钢结构半刚性连接节点研究现状

半刚性连接具刚度、延性和载荷能力,抗震性能优越,施工难度低,是实用且经济的连接方式。但半刚性连接受力复杂,力学特性分析难度大,且国内规范中缺乏针对性的分类标准和设计方法。综合国内外文献规范,简述了梁柱节点的分类及特点,详细介绍了钢结构半刚性节点连接类型、研究方法和研究成果,通过分析当前研究进展,指出未来所需研究的问题与方向,为钢结构半刚性节点研究、设计与实际运用提供思路与参考。

导槽导轨接触连接与刚性连接的横梁应力对比研究

以跨越铁路防护装备的横梁为研究对象,确定了8种横梁的有限元计算工况,并计算了防护装备在各工况下受到的载荷。横梁的非线性接触分析会消耗大量的计算资源,为探究提高有限元计算效率的方法,分别在横梁导槽和导轨之间建立接触连接和刚性连接,对2种连接方式下的横梁进行有限元计算。对比计算结果得出:2种连接方式的横梁最大应力差异较小,整体应力分布情况大致相同;2种连接方式在导槽和导轨处的最大应力值以及应力分布情况差异较大;若横梁最大应力未出现在导槽和导轨处,采用刚性连接模拟导槽和导轨的接触可提高计算效率,否则需要在导槽和导轨之间建立非线性接触以保证计算精度。

装配式高层钢结构中半刚性连接性能分析

文中以两种新型半刚性连接的预制钢结构为研究对象,评估预应力索和壁板对预制钢结构的影响,采用半刚性连接试验对结构构件的转动性能进行了评价,并采用所提出的优化程序对结构构件的初始截面进行了优化。结果表明,半刚性连接对装配式高层结构的抗弯性能影响显著,钢框架的刚度比模块化结构的刚度更显著。该方法可为钢结构模块化设计规范提供理论补充。

考虑半刚性连接的输电塔结构离散优化设计方法

输电塔半刚性节点会对结构内力及变形产生不可忽视的影响,然而,在传统的输电塔结构优化设计中,输电塔节点的半刚性连接往往被简化为铰接。为了准确评估输电塔的实际响应并对输电塔进行合理优化设计,以考虑半刚性连接的输电塔为研究对象,通过使用弹簧单元模拟半刚性节点的弯矩-转角关系,建立了半刚性连接的输电塔有限元模型,并提出了半刚性连接输电塔的优化数学模型和优化设计方案,发展了一种考虑半刚性连接的输电塔结构离散优化设计方法。优化结果表明:文中方法能够在满足结构应力及变形约束的条件下有效降低输电塔钢材的消耗量,节约了工程造价成本,具有良好的经济效益。

单边螺栓连接中心支撑钢框架抗震性能分析

目的为研究支撑-半刚接钢框架结构体系的抗震性能,方法设计了一榀由嵌套式单边螺栓与T型钢构成的半刚性梁柱节点的中心支撑钢框架,并进行了拟静力试验与有限元数值模拟,通过观测整个试验现象,分析了其滞回、承载力、刚度退化、耗能等抗震指标。结果结果表明:试件破坏过程明显经历了弹性段、塑性段、破坏段三个阶段,试件破坏模式主要为支撑受压失稳破坏,塑性变形主要累积在支撑体系上,整体呈现延性破坏特征;支撑断裂后,梁柱及T型钢节点无明显塑性变形,钢框架仍具有较高的安全储备,符合“强节点、弱构件”设计原则,表明了结构具有两道抗震防线;结论支撑与半刚接钢框架协同工作使得试件具有较高的抗侧刚度抵抗水平变形,且承载力较高、滞回性能稳定、耗能能力优良;单边螺栓在试验过程中的受力性能较普通高强螺栓并无较大差别,未出现严重的预紧力松弛现象,并能高效的保持螺栓预紧力。通过有限元数值模拟分析可知,减小支撑长细比,虽能有效提高结构的抗震性能,但长细比较小会导致支撑刚度增大,加速其余构件的损坏。故应以考虑结构的延性为前提,降低支撑的长细比,才能有效提高结构的抗震性能。

