双腹板顶底角钢连接钢框架数值分析及试验

文章对双腹板顶底角钢连接钢框架进行非线性有限元分析,研究了该种框架的受力及变形特点、结构的延性、刚度等性能,分析了框架节点的受力特点及各部件的应力、应变变化情况,为该种连接钢框架的周期往复荷载试验的进行提供依据;同时对双腹板顶底角钢连接钢框架进行弹性阶段周期往复试验,获得其初始刚度,为后续拟动力试验提供依据。

带双腹板顶底角钢连接初始刚度研究

初始连接刚度在节点刚度分类和钢结构地震分析中占有很重要的地位,因此研究连接的初始刚度很有现实意义。主要研究带双腹板顶底角钢连接初始刚度的确定方法以及影响其性能的主要因素。

双腹板、顶底角钢半刚性连接节点的非线性有限元分析

用ANSYS有限元程序对双腹板、顶底角钢半刚性连接节点的非线性性能进行了理论分析,并将计算结果与试验结果进行了比较,两者吻合较好.通过对7个系列共23个双腹板、顶底角钢连接试件的有限元分析,重点探讨了连接的各类组件对节点力学性能的影响.结果表明:梁截面高度、顶底角钢厚度及与柱翼缘相连的顶底角钢螺栓间距对节点力学性能的影响较大;腹板角钢厚度对节点力学性能有一定的影响;柱腹板水平加劲肋、柱截面高度和螺栓直径对节点力学性能的影响较小.双腹板、顶底角钢连接梁柱节点属于典型的半刚性连接节点,建议在设计中考虑其对结构受力性能的影响.

角钢厚度对半刚性梁柱连接性能影响研究

运用有限元ANSYS软件和欧洲规范EUROCODE3给出的钢材在高温环境下的热物理及力学特性参数,建立了3个不同顶底角钢厚度的带双腹板顶底角钢梁柱连接的有限元分析模型。运用热-力耦合分析方法,对双腹板顶底角钢梁柱连接在高温下的抗火性能进行了深入研究,探讨了顶底角钢厚度变化对连接在高温环境下受力机理以及螺栓预紧力受温度影响的规律,所得结果对该类节点的抗火设计具有一定的参考价值。

基于纤维模型的顶底角钢腹板双角钢连接组合梁柱子结构抗倒塌机理分析

为研究不等跨顶底角钢腹板双角钢连接组合梁柱子结构的抗倒塌机理,对一个缩尺比1/3的两跨三柱型梁柱子结构进行了单调静载试验。试验结果表明:压拱机制主要提高了组合梁负弯矩区的受弯承载力,通过增强梁机制可以提升子结构的倒塌抗力,角钢发生断裂后,楼板迅速连结剩余构件形成新的传力路径,悬索机制显著发挥;因短跨组合梁率先发生破坏,子结构效能发挥效率仅为83%。在考虑子结构各部件接触关系及损伤演化的基础上,通过组件法对梁柱连接部件进行合理简化;基于OpenSEES形成高效的数值方法,并基于纤维模型进行参数分析,明确高跨比对子结构抗力的影响。研究结果表明,当高跨比较小梁的高跨比大于1/14,高跨比较大梁退出工作后,剩余结构无法提供更高的抗力,角钢断裂时子结构达到峰值荷载;当梁的高跨比小于1/17,钢筋在小变形阶段进入受拉状态,受压区混凝土与钢筋的应力异向加速混凝土的强度退化,并削弱组合梁受弯承载力;高跨比较大梁主导梁机制的发展,其退出工作后梁机制开始下降;双跨梁的不对称轴力可使压拱机制提前退出工作,有利于悬索机制的形成。

基于整体效能的不等跨钢框架抗倒塌冗余设计

双跨梁的变形协调设计可使不等跨结构的抗倒塌效能得到充分发挥,以顶底角钢腹板双角钢(TSDWA)连接的不等跨钢框架结构为例,对冗余设计的具体方法展开研究。通过对两个1/3缩尺的两跨TSDWA连接组合梁柱子结构进行拟静力试验研究,对比等跨试件与不等跨试件传力机理的差异,明确不等跨子结构承载力以及变形发展的控制参数。以此为基础,将设计需求转换为关键连接部件的性能设计,并给出具体设计方法。通过数值模型对冗余设计的作用机理进行验证,分析设计前后子结构受力行为的差异。结果表明:冗余设计对子结构的刚度与塑性承载力影响较小,主要提升了子结构的整体变形能力与大变形阶段的承载力,拓展了梁机制与悬索机制的发挥空间;经设计后模型双跨梁的变形协同系数均不低于0.9,明显高于原结构的;子结构达到双跨梁同时破坏的理想状态,可以使不等跨子结构的整体效能得以充分发挥。