正弯矩作用下外伸端板连接钢管混凝土节点的承载力计算

基于力学平衡原理,利用塑性分析方法,考虑不同塑性中和轴位置,获得了在正弯矩作用下此类组合节点的承载力计算方法.将试验结果与所得计算公式进行比较,简化计算方法的结果具有一定的准确性,且偏于保守.结果表明:该计算方法可以用于半刚性钢管混凝土组合框架设计.如果不考虑楼板影响,可以计算外伸端板连接的钢管混凝土框架节点的抗弯承载力.

钢框架梁柱外伸式端板连接的非线性有限元模拟

钢框架梁柱外伸式端板连接作为一种典型的半刚性连接方式,其受力性能较为复杂。为全面了解该连接方式下的受力特性,采用ANSYS Workbench软件建立有限元分析模型,在考虑材料非线性、几何非线性、状态(接触)非线性的情况下,分析连接节点在高强度螺栓预紧力及竖向位移荷载作用下的受力性能。研究结果表明:1)在预紧力作用下,螺栓与端板的接触压力集中分布在螺栓孔的周边,分布面积约为螺栓杆截面面积的10倍;2)设置柱腹板加劲肋及端板加劲肋是外伸式端板连接节点必不可少的构造措施;3)受拉区高强度螺栓受到较大的拉力和剪力,受压区螺栓在弹塑性阶段也会承受较大的剪力。本文成果可为钢框架梁柱外伸式端板连接的分析与设计提供一定的借鉴与参考。

T形钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接节点抗震性能试验研究

本文对3个T形钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接节点进行了低周反复荷载作用下的试验研究及分析,研究外伸端板连接节点破坏形式及抗震性能。分析结果表明:该类节点的强度主要取决于高强螺栓的强度及外伸端板的强度和刚度,高强螺栓强度和外伸端板厚度的不同直接影响节点的性能;该类节点具有较好的耗能性能,强度较高。这些研究结果对外伸端板连接节点的研究和应用提供了一定的理论基础。

T形钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁外伸端板连接节点抗震性能试验研究

为研究T形钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁外伸端板连接节点的抗震性能,按1∶2的比例设计并制作9个试件进行低周往复荷载试验,观察试件受力过程和破坏形态,得到试件的滞回曲线和骨架曲线,分析节点的荷载特征值、延性、耗能性能和刚度退化。结果表明:此类节点滞回曲线饱满,延性系数均大于3.48,黏滞阻尼系数均大于1.5,具有良好的抗震性能;增加牛腿长度能提高节点的初始刚度和极限荷载;增加端板厚度和设置加劲肋,节点的极限荷载和耗能性能提高,且加劲肋对薄端板的影响比厚端板显著;增大螺栓直径能提高初始刚度,但对节点承载力影响有限。

火灾下钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接的力学性能

为了研究钢管混凝土框架梁柱半刚性连接的抗火性能,利用ABAQUS软件进行了火灾作用下钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接节点的热力耦合性能的数值模拟。确定了高温下钢材和核心混凝土的材料本构关系模型,建立了考虑楼板影响的钢管混凝土框架外伸端板连接节点的有限元计算模型,对三面受火和外荷载共同作用下节点的受力全过程进行了分析。详细分析了荷载比、螺栓预紧力、防火保护层厚度、材料特性、构件几何尺寸等参数对节点耐火极限的影响。结果表明,荷载比、螺栓预紧力、防火保护层厚度和钢梁截面高度对组合节点耐火极限的影响较显著。该研究结果将为火灾下半刚性钢管混凝土框架的设计理论提供科学依据。

内置高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能

为研究内置FRP约束UHPC高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能,基于“强柱弱梁”目标设计制作5个端板-螺栓连接节点试件,通过拟静力试验研究节点的破坏机理,并分析柱轴压比、FRP管厚度和有无芯柱对节点抗震性能的影响,对比钢梁更换前后节点的性能。试验结果表明:所有试件均在梁端形成塑性铰破坏;该破坏模式下,节点具有较高的承载力、耗能能力和较好的延性;内置芯柱时,试件承载力提高但延性降低;随着FRP管厚度增加,节点初始刚度和耗能能力均得到提升;相比原试件,更换梁试件的耗能能力、延性和初始刚度均有所降低。变形分析结果表明:节点域组合柱以受弯变形为主,两侧钢梁主要承担节点域的剪切变形。依据初始刚度判定该节点属于刚性节点。

