冷弯型钢钢管混凝土柱-钢梁装配式节点抗震性能研究

为考察多高层框架结构体系中新型冷弯型钢装配式钢管混凝土柱-冷弯型钢拼合梁节点的抗震性能,设计并制作了一组足尺节点试件,对其进行不同轴压比下的拟静力试验.结合ABAQUS有限元分析,以轴压比、钢管柱壁厚、内填充混凝土强度等级为主要参数,研究节点试件在低周往复水平荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力、耗能能力、刚度退化等抗震性能.结果表明:在冷弯型钢柱内填充混凝土时,新型冷弯型钢装配式梁柱节点的承载力和耗能能力相比于空钢管柱节点整体有所提高,节点延性增加,节点仍保持“强柱弱梁”的失效模式.在低轴压比(0.2)下,钢管柱壁厚的增加对节点的耗能能力与承载力有一定的提升,其延性也有所增加;混凝土强度等级的变化对本文所研究“强柱”构造下的节点抗震性能几乎无影响,节点的滞回曲线基本一致,骨架曲线基本重合,节点的破坏形态保持不变,随着混凝土强度等级的增加,节点延性有所降低.但在高轴压比(0.8)下,钢管柱壁厚为2 mm和3 mm时柱刚度过弱,节点出现柱端压弯破坏;当钢管柱壁厚增加到4 mm时,节点破坏形态转变为梁端塑性铰破坏,因此应注意限制梁柱线刚度比,保证“强柱弱梁”的失效模式.本文研究成果对该新型节点用于多高层框架结构体系中的适用性及设计构造有一定参考意义.

冷弯薄壁方钢管梁柱加腋节点抗震性能研究

汶川地震后在灾区重建过程中大量使用冷弯薄壁方钢管,但其梁柱节点的连接方式和力学性能等尚需进一步研究。基于结构实际受力情况设计了一种三维双节点试验模型,对不同轴压比下冷弯薄壁方钢管梁柱加腋节点和普通节点的8个试件进行了足尺试验,通过对比分析研究了低周往复荷载作用下加腋节点的破坏模式、滞回曲线及评价节点抗震性能的主要参数(承载力、延性、刚度退化和能量耗散系数等)。同时,利用ANSYS对各节点进行了有限元数值计算,并与试验结果进行对比分析进一步对加腋节点进行了研究。结果表明:试验与有限元数值计算结果吻合良好,验证了理论分析的正确性;加劲腋板提高了节点的初始刚度和承载力,钢管梁的弹塑性性能得到了充分发挥,不同轴压比下均出现了塑性铰,导致加腋节点各试件的最终破坏均是由钢管梁塑性变形过大出现局部屈曲引起;加劲腋板提高了节点的延性系数及往复变形次数,延长了变形时间,增大了节点的粘滞阻尼和耗能性性能,改善了节点的抗震性能;随轴压比增加,加腋节点塑性变形减小,脆性破坏特征增加,各耗能系数均相应降低。

冷弯薄壁方钢管轻质混凝土柱轴压性能研究

为解决冷弯薄壁型钢易失稳和产生局部屈曲等问题,本文提出冷弯薄壁方钢管轻质混凝土柱(LCFCSTC),以试验验证为基础,利用ABAQUS有限元软件对LCFCSTC进行非线性有限元分析,对比分析空钢管柱与LCFCSTC的承载能力;同时,研究长细比、钢管厚度和轻质混凝土强度对LCFCSTC性能的影响,分析典型试件的荷载位移与荷载侧向挠度关系曲线、破坏模式和应力分布等。研究结果表明:在冷弯薄壁方钢管内填充轻质混凝土能有效抑制空钢管产生局部屈曲并提高柱子承载力;LCFCSTC均发生整体失稳破坏,承载力随着轻质混凝土强度等级和钢管厚度增大而增加,随着长细比增加,构件的承载力逐渐减小。基于AISC-LRFD规程和Perry-Robertson公式推导出LCFCSTC承载力计算公式,该公式能够很好地计算LCFCSTC的稳定承载力。

冷弯薄壁型钢四肢拼合梁柱节点抗弯性能研究

基于梁、柱截面拼合形式提出一种新型梁柱连接节点,以实现其拼合截面梁柱的快速装配。为研究其抗弯性能,对4组节点试件进行单调加载试验。通过试验得到节点的破坏模式、弯矩-转角关系,分析柱板厚、节点域螺钉数量、连接件端板厚度对节点抗弯性能的影响,为之后建立有效的冷弯薄壁型钢节点性能分析模型库提供数据,并对节点承载力进行理论计算。研究结果表明:该类节点的破坏模式主要有螺钉拔出或剪断、端板抗弯失效。柱板厚度增加1倍后,节点初始刚度增加26%,极限弯矩提高39.3%;节点域螺钉数量由3排(6个)增加到4排(8个)后节点初始刚度仅增加9.9%,极限弯矩仅提高6.4%;连接件端板厚度由4 mm增加到8 mm时,节点初始刚度提高45.5%,极限承载力没有明显变化。说明柱板厚和连接件端板厚度对节点初始刚度的影响较大,柱板厚对节点极限承载力也有一定的影响,而螺钉数量对节点的初始刚度和极限承载力影响不大。柱板厚度同时翻倍后,增加节点域螺钉数量可以提高节点的初始刚度和极限承载力。4组节点的弯矩转角曲线呈现明显的非线性特征,基于欧洲钢结构Eurocode3规范确定该类节点为半刚性节点。通过对节点进行受力分析计算节点极限弯矩,将计算值与试验值进行对比发现,理论计算值与试验值较为吻合。试验研究的连接件也可用于箱型冷弯轻钢梁柱连接节点,有利于快速装配。