柔性连接填充墙RC框架结构非线性有限元分析

为了研究橡胶作为新型柔性连接材料对填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能的影响,在7榀1/2缩尺填充墙RC框架结构低周反复加载试验的基础上,采用DIANA有限元软件分析了填充墙与框架之间的连接方式、砌块材料、柔性连接材料以及砂浆强度对填充墙RC框架结构抗震性能的影响。结果表明:与刚性连接相比,以橡胶作为新型柔性连接材料,能减缓结构的强度和刚度退化,极大降低结构的破坏程度,显著提高结构的抗震性能;高弹性橡胶和高阻尼橡胶作为柔性连接材料均表现出优异的抗震性能,而聚苯板(EPS)作为柔性连接材料的抗震性能要比橡胶差;刚性连接方式下不同砌块材料对结构抗震性能影响很大,当使用强度较高的砌块材料时建议采用柔性连接方式以减弱墙-框相互作用;合理降低砂浆的强度等级,可以改变填充墙的破坏模式,对抗震有利。

基于混合算法的半刚性连接钢框架结构优化

海豚回声算法(DEA)是一种模拟海豚利用回声定位进行捕食的元启发式优化算法,具有高效的搜索能力。本研究通过对海豚回声算法的基本原理进行分析,发现该算法的选择机制容易导致优化结果陷入局部最优解,而算法本身不具备跳出局部最优解的机制。因此,为了改进海豚回声算法的全局搜索能力,引入了遗传算法(GA),提出了一种海豚回声-遗传混合算法(DEA-GA):在每一个迭代步中,首先基于海豚回声算法生成子代,再引入遗传算法中搜索能力很强的交叉、变异操作生成新的子代。该混合算法结合了海豚回声算法和遗传算法的优势,既拥有海豚回声算法收敛速度快、效率高等优点,也具备遗传算法全局寻优能力强的特点,同时克服了海豚回声算法容易产生局部最优解和遗传算法容易出现“早熟”等缺陷。本研究以一榀单跨5层和一榀两跨10层的平面框架为例,建立以结构总重最小为目标的半刚性钢框架结构优化的数学模型,分别使用遗传算法、海豚回声算法和本研究提出的混合算法进行求解,优化过程通过Matlab编程实现。算例结果显示:海豚回声-遗传混合算法所得结构的总重比遗传算法小50%以上、比海豚回声算法小7%以上,且该趋势随着设计变量的增加而增加;同时,混合智能优化算法在复杂结构的优化上效率更高、效果更好。

墩梁半刚性连接节点受力性能与计算方法研究

提出一种不传递弯矩的墩梁半刚性连接节点,开展12个分别考虑不同影响参数的足尺节点模型拟静力试验,对比研究节点传力机理,分析刚度变化规律;采用验证后的有限元模型开展主要影响参数扩展分析,通过数值拟合方法,建立考虑半刚性节点剪切刚度和抗弯刚度计算方法。结果表明:水平荷载作用下,节点先平动再转动,该构造能利用钢棒的弯曲能力和橡胶套的压缩能力来实现桥梁上、下部结构连接处的半刚接性能。橡胶套厚度与钢棒直径是影响半刚性连接节点剪切刚度和抗弯刚度的主要因素,同时钢棒的根数与节点剪切刚度和抗弯刚度成近线性倍数关系,钢棒高度和橡胶垫厚度对节点受力性能的影响可以忽略不计。随着钢棒直径增大,半刚性节点平动位移逐渐减小,剪切刚度和抗弯刚度呈非线性递增关系。随着橡胶套厚度增大,半刚性节点平动位移逐渐增大,剪切刚度和抗弯刚度呈非线性递减关系。考虑钢棒直径和橡胶套厚度双参数变化的刚度计算公式,可用于墩梁半刚性连接节点设计。

木结构钢销-短钢梁刚性连接弯矩-转角曲线简化计算方法

结合已有研究成果及国外规范的建议,对木结构钢销-短钢梁刚性连接节点提出了设计和构造建议,并针对该类节点连接提出了相应的弯矩-转角(M-φ)曲线形式及弹性阶段节点刚度的简化计算方法;通过有限元数值模拟与理论推导结果的对比,证明了该方法的正确性,且节点能够有效地传递截面的剪力和弯矩,满足刚性节点的要求;该方法计算简单,实操性强,为现代木结构设计提供了一种新的思路。