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。

混凝土翼板外伸锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度影响的模型研究

为了研究混凝土翼板外伸锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度的影响,运用组件法和弹塑性理论提出了混凝土翼板外伸锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度影响的计算公式,通过与试验结果对比表明:计算值与试验值吻合较好。因此,该计算公式可用于梁柱端板连接半刚性组合边节点刚性的判断和参数研究。

外伸式端板连接钢-混凝土组合节点抗震受剪承载力

为了进一步研究外伸式端板连接型钢-混凝土组合节点的受力特点、破坏形态以及节点的抗震受剪性能,进行了7个外伸式端板连接节点的低周反复荷载作用的试验,对其破坏形态进行了分析,提出了可供实际工程参考使用的节点核心区抗震受剪承载力计算公式;对比分析了不同的螺栓数量、排列方式和螺栓直径的节点抗震受剪承载力值及耗能能力,给出了相同的螺栓排列方式,指出螺栓直径大的其抗震承载力高,并指出三行三列螺栓排列方式的节点是外伸式端板连接钢-混凝土组合节点最为合理的节点形式。

外伸式端板连接型钢-混凝土组合节点合理螺栓布置研究

对7个高强螺栓外伸式端板连接的蜂窝钢梁-复合焊接环式箍筋混凝土柱组合节点试件进行低周反复加载试验,分析组合节点在模拟地震作用下的破坏形态和抗震性能,研究地震作用下组合节点合理螺栓布置形式,结果表明:相同的螺栓布置形式,螺栓直径大的其抗震受剪承载力高;不同的螺栓布置形式,螺栓尽量靠近梁翼缘的布置形式(3行3列)的节点是外伸式端板连接型钢-混凝土组合节点更为合理的节点形式.

外伸式端板连接钢-混凝土组合节点裂缝发展规律及破坏模式

为研究外伸式端板连接型钢梁-混凝土柱组合节点的受力性能,对7个外伸式端板连接复合焊接环式箍筋混凝土柱-蜂窝钢梁组合节点试件进行了低周反复荷载作用下的拟静力试验.结果表明,外伸式端板连接型钢梁-混凝土柱组合节点裂缝出现时荷载较小;在构件屈服后,在节点区出现主X型交叉斜向剪切裂缝,破坏阶段,节点核心区成通裂状态,部分混凝土压碎鼓出、箍筋屈服、刚度退化、试件破坏,最终破坏模式为节点核心区域剪压破坏.通过与课题组其他试验结果对比,外伸式端板螺栓连接型试件耗能增长最快,核心区箍筋、纵筋、混凝土能充分发挥作用,因此外伸式端板螺栓连接型为较合理的节点模式.

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。

外伸式端板连接的蜂窝钢梁-复合焊接环式箍筋混凝土柱组合节点抗剪性能研究

通过低周往复加载试验,研究了外伸式端板连接的蜂窝钢梁-复合焊接环式箍筋混凝土柱组合节点的抗剪性能,得到如下结论:由于焊接环式箍筋的约束,三向受压状态下节点域的混凝土抗剪能力比钢筋混凝土节点混凝土的抗剪能力显著提高;外伸式端板连接型蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点高强螺栓预压力的存在,使得节点域的混凝土开裂较少,改善了节点域的抗剪性能.

钢管混凝土边柱与组合梁端板连接的抗震试验研究

为研究地震荷载作用下钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁端板连接的受力性能和破坏机理,进行4榀带楼板半刚性钢管混凝土组合框架端板连接节点的低周反复荷载试验。试件为边柱节点,试验参数为柱截面类型和端板类型。详细考察试验全过程和试件破坏模式,分析组合节点的滞回曲线、骨架曲线及特征值、强度和刚度退化规律、耗能能力等。根据现有规范评价节点的刚性和延性。研究表明,端板类型、柱截面类型和螺栓锚固构造对组合节点的承载力和刚度有明显影响;钢管混凝土边柱与钢-混凝土组合梁端板连接节点为半刚性连接、部分强度节点;此类新型组合节点具有良好的延性和耗能能力,连接构造安全可靠,满足现有抗震设计要求,可以在组合框架结构中应用。

