单边螺栓T型钢连接梁柱节点地震损伤性能评估

随着装配式钢结构在建筑工程领域的应用日益广泛,单边螺栓连接作为一种高效、便捷的连接方式,逐渐受到业界的青睐。H型钢梁、方钢管柱通过T型钢连接件和单边螺栓连接技术形成新型装配式钢框架结构,梁柱节点作为整个框架体系的核心,其抗震性能对整体结构的影响至关重要。为评估单边螺栓T型钢连接梁柱节点在地震过程中的损伤情况,开展了4种不同刚度单边螺栓T型钢连接梁柱节点的拟静力试验。通过试验,获得了单边螺栓T型钢连接梁柱节点的破坏模式、滞回性能和初始转动刚度,分析了不同刚度的T型钢连接件对梁柱节点的破坏模式、抗弯承载能力和转动刚度退化的影响。采用考虑残余变形累积损伤修正的Park-Ang损伤指数模型研究了试验中节点的损伤演化规律,结果表明:所提出的地震损伤模型能够较好地反映单边螺栓T型钢连接梁柱节点的损伤演化过程与破坏程度,为该类梁柱连接节点的优化设计和安全评估提供了理论依据和实践经验。

工字形钢梁-矩形钢管柱单向螺栓节点抗弯承载力理论计算方法

针对工字形纯钢梁和钢-混凝土组合梁分别与矩形钢管柱和矩形钢管混凝土柱采用单向螺栓(也称单边拧紧螺栓)连接形成的4种节点形式,对其在弯矩作用下的受力机理及破坏模式进行分析,讨论导致节点失效的因素。总结节点在弯矩作用下的9种失效模式,包括:单向螺栓拉断、端板受弯屈服、矩形钢管柱壁翼板受拉屈服、矩形钢管柱壁翼板受压屈服、矩形钢管柱壁腹板受压屈曲、混凝土楼板局部压溃、钢筋屈服、矩形钢管柱内混凝土局部压溃、矩形钢管柱壁腹板受压屈服,进而基于破坏模式给出节点各组件承载力的计算公式。对4种节点在不同破坏模式下的正弯矩承载力和负弯矩承载力进行分析,给出节点承载力计算公式。将节点抗弯承载力的理论计算结果与试验结果进行对比,验证理论计算方法的可靠性。

高强钢板组合单边螺栓抗剪性能试验

为研究高强钢板组合单边螺栓抗剪承载力和破坏机理,本文对29个试件进行试验研究。钢材选用Q345B和Q460C,高强螺栓选用10.9级和12.9级2种等级和M20、M24、M27、M30、M33这5种规格。试验显示出螺杆剪断和钢板破坏2种破坏模式。结果表明:螺栓预拉力对极限抗剪承载力影响较小而对峰值位移影响较大,钢板破坏时,有预拉力试件的峰值位移比无预拉力反而增加40%。本文试验范围内,12.9级螺栓与Q460C匹配时,抗剪承载力最优,充分的发挥高强钢材的强度,与Q345B匹配时,变形能力较好;10.9级螺栓与Q460C匹配时峰值位移最小,与Q345B匹配时,抗剪承载力最低;抗剪承载力与端距呈正相关。钢板组合单边螺栓连接梁柱节点时,其端距仍可采用标准规定的最小端距进行设计计算。建议螺栓抗剪强度设计值f_(v)^(b)取螺栓最小抗拉强度f_(u)^(b)的0.40倍。

大底脚螺纹抽钉芯杆强度计算方法研究

因具有连接强度高、对复合材料损伤小、可实现单面连接、断口齐平免打磨等优点,大底脚螺纹抽钉被广泛应用于航空航天领域中复材结构的连接。复材用大底脚螺纹抽钉目前主要依赖于进口,尚未实现自主研发。本文针对某结构类型大底脚螺纹抽钉芯杆强度的计算方法,首先介绍了此结构大底脚螺纹抽钉的安装过程,并对其进行受力分析。然后基于材料力学第四强度理论(冯·米塞斯屈服准则)建立芯杆关键位置处(断颈槽和第一牙螺纹)最大应力的表达式,通过建立具有两段不同UNJF螺纹的芯杆有限元模型计算出表达式中的应力集中系数。最终分析得到各因素对芯杆关键位置处最大应力的影响规律。通过以上建立的大底脚螺纹抽钉芯杆强度计算方法,达到提升大底脚螺纹抽钉连接可靠性和经济效益的目的。