一种多电机刚性连接系统转矩均衡控制方法

多电机刚性连接结构的同步控制系统,在传统PI并行控制策略下,会出现电机转矩输出不均衡的问题,严重时会有断轴的风险;以多电机齿轮传动刚性连接结构为研究对象,建立齿轮—电机耦合模型,根据模型的强耦合特性,分析转矩误差的影响因素,并针对这些问题提出一种基于偏差耦合思想的多电机转矩均衡控制策略,通过综合所有电机输出转矩信息,再选取合适的耦合增益系数,对电机转矩进行补偿控制,以实现电机转矩均衡输出。通过对比PI并行控制策略的仿真验证,所提出方案可有效降低各电机之间的转矩误差,并且由刚性齿轮传动结构引起的转矩输出波动也趋于平缓。

基于非刚性连接的成品油管道应急抢修技术研究

近几年,成品油管道破损、泄漏事故不断增多,在应急情况下快速修复受损成品油管道,确保当前供油需求非常有必要,并可为后续换管修复赢取足够的时间。文章梳理了成品油管道安全问题的成因,指出了非刚性连接管道应用于成品油管道应急抢修的优点,分析了利用非刚性连接管道抢修存在的问题,针对两种管道在技术参数上的差异提出了应对措施,对解决应急抢修的技术问题具有参考价值。

采用不同连接方式的外挂UHPC幕墙钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

为研究超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC)幕墙与主体结构间不同连接方式对结构抗震性能的影响,提出了适用于UHPC幕墙的新型柔性连接和耗能连接方式。设计了4种单层单跨钢筋混凝土框架结构,分别为UHPC幕墙采用柔性连接、耗能连接和刚性连接方式的框架结构及不含幕墙的纯框架结构。利用有限元软件ABAQUS对4种结构进行了静力推覆分析和弹塑性时程分析,对比研究其在水平地震作用下的损伤机制以及动力荷载作用下的抗震性能。结果表明:4种模型中主体结构的最终损伤模式一致,均在梁端和柱脚出现塑性铰;幕墙与主体结构采用刚性连接时,连接节点处螺栓发生破坏,连接附近的墙板及框架梁损伤严重;采用柔性连接和耗能连接方式时,连接节点处的墙板和连接螺栓均保持完好。弹塑性时程分析结果表明:采用耗能连接方式时,水平地震作用下主体结构的损伤状态较轻,结构在3条地震波作用下的位移响应相比柔性连接模型减小了24.8%、32.9%和36.5%,减震效果显著。

钢框架半刚性连接特性的影响分析

半刚性连接普遍存在于工程中,但在结构设计中,半刚性特性对结构的影响往往被忽视。与铰接和刚接不同,半刚性连接的节点特性不仅影响节点本身的承载力,同时还对结构的内力分配和整体稳定性影响显著。因此,对于采用半刚性节点的钢结构,其设计和计算必须以准确评估节点半刚性特性为前提。详细阐述了半刚性连接的定义和特点,并且通过对典型钢框架结构算例的分析,定量研究了半刚性节点对钢框架结构侧向刚度的影响,另外通过几何非线性和材料非线性分析,研究了半刚性特性对钢框架整体稳定性的影响。通过本论文的研究,一方面为是否需要考虑半刚性特性提供了定量评估方法;另一方面也为半刚性钢框架结构的整体稳定性分析提供了参考方法。

综合塔框架受力特点浅析及梁柱刚性连接节点探究

综合塔框架为脱硫脱硝装置中主要的结构单体,该类型的钢结构框架有其自身的特点,有必要对综合塔框架受力特点进行归纳总结。因该框架高度较高且部分复合楼板的荷载较重,梁柱节点尤为重要,本项目针对目前国内外关于高层建筑钢结构体系的研究现状,针对高层建筑体系中梁柱之间的梁柱刚接节点,结合《钢结构连接节点设计手册》等有关标准,提出了高层建筑体系中梁柱刚性连接节点及相应的计算公式与构造措施。

动车组车顶电缆终端弹性连接方案研究

目前主流的动车组车顶受电弓电缆终端均采用刚性连接方案,振动加速度大,易造成内部结构损伤。针对该问题,文章提出在动车组车顶电缆终端采用弹性连接的优化方案,并设计了3种不同结构方案的9种典型弹性减振结构。通过振动传递试验对比可知,弹性连接能明显改善电缆终端的振动特性,且刚度越小,电缆终端的振动特性越好。