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。

装配式外套筒-加强式外伸端板组件梁柱连接节点抗震性能试验研究

针对装配式外套筒-加强式外伸端板组件梁与柱连接节点试件进行低周往复加载、单调加载试验,研究节点的受力机制、破坏模式、承载能力、耗能能力、延性和刚度退化等抗震性能。研究结果表明:节点初始转动刚度随外套筒壁厚的增加而增大,当外套筒壁厚由12mm增大到14mm时,节点初始转动刚度增大约17%。增大外套筒壁厚延迟节点的刚度退化速度;梁与柱采用高强螺栓外伸端板组件连接,可以提高节点的变形和耗能能力。梁柱对拉螺栓连接产生一定的"对拉效应",使节点具有较大的转动能力,试件转角均超过0.035rad,可以满足"强节点"和大震对连接节点转动能力的要求;但是过于显著的对拉效应,使节点产生滑移,滞回环由"弓形"过渡到"反S形",节点的耗能能力下降。设计中应通过选择合理的螺栓直径和外套筒壁厚、合理控制对拉螺栓的伸长值、减少外套筒与柱壁间的加工误差等措施,提高节点的刚度以及耗能能力。

外伸端板加劲肋对连接性能的影响

为考察外伸端板连接中不同端板加劲肋对节点性能的影响,采用接触问题的弹塑性大变形有限元分析方法,研究了钢梁柱外伸端板连接中不同长度和厚度的外伸加劲肋对节点刚度、承载力的影响,考察了端板变形和连接面受拉侧间隙的变化。研究发现,与梁腹板等厚的等边加劲肋会过早地拉剪屈服,受压侧加劲肋则过早屈服和屈曲。斜角为63.4°,加厚的加劲肋能增大节点的抗弯力臂,减小螺栓拉力,延迟梁受压翼缘的局部屈曲,并能够将梁端塑性铰移向加劲肋的尾部,从而明显提高端板连接节点的强度和刚度。

外伸端板连接端板加劲肋设计及有限元研究

目的为解决工程中使用的端板加劲肋设计不合理的问题.方法从两方面推导和归纳了端板外伸加劲肋的强度设计公式:避免梁翼缘、加劲肋和端板之间应力传递不均;保证梁翼缘内外侧螺栓拉力的均衡.并考虑了三角形加劲肋较矩形板的折减.应用有限元软件ANSYS研究了节点弯矩转角曲线、螺栓拉力变化及梁翼缘内外侧螺栓拉力分配系数.结果研究表明:工程中常用的端板加劲肋强度和刚度均较低,会过早屈服和屈曲;应用笔者设计的端板加劲肋能够有效提高节点抗弯力臂,延缓梁受压翼缘屈曲,将梁内塑性铰转移到加劲肋尾部.结论ANSYS计算结果表明,端板加劲肋设计公式设计出的加劲肋较工程中常用的加劲肋能起到更好地加劲作用;并且该设计公式简单实用.

波纹腹板H型钢梁柱半刚性外伸端板连接性能研究

为研究波纹腹板H型钢梁柱半刚性外伸端板连接的性能,采用有限元软件ANSYS,对外伸端板连接进行单向静力加载模拟,得到弯矩-转角曲线和端板应力云图,分析连接受力特性;分别调整端板厚度和梁腹板高厚比,分析其对弯矩-转角曲线的影响。结果表明:随着弯矩的增加,弯矩-转角曲线由线性特征转变为非线性特征,连接刚度逐渐降低;端板厚度和梁腹板高厚比对连接的初始刚度及抗弯承载力均有显著的影响。

中美欧高强度螺栓外伸端板连接设计方法比较

为了深入研究外伸端板连接设计方法,本文针对中美欧规范外伸端板连接设计方法进行了比较分析,总结了中美欧规范外伸端板连接设计方法异同.研究结果表明,中美欧规范均采用T型件设计理论对外伸端板连接进行设计,我国《钢结构高强度螺栓连接技术规程》(JGJ82-2011)和美国《建筑钢结构荷载抗力分项系数设计规范》(LRFD)在高强度螺栓连接技术规程中针对外伸端板的连接计算中均引入了破坏模式系数α′以考虑T型件模型的三种破坏形式,欧洲规范EC3则直接按T型件的三种破坏形式进行计算.我国《钢结构高强度螺栓连接技术规程》(JGJ82-2011)针对高强度螺栓外伸端板连接节点首次引入了撬力设计方法,设计方法更加符合工程实际.