变相对百分偏差最大可达14851%。总之,Q345冷成型钢的火灾全过程高温本构需考虑温度历程中各次升温过程峰值温度中的最高温度和拉伸温度的影响,且稳态与瞬态试验方法所构建的高温本构模型并不等效。

高强度Q690钢柱受火后受力性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱受火后的受力性能,采用电炉将2根高强度Q690钢焊接H形截面柱升温至800℃后自然冷却至常温,对受火后钢柱进行受压试验,得到钢柱的承载力和破坏模式。为考察受火对钢柱承载力的影响,对2根同尺寸不受火钢柱也进行受压试验。使用ABAQUS软件建立了试验钢柱有限元模型,考虑钢材受火后力学性能的退化和截面残余应力的影响,模拟试验构件的结构响应,并与试验结果进行对比。研究表明:钢柱均发生了绕弱轴的整体失稳破坏;经800℃受火作用后的钢柱承载力与不受火相比降低30%左右;有限元分析结果与试验结果吻合良好。进而采用有限元模型分析受火温度、冷却方式、长细比等参数对受火后Q690钢柱整体稳定系数的影响,有限元分析发现:受火后Q690钢柱稳定系数随受火温度升高呈先增大后减小的趋势,转折点为800℃左右;受火温度较低时冷却方式对Q690钢柱稳定系数影响较小,受火温度高于800℃后影响显著;受火后Q690钢柱稳定系数随长细比增大而降低,长细比小于80时,降低幅度较大,长细比超过80时,降低幅度减小。

柔性钢框架外挂再生混凝土墙结构抗震性能试验研究

为研究柔性钢框架外挂再生混凝土墙结构的抗震性能,对2个单层单跨1∶3缩尺的柔性钢框架外挂再生混凝土墙试件及1个纯钢框架试件进行了拟静力试验。通过对有无外挂墙板及不同梁柱节点形式的对比,分析了外挂墙板及梁柱节点刚度对结构的承载力、抗侧刚度、延性及耗能能力的影响,并对结构内力及水平荷载分配进行了分析。结果表明:柔性钢框架设置外挂墙板后,结构承载力提高约19%;梁柱连接节点刚度对结构的抗震性能影响不大,两种连接形式下结构承载力仅相差6%;柔性钢框架外挂再生混凝土墙结构具有良好的延性,平均位移延性系数均大于3,建议与"中震可修"相对应的层间位移角限值取1/80~1/100;结构耗能主要由钢框架提供,设置外挂墙板后,对耗能能力的提高幅度约15%~20%;栓焊混合连接结构中钢框架内力分布均匀,梁柱节点整体性能好;平齐端板连接节点在强震下变形能力强,受压区翼缘局部翘曲;结构水平荷载主要由钢框架承担,外挂墙板承担约20%~30%。

双肢冷弯薄壁型钢拼合箱形柱受压试验研究与有限元分析

通过30根由双肢C形和[形冷弯薄壁型钢拼合箱形柱的轴压和偏压试验,得到了试件的荷载-位移曲线和最大荷载,并分析了其屈曲模式和破坏特征。采用ABAQUS程序对拼合截面柱受压性能进行了有限元分析,分析参数主要包括长细比、腹板高厚比、截面高宽比、偏心距与偏心方向等。结果表明:轴压中、长柱系列试件的破坏模式为绕弱轴整体弯曲破坏,轴压短柱系列试件为局部屈曲变形过大而导致的塑性折曲,绕强轴和绕弱轴的偏压试件最终分别为整体弯扭屈曲和整体弯曲破坏;试件的最大轴压荷载及刚度均随着试件长细比的增大而逐渐减小;试件最大轴压荷载随腹板高厚比的增大而减小;试件的截面高宽比较大,绕两个主轴的长细比会相差较大,通过增加翼缘宽度以增大拼合柱绕强轴和弱轴的稳定性,显著提高其最大荷载;偏压拼合柱的最大荷载随着偏心距的增加而降低。