复式钢管混凝土T形件单边螺栓节点承载力研究

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。

双钢板混凝土组合剪力墙-钢梁单边螺栓端板连接节点抗震性能研究

为解决双钢板混凝土组合剪力墙与钢梁难以实现现场免焊装配化连接的问题,提出了一种采用分体垫片式单边螺栓端板连接的装配式节点构造,设计并制作了两个足尺试件进行低周往复加载试验及有限元分析,研究了连接节点的变形机理、破坏形态、承载能力、延性、耗能能力以及刚度退化性能。研究结果表明:根据节点区竖放H型钢翼缘厚度不同,节点破坏模式可分为梁端塑性铰破坏和柱壁破坏;发生梁端塑性铰破坏的节点滞回曲线呈饱满的梭形,表现出良好的抗震性能,柱壁及节点区内填混凝土基本保持完好;发生柱壁破坏的节点表现为螺栓孔周钢板受拉形成圆形屈服面,内填混凝土压溃,承载力较低且刚度退化严重,耗能能力较差,加载后期节点的转角主要源于节点区的转动,该失效模式在设计中应予以避免。

基于ANSYS/LS-DYNA的停放制动滑橇螺栓跌落强度分析

中低速磁浮列车悬浮架各部件间主要通过螺栓进行联接,在列车悬浮失效跌落时,停放制动滑橇与托臂联接处的螺栓受到较大的剪切作用,存在结构安全风险。利用HyperMesh建立了悬浮架有限元模型,考虑了停放制动滑橇位置的螺栓联接及接触关系,基于ANSYS/LS-DYNA仿真了悬浮架不同速度下的跌落过程,计算了各接触对的接触力波动情况,分析了联接螺栓、滑橇键、滑橇安装座及托臂的应力变化及分布规律。结果表明:跌落碰撞瞬间各接触对的接触力达到峰值,然后在小幅波动过程中呈减小趋势;运动状态的悬浮架跌落时,各接触力远大于静悬落车工况,联接螺栓的应力显著增大,滑橇键、滑橇、滑橇安装座的最大等效应力超过了材料的屈服极限,存在结构安全风险,工程中需要注意及时检查。

钢结构高效螺栓连接关键技术研究进展

针对大量使用的钢结构闭口截面构件难以全螺栓连接、风电等大直径高耸钢管结构在风致动载作用下拼接接头抗疲劳能力不足、承受动载的大型钢结构基础预应力抗拔锚栓缺乏设计与施工成套技术等3大问题,通过概念设计、理论分析、试验研究、数值模拟、产品研制、装备开发等手段,研制了单向(边)高强螺栓紧固件、反向平衡法兰连接技术和螺栓预拉力直接张拉法设备、可更换预应力锚栓和大型锚栓施工定位装置,开发了锚栓预应力直接张拉安装技术,提出了梁柱全螺栓连接半刚性钢框架设计方法、拼接节点的等效抗弯承载力设计方法以及防止基础动力疲劳开裂的设计方法,取得了一系列钢结构高效螺栓连接关键技术的研究成果,并在工程中得到了检验和推广应用。

钢管混凝土柱-钢梁单边高强螺栓端板连接框架的拟静力试验研究

为获悉半刚性钢管混凝土框架结构在地震作用下的抗震性能和破坏机理,进行2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢梁单边高强螺栓端板连接框架试件的拟静力试验,包括1个圆形和1个方形钢管混凝土框架。研究柱截面类型和端板类型对框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了框架在低周反复荷载作用下的受力全过程和破坏特征,分析此类结构的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、耗能能力等抗震性能指标,并结合现有规范评价结构的延性。试验结果表明,此类半刚性连接钢管混凝土框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,其延性系数μ=2.41-3.75,能量耗散系数E=0.823-0.955;在柱截面含钢率相同条件下,方钢管混凝土框架试件的极限承载力和耗能能量均高于圆钢管混凝土框架试件;梁柱节点采用单边高强螺栓端板连接具有典型的半刚性特征,连接可靠和耗能效果好。研究成果将为我国装配式组合结构设计理论与应用提供科学依据。

钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点静力性能试验研究

通过对8个钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点进行轴拉及弯剪加载试验,考察了约束拉杆构造措施对节点核心区整体性的影响规律,同时对单边螺栓的工作性能进行了分析研究.试验结果表明:单边螺栓具有良好的力学性能,工作性能安全可靠;方钢管混凝土柱设置约束拉杆能有效限制管壁变形,显著提高节点核心区整体性,减少破坏区域;圆钢管因为管壁稳定性较好,设置约束拉杆对改善节点力学性能效果不明显;穿芯螺栓节点核心区整体性最好;在弯剪加载条件下,单边螺栓节点表现出良好的转动能力.试验结果可供同类研究参考与比较.