外套管式冷弯方钢管与H型钢梁连接节点的抗震性能

结合钢结构住宅产业化的研究,设计了冷弯方钢管与H型钢梁的螺栓连接外套管式节点。为研究该种节点的抗震性能,进行了3个十字形足尺构件的低周反复试验。通过研究拟静力试验所得的滞回曲线求得该节点的等效阻尼比,并以此衡量其耗能能力。从恢复力特性曲线得到与一次加载相接近的骨架曲线、节点的初始刚度和刚度退化等参数。通过这些参数从强度、变形和能量等三方面判别和鉴定外套管式梁柱节点的抗震性能。

薄壁方钢管冷弯机构设计

介绍薄壁方钢管的冷弯机构及其原理,并提出冷弯工艺的难点及解决方法,以及该冷弯机构的应用范围。

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。

冷弯薄壁型钢梁柱连接节点有限元分析

在冷弯薄壁型钢梁柱节点连接上,随着4 mm以下冷弯薄壁型钢结构在国内外的快速发展,自攻螺钉以其施工方便快捷的优势已成为这类结构的最主要连接方式,其连接性能的研究日益受到重视.利用有限元分析软件对自攻螺钉与普通螺栓应用于冷弯薄壁型钢梁柱节点的连接性能进行分析,并得出结论.

冷弯薄壁方钢管长柱轴压性能试验研究

进行了3组共9个试件冷弯薄壁方钢管受压长柱的试验研究与有限元计算分析,截面尺寸均为120 mm×120 mm×2 mm,考察长细比变化时,试件的破坏模式、荷载-位移曲线以及承载力等改变情况,并利用ANSYS软件进行了数值模拟计算,结果表明:1)对于轴心受压柱,在长细比λ≤36.4时,柱发生的是强度破坏,承载力较高;当长细比增大到λ≤65.5时,柱承载力降低近20%,破坏模式为整体破坏。2)有限元计算结果与试验结果较为接近,差值在12%以内,具有较高准确度。

新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点拟静力试验研究

以轴压比为主要变化参数,对两种类型共4个1∶1足尺模型的新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点进行了拟静力试验。试验观察了试件的受力过程和破坏形态,得到了梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并对比分析了试件的刚度退化、延性和耗能能力。结果表明:两种节点破坏均属于延性破坏,破坏时C型钢梁发生平面外屈曲,形成塑性铰,钢梁下翼缘、腹板与柱焊接处拉裂,钢管混凝土柱-空钢管梁节点还在空心钢管梁上出现塑性铰;随着轴压比的增大,空钢管柱-空钢管梁节点初始刚度变化不大,而钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度有所减小,两种节点的延性均明显降低,极限承载力也有所下降,其中钢管混凝土柱-空钢管梁节点下降幅度更大。至于钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度则明显大于空钢管柱-空钢管梁节点,且滞回曲线较饱满,在极限承载力、延性和耗能指标等方面均优于空钢管柱-空钢管梁节点。

X型冷弯薄壁圆钢管相贯节点有限元分析

推导了考虑焊缝尺寸情况下圆钢管X型节点环向模型的强度公式,通过有限元软件ANSYS模拟分析了相贯节点的受力情况,并对焊接过程中出现焊瘤缺陷的情况提出建议。

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.

冷弯薄壁型钢货架梁柱节点子结构抗连续性倒塌性能研究

为研究冷弯薄壁型钢货架梁柱节点子结构的抗连续性倒塌性能,构建了考虑材料断裂的节点双半跨子结构精细化数值分析模型,综合考虑立柱、挂齿、螺栓等关键组件间的复杂接触关系。通过已有节点试验验证了模型准确性后,对6个具有不同立柱厚度、螺栓数目、横梁高度和梁跨高比的节点子结构进行精细化数值分析,揭示钢货架锁螺栓节点在连续性倒塌工况下的破坏模式和抗力机制,探究节点构造特征和梁跨高比等因素对节点内力效应和子结构抗力性能的影响机理。数值分析结果表明:锁螺栓节点在连续性倒塌工况下的破坏模式主要包括挂齿撕裂和立柱撕裂,以及挂齿撕裂和挂片端板剪断两类,且与立柱厚度紧密相关;梁柱节点子结构弯矩效应和轴力效应发展曲线存在一定规律,加载初期子结构弯曲机制抗力发展迅速,但所有节点子结构的竖向承载能力以悬链线机制的竖向抗力为主;节点构造对子结构抗连续性倒塌性能存在一定影响;梁跨高比越大,弯曲机制控制阶段越短,悬链线机制发挥得越快,但抗力越低。