腹板开孔冷弯薄壁槽钢梁屈曲性能试验及直接强度法研究

为了研究腹板开孔冷弯薄壁槽钢梁的屈曲性能和完善直接强度法,对开孔数量、卷边长度不同的冷弯薄壁槽钢梁进行了纯弯试验研究,其中长卷边和短卷边试件各8个,每种卷边的试件分别在腹板开设0、1、2、3个100 mm×40 mm的矩形孔洞。试验结果表明：腹板开孔使试件破坏模式从单一的畸变屈曲或局部屈曲变为以畸变屈曲为主的畸变-局部相关屈曲或以局部屈曲为主的局部-畸变相关屈曲;与未开孔钢梁相比,开孔钢梁的承载力有所降低,但开孔数量对钢梁承载力影响不大。采用ANSYS有限元程序对试验进行了模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,验证了有限元分析此类开孔构件的可行性。进而开展了有限元参数分析,验证了基于折减腹板厚度法利用有限条程序CUFSM求解腹板开孔冷弯薄壁槽钢梁弹性畸变屈曲临界应力的准确性,并对此类构件的弹性局部屈曲临界应力计算公式进行了修正。基于腹板开孔冷弯薄壁槽钢梁的试验结果、有限元分析结果以及弹性屈曲临界应力求解方法,得到了此类构件在以畸变屈曲为主和以局部屈曲为主破坏模式下的直接强度法修正公式。

设置屈曲约束柱的摇摆钢框架结构抗震性能研究

为避免钢框架结构产生损伤集中效应,提高结构的耗能能力,采用屈曲约束支撑(BRB)替换普通钢支撑框架底层边柱,形成设置屈曲约束柱(BRC)的摇摆钢框架(RSFB)。罕遇地震作用下BRC率先屈服耗能,钢框架其余构件保持弹性并绕中柱底部转动以控制结构变形。对1榀RSFB模型进行了拟静力试验,试验现象及分析结果表明:由于平面外约束失效,导致钢框架及BRC伸入段出现较大平面外变形;BRC受压时性能无法充分发挥,结构滞回曲线出现捏缩;但受拉侧BRC仍可正常工作,结构并未完全丧失承载力。建立了多尺度RSFB有限元模型,并通过试验数据进行了验证。在此基础上研究理想平面外约束的RSFB结构(RSFB-FOR)的抗震性能。模拟结果表明:RSFB-FOR结构在往复荷载作用下的滞回曲线饱满,结构层间位移分布均匀,结构塑性变形主要集中于BRC耗能段,表明所提出RSFB结构抗震性能良好。最后,探讨了BRC截面强轴方向对RSFB试验模型抗震性能的影响,结果表明:将BRC截面强轴旋转90°后能提高RSFB结构的稳定性和耗能能力。

考虑蠕变和残余应力释放的Q460钢柱抗火设计方法

承受荷载的钢结构在火灾下可发生明显的蠕变变形,钢结构中的焊接残余应力在火灾下也会一定程度地释放,因而高温蠕变变形和残余应力会对钢柱的耐火性能产生影响。为了准确地对高强度Q460钢柱进行抗火设计,有必要定量分析高温蠕变和残余应力释放对钢柱承载力的影响。采用电炉对2根焊接H形Q460钢柱进行耐火试验,得到无保护Q460钢柱在不同荷载水平下轴向位移、跨中侧向位移及温度随时间的变化曲线,并得到破坏时的临界温度。引入高温蠕变和残余应力,采用ANSYS有限元软件建立Q460钢柱耐火分析模型并对其火灾响应进行分析,通过试验数据验证模型的可靠性。利用有限元模型分析了ISO-834标准火灾下Q460钢柱在不同长细比、荷载比、初弯曲和升温速率下临界温度的变化。结果表明,荷载比的增大、初弯曲的增大以及升温速率的降低会降低Q460钢柱的临界温度。根据参数分析结果提出考虑蠕变影响的高强度Q460钢柱临界温度计算方法,可供结构抗火设计参考。