两层钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓端板连接框架拟动力试验研究

为揭示半刚性钢管混凝土组合框架在地震作用下的动力特性和破坏形式,对2榀两层单跨钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓端板连接组合框架进行拟动力试验研究。该试件的梁柱连接节点形式为平齐端板或外伸端板连接,组合楼板采用钢筋桁架楼承板,试验影响参数为柱截面类型和端板类型。研究了El-Centro地震波作用下结构的加速度反应和位移响应,分析了滞回性能、刚度、延性和耗能能力等,评价了梁柱半刚性连接和楼板组合效应对组合框架结构整体性能的影响。试验表明:半刚性钢管混凝土组合框架具有良好的抗震性能和耗能特性。在柱截面宽度和含钢率相同条件下,采用单边高强螺栓端板连接方式,圆钢管混凝土组合框架的最大位移响应和累积耗能比方钢管混凝土组合框架大;方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始刚度优于圆钢管混凝土组合框架。研究成果将为我国装配式组合结构设计理论与应用提供科学依据。

半刚性钢管混凝土框架梁柱端板连接抗震性能试验研究

为获悉半刚性钢管混凝土框架梁柱端板连接在地震作用下的力学性能,进行两组共8个钢管混凝土柱与钢梁单边螺栓端板连接节点试件的低周反复加载试验,包括4个平齐端板连接节点和4个外伸端板连接节点。研究端板厚度、端板类型、柱截面类型和螺栓锚固构造对节点破坏形态和抗震性能的影响。详细观察节点在低周反复荷载作用下的受力全过程,分析连接弯矩-转角滞回曲线和骨架曲线、强度和刚度退化规律、耗能能力等抗震性能指标。同时结合现有规范,评价节点的刚性和延性。研究表明,端板类型、端板厚度和柱截面类型对节点承载力和刚度影响较大;螺栓设置锚固构造措施可有效地改善节点的受力性能;钢管混凝土框架梁柱单边螺栓端板连接节点属于半刚性连接节点,具有良好的抗震性能和安全可靠的连接,同级荷载作用下没有明显的强度和刚度退化,其延性可满足美国规范FEMA-350和中国规范GB 50011抗震设计要求,可以在实际工程中应用和推广。

H型钢梁与矩形钢管柱端板单向螺栓连接节点初始转动刚度性能

进行了6组平齐式、外伸式端板单向螺栓连接节点试验,并在现有研究成果的基础上,分别推导了单向螺栓抗拉刚度、受拉端板抗弯刚度、柱壁抗拉刚度、柱壁抗压刚度和受压外伸式端板抗压刚度的计算式.利用组件法推导了平齐式、外伸式连接节点在弯矩作用下初始转动刚度的理论计算公式.结果表明:给出的节点初始转动刚度的计算式与试验结果吻合较好,精度可满足工程设计的要求.最后,提出了H型钢梁与矩形钢管(RHS)柱端板单向螺栓连接节点的设计建议.

高强钢板-螺栓连接副抗拉性能试验研究

为解决现有单边螺栓锚固不足和安装复杂的问题,提出一种高强钢板螺栓连接副.将高强钢板焊成芯筒置于钢管柱内并开孔攻丝,采用普通高强螺栓即可实现与钢梁连接节点的单边张紧.为研究攻丝高强钢板替代螺母的可行性,考察连接副的极限抗拉性能和破坏模式,探讨能够与高强螺栓配合的最优钢板厚度,对一系列不同钢板厚度和螺栓强度等级的钢板螺栓连接副进行单调抗拉试验研究.试验中选取Q460C、Q345B、45号钢三种钢材和M16、M20、M24三种规格10.9级高强螺栓作为研究变量.结果表明,Q460C和Q345B均可以作为45号钢的替代材料,同时满足高强螺栓的强度要求和钢结构的焊接要求,采用强度较高钢材可以减少连接副用钢量.为保证钢板螺栓连接副不发生钢板螺纹滑牙破坏,建议Q460C钢板厚度不宜小于螺栓公称直径d;Q345B钢板厚度不宜小于d+(1~2)mm,不宜采用贴焊加厚的叠合钢板.

加强型单边螺栓连接节点静力性能有限元分析

以钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点往复加载试验研究为基础,采用ABAQUS软件建立非线性有限元模型,探讨节点核心区构造措施对节点弯矩-转角曲线的影响规律.研究结果表明:节点核心区外焊槽钢或内置短H钢能显著提高节点抗弯承载力;加强型单边螺栓连接节点为半刚性连接、部分强度节点;增大外槽钢厚度、外槽钢强度、内H钢厚度、内H钢强度均能有效提高节点抗弯承载力.