长细比对冷弯薄壁方钢管柱轴心受压承载性能影响的研究

以某实际冷弯薄壁型钢结构中的冷弯薄壁方钢管柱为例,针对其不同长细比下的轴心受压承载性能进行试验和有限元模拟研究。结果表明:1)有限元模拟与试验结果吻合较好,选择合理的数值模型可以较好地模拟此类方钢管柱在不同长细比下的轴心受压承载性能;2)此类型方钢管柱长细比小于等于30时,柱极限承载力变化很小,此时柱的破坏由材料的强度控制;当长细比大于30时,此类型柱的轴心受压极限承载力由稳定控制,此时柱的破坏呈脆性特性;当长细比大于48后,其轴心受压极限承载力下降严重,从经济性考虑,不宜在实际工程中使用。

薄壁方钢管混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

以轴压力为主要参数,对两种形式共6个薄壁方钢管混凝土柱-空心方钢管梁节点进行滞回性能的试验研究。通过试验,研究试件的破坏模式、滞回特性、延性及耗能能力等重要抗震性能指标。结果表明:直接焊接节点破坏主要由梁与柱的焊接处断裂引起,螺栓贯穿式连接节点主要发生梁与端板的焊接处断裂和端板与柱的连接焊缝拉裂;轴力对直接焊接节点的抗震性能指标影响较大,而对螺栓贯穿连接节点的影响不是很明显;螺栓贯穿式连接节点的初始刚度和极限承载力都比直接焊接节点要弱,但其屈服平台相对较长,达到极限承载力后其承载能力下降也相对缓慢,延性较好,耗能能力较强;螺栓贯穿式连接节点在破坏时由焊接端板构成第二道防线,对结构抗震更为有利。

冷弯薄壁C型钢梁柱节点受力性能研究

用有限元分析软件ANSYS对双肢冷弯薄壁C型钢梁柱节点的受力性能进行了研究,建立了节点模型,在梁端进行静力加载,得到了节点的VonMises应力云图和弯矩—转角曲线,并对C型钢厚度、螺栓间距、节点板厚度对节点的破坏模式和连接刚度的影响进行了分析,得出了有益的结论。

薄壁方钢管混凝土柱-空心钢管梁节点单调加载试验研究

以轴压比为主要考察参数,对6个1∶1足尺模型的薄壁方钢管混凝土梁柱节点进行了单调加载试验。试验观察了受力过程和破坏形态,得到了梁端荷载-位移曲线,并分析了节点的刚度、承载力和延性等重要指标。结果表明,试件节点均经历了弹性、梁局部屈服、塑性、破坏等阶段,直焊型节点的破坏主要是由梁局部屈曲及柱棱角处拉裂引起,螺栓节点的破坏主要是由于梁与柱贴板间焊缝开裂引起,加腋节点中加腋板显著增强了节点域刚度,塑性铰形成于梁上并远离节点区域,其破坏主要由梁局部屈曲引起,节点域完好,较好地满足了"强柱弱梁、节点更强"的抗震设计目标;采用螺栓贯穿连接措施对节点初始刚度影响不大,而采用加腋手段对节点初始刚度提高显著;加腋和螺栓贯穿连接措施均能较大地提高节点的承载力;随着轴压比的增大,试件极限承载力有一定小幅降低,而试件延性下降明显。

冷弯薄壁型钢节点刚度的数值分析和预测模型

通过对Byran公式进行修正得出多层板单螺栓搭接节点初始拉伸柔度的计算模型;随后分析了节点板厚度、螺栓安装容差、螺栓端距等参数对修正系数及初始拉伸柔度的影响;在此基础上推导出冷弯薄壁型钢梁柱节点初始转动刚度的预测模型.结果表明,对半刚性的冷弯薄壁型钢梁柱节点而言,采用线性模型能取得较精确的结果.研究结果为冷弯薄壁型钢门式刚架的设计提供了一定的参考建议.

双肢冷弯薄壁C型钢节点有限元分析

为考察使用自攻螺钉通过T形热轧钢板连接的梁柱节点的承载力等性能,利用ANSYS有限元软件建模,对比分析了连接板加腋和连接板不加腋这两种形式的节点在单调载荷下的破坏形式及承载力.结果表明,通过对连接板加腋的方式,能使其应力分布更加均匀,提高了连接板自身及梁柱节点的承载能力.

单轴受弯方矩形截面冷弯薄壁型钢构件设计的连续强度法

对单轴受弯的冷弯薄壁方矩形钢管的局部稳定承载力设计方法展开研究。基于试验验证的非线性有限元建模方法,对不同宽厚比和高宽比组配下的单轴受弯方矩形截面钢构件进行参数分析,探究翼缘和腹板的相关作用和应变强化对构件局部屈曲的影响情况。采用等效变形的概念,提出将连续强度法(CSM)应用于冷弯薄壁方矩形钢构件的设计。通过建议承载力计算式与试验、有限元模拟结果及各国规范方法的比较,证明连续强度法的有效性。