半刚性梁柱节点连接的初始刚度和结构内力分析

给出了考虑节点半刚性连接的线性化模型初始刚度的计算公式,推导了半刚性连接在荷载作用下的内力计算公式,讨论了半刚性连接对框架内力的影响。通过分析表明,半刚性连接的初始刚度主要与连接件的抗弯刚度、板厚以及螺栓的分布位置有关。半刚性连接框架受连接柔性的影响,钢框架采用半刚性连接会使横梁的杆端负弯矩减少,而跨中正弯矩要相应增加,按刚性连接设计不符合实际受力情况。其结果将高估由梁端传到柱的负弯矩而低估梁的跨中正弯矩,框架的半刚性连接对结构受力性能有明显影响,在钢框架分析和设计中,应考虑半刚性的影响。

竖向荷载下足尺半刚性连接组合框架试验研究

为研究半刚性连接组合框架在静载作用下的力学性能,进行了竖向荷载下两榀足尺的两层两跨半刚性连接组合框架试验。组合框架由H型钢柱和压型钢板混凝土组合梁组成,钢节点由焊接到钢梁端部的平端板通过螺栓与钢柱翼缘连接。为了解半刚性连接组合框架的结构性能和破坏特征,考察不同荷载水平作用下半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架结构整体性能的影响,重点分析框架整体性能、节点性能和梁性能。试验表明:平端板型组合节点为半刚性连接、部分强度节点,具有较高的强度和刚度,其极限转角可满足不小于30mrad的延性设计要求;半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架的强度、刚度和延性有较大影响,设计时应加以考虑。试验结果可为今后半刚性连接组合框架理论研究和工程实际应用提供参考。

半刚性连接钢框架的简化计算方法

采用已有的三参数力学模型模拟半刚性连接梁柱节点的弯矩-转角性能.根据小变形叠加原理,推导了半刚接梁单元杆端弯矩的计算公式以及不同情况下连接的转动刚度与弯矩传递系数.在此基础上,通过对钢框架侧移刚度和半刚接梁单元转动刚度的修正,提出了半刚接钢框架内力和层间位移的简化计算方法.算例结果表明:该计算方法可靠,可用于结构的初步设计和最终校核.

梁柱刚性连接加强型节点的研究进展

为了解决梁柱刚性连接节点在强震作用下的脆性破坏,采用对梁翼缘进行局部削弱或在连接区域局部加大的设计方法,以达到塑性铰外移、提高节点延性、避免在强震作用下梁柱接头发生脆性破坏的设计目的。国内外参考文献的研究结果表明,削弱型节点是以削弱梁翼缘截面、降低梁承载力为代价,获得强震作用下梁的塑性发展,而加强型节点以不降低梁承载力为前提,在大震作用下同样可以获得较好的塑性发展,使节点具有很好的延性。本文以我国《钢结构设计规范》修订为背景,针对塑性铰外移加强型节点各类形式的研究进展加以综述,并着重介绍了板式加强型节点和翼缘扩大型节点的国内外研究进展。

不同跨度比下栓焊刚性连接梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

以钢框架中3个不同跨度比(1∶0.6、1∶1.0、1∶1.4)的栓焊刚性连接梁柱子结构(两跨三柱型)为研究对象,通过单调静力加载试验研究了连续倒塌条件下梁柱子结构的破坏模式、力学形态和抗力机理。试验结果表明,试件表现出多次、间断性破坏特征,先是失效柱与梁受拉翼缘连接处断裂,进而因跨度比不同有所差异:等跨试件边柱梁柱节点处梁端受拉翼缘发生断裂;不等跨试件短梁受拉翼缘与边柱连接附近处发生断裂,短梁先于长梁失效。3个试件的变形形态相似,其抗力机制发展过程可划分为梁机制阶段、梁受弯向受拉转化的过渡阶段和悬链线机制阶段。试件的多次局部破坏使其呈现出多个荷载峰值点,在梁机制阶段荷载随跨度比增大而减小,之后等跨试件因上下梁的协同工作可提供高于梁机制阶段的承载力,而不等跨试件由于短梁先于长梁失效而长梁的悬链线效应未能充分发挥,荷载峰值依次降低,即等跨结构较非等跨结构在大变形时具有更好的传力机制,有利于提高结构的抗倒塌承载力。