干涉对复合材料层合板连接系统的极限挤压强度影响

本文对复合材料层合板单面螺纹抽钉紧固件干涉配合连接结构和高锁螺栓间隙配合连接结构的静挤压强度进行了试验研究。分别考虑了不同干涉量配合和间隙配合对紧固件连接结构极限挤压强度的影响。在静拉伸试验中,采用了卡口引伸计来实时监测孔的变形量。根据ASTM D 5961挤压试验方法标准,得到极限挤压强度及偏移量为2%的2%偏移挤压强度。试验结果表明,适当的干涉量能提高紧固件结构的静挤压强度,过量的干涉却能降低其静挤压强度。对于研究的复合材料T700/9916和铺层情况,与高锁螺栓的H9/h9间隙配合连接相比,单面抽钉0.5%干涉量配合连接的极限挤压强度能提高1.51%,而3%干涉量配合连接的极限挤压强度下降1.85%。

圆钢管混凝土柱高强单边螺栓T形件初始刚度计算方法

T形件作为半刚性钢框架梁柱节点连接的重要组件,其初始刚度对节点刚性的影响至关重要。目前,尚缺乏对圆钢管混凝土柱高强单边螺栓T形件初始刚度计算的研究。采用欧洲规范EN 1993-1-8中的组件法,以圆钢管混凝土柱高强单边螺栓T形件为对象,通过简化力学模型,分别给出了弧形端板的抗弯刚度、圆形柱翼缘壁的抗弯刚度、螺栓的抗拉刚度以及锚固钢筋的抗拔刚度计算公式。利用有限元软件ABAQUS,通过数值分析确定了重要影响参数,给出了可用于计算的系数曲线。提出了圆钢管混凝土柱高强单边螺栓T形件的初始刚度计算方法,给出算例以说明该计算过程,并通过试验验证了其准确性。研究表明,提出的计算方法可用于半刚性圆钢管混凝土组合框架的计算与分析。

冷弯方钢管柱-H型钢梁外伸端板单向螺栓连接节点性能试验研究

为研究冷弯方钢管柱-H型钢梁外伸端板单向螺栓(hollo-bolt)连接节点的静力性能,对3个足尺寸的边柱节点进行了静力加载试验,试验研究参数为端板厚度和柱壁厚度。通过分析试验现象得到了不同端板厚度、柱壁厚度下单向螺栓连接节点的静力性能及破坏机理等,绘制了弯矩-转角曲线,对节点核心区各组件的应力-应变曲线进行了详细的分析。研究结果表明:随端板厚度增加,节点承载力不断增加,当端板厚度达到16mm后,端板厚度不再是节点承载力控制的主要因素;在其他条件不变的情况下,柱壁厚度对节点承载能力及转动能力有显著影响,柱壁厚度增加可有效提高节点刚度和承载能力。节点的极限转角较大,节点具有良好的变形能力,破坏形态主要有端板弯曲变形、单向螺栓套筒剪断和柱壁鼓曲变形破坏3种。

高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱节点静力性能试验

为解决现有钢管柱节点单边螺栓锚固不足和操作复杂的问题,提出高强钢芯筒-螺栓连接副装配式节点,连接副由内置于钢管柱的高强钢芯筒和常规高强螺栓组成.为考察这种新型节点的静力性能,对6个1∶1足尺钢管柱框架边节点进行单调加载试验,研究变量为钢芯筒类型、筒壁厚度、螺栓直径、钢梁端板厚度.重点分析节点关键部位的应力变化、变形能力、破坏模式、螺栓拉力和节点类型.结果表明:试件均为半刚性节点、梁端塑性铰破坏机制,封闭型芯筒厚度与螺栓直径相当时可以满足梁柱刚接的强度条件;节点域变形很小可以忽略,芯筒转动变形对节点转动影响不超过10%;钢梁端板与柱的间隙随着芯筒厚度减小而快速增长,螺栓有拔出趋势,连接副的抗拉设计值可按钢板螺纹抗拉承载力的70%取用.

方套方中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓连接节点拟动力试验分析

为揭示中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓连接在地震作用下的动力特性和破坏模式,文章选取典型的中柱节点作为试验模型,进行方套方中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓端板连接节点拟动力试验。研究柱截面空心率、端板形式以及采用可拆卸组合楼板对节点动力性能的影响。获得节点在各工况下的动力特性和破坏模式,分析构件最大位移时程曲线、最大加速度时程曲线、柱顶水平荷载-水平位移滞回曲线,获得阻尼比、刚度退化和累积滞回耗能等抗震性能指标的变化规律。试验结果表明,方套方中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓端板连接节点具有优越的抗震性能和良好的延性,可以在高烈度地区的多高层装配式钢结构建筑中应用和推广。