装配式梁柱外环板高强螺栓连接节点抗弯承载力及节点刚度研究

提出一种装配式梁柱外环板高强螺栓连接节点,针对节点力学性能进行了理论分析和数值模拟研究,分析节点失效破坏模式,推导节点极限抗弯承载力及节点初始转动刚度计算公式,提出装配式梁柱外环板高强螺栓连接节点弯矩-转角曲线计算方法.建立5个十字形节点有限元数值计算模型,运用ABAQUS有限元软件进行静力加载数值模拟,研究节点构造参数对节点力学性能影响.研究结果表明:柱宽厚比及外环板厚度对节点破坏模式有一定影响,柱宽厚比增大,节点承载力、初始转动刚度均增加,建议柱宽厚比控制在16~20;随外环板厚度增加,节点刚度有所增加,建议外环板厚度比梁翼缘厚度增加2 mm;节点弯矩-转角曲线理论计算值与数值计算值吻合较好,验证了节点弯矩-转角曲线理论计算方法的有效性.

装配式梁柱外环板高强螺栓连接节点抗震性能试验研究

针对装配式梁柱外环板高强螺栓连接节点抗震性能开展了拟静力加载试验,研究节点试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、刚度退化等抗震性能指标;并对影响节点试件抗震性能参数进行分析;研究节点试件层间位移角及转动能力;提出节点恢复力计算模型。研究结果表明:节点试件失效模式为外环板与梁翼缘连接螺栓剪断、梁翼缘钢板断裂、外环板与柱连接处焊缝开裂3种形式;4个节点试件的滞回环面积较为饱满并呈"Z"形,具有较强的耗能能力;4个节点试件均有显著的刚度退化现象,下降坡度平缓;4个节点试件的层间位移角为0.09~0.12rad超过抗震规范的要求,表明节点具有良好的转动能力和延性性能;外环板的厚度和宽度对节点抗震性能有一定影响;提出的节点恢复力计算模型与节点试件的试验曲线吻合较好。

装配式梁柱外环板高强螺栓连接节点抗弯承载力研究

采用理论分析、数值模拟分析方法,针对装配式梁柱外环板高强螺栓连接节点的构造参数变化对节点抗弯承载力影响开展研究,分别考虑节点外环板厚度、外环板宽度、外环板圆弧半径、外环板长度等参数对节点抗弯承载力的影响。研究结果表明:有限元数值计算结果与试验、理论分析结果较一致;外环板厚度对节点承载力有明显影响,随外环板厚度增加,节点抗弯承载力提高,延性有所降低,建议外环板厚度取值不宜小于梁翼缘厚度,但不应超过梁翼缘厚度2 mm;增加外环板宽度,对柱节点域有一定加强作用,将外环板宽度限定在合理范围有利于提高节点抗弯承载力;外环板长度对节点抗弯承载力影响不明显,建议外环板长度可满足高强螺栓孔距构造要求下限;圆弧半径对节点应力传递有较大影响,建议外环板圆弧半径与外环板宽度比值为4倍左右。

钢管混凝土叠合柱-H型钢梁外套筒式连接节点抗震性能试验与有限元研究

以钢管混凝土叠合柱为研究对象,设计了一种高强对穿螺栓连接的外套筒式梁柱节点。为了研究该新型节点的抗震性能和破坏机理,对3个缩尺比为1∶2的节点进行了拟静力试验。观察节点损伤过程及破坏模式,分析了梁端荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能能力,采用ABAQUS软件建立有限元模型,研究套筒宽厚比和加强肋板厚度对节点抗震性能影响。试验及有限元研究结果表明:节点滞回曲线饱满,延性系数介于3.13~4.19之间,等效黏滞阻尼系数介于0.211~0.296之间,节点域的变形较大且耗能能力较强;随着套筒厚度增大,核心区混凝土开裂减少,破坏位置由节点外移至梁端截面;减小套筒宽厚比和增大加强肋板厚度可以有效提高节点刚度。为保证外套筒式节点达到刚性节点要求,建议套筒宽厚比不大于25,加强肋板厚度不小于梁翼缘厚度。

钢管混凝土柱-钢梁边柱外加强环螺栓连接节点抗震性能

传统钢管混凝土柱-钢梁外加强环焊接节点,由于环板上应力集中现象严重,环板与钢梁连接处易出现撕裂破坏。为此,提出了一种装配式螺栓连接节点形式,即将钢梁伸入上下外环板之间,钢梁翼缘与斜直边环板采用高强度螺栓连接,改变节点连接处传力路径,改善环板受力性能。进行了3个边柱节点拟静力加载试验,研究H型钢梁截面高度、外环板与H型钢梁翼缘高强度螺栓连接处盖板加设与否对节点抗震性能的影响。研究表明,外环板形状设计合理,外环板上塑性损伤可以忽略;在钢梁翼缘与外环板螺栓连接处内侧设置盖板,可使梁端塑性铰外移到环板范围之外的梁截面上,有效提高节点耗能能力。

高强螺栓外伸端板连接受力性能分析

分析高强螺栓外伸端板连接中,端板厚度、螺栓直径、节点域加劲肋、端板加劲肋等对高强螺栓拉力分布和承载力的影响。分析结果表明:1)随着外伸端板厚度增加,高强螺栓受到的拉力减小,当端板厚度较薄时,由于板件变形产生的附加撬力使高强螺栓受到的拉力增大,进一步证明了高强螺栓受拉连接中撬力的存在以及对其产生的不利影响;2)外伸端板受拉翼缘两侧螺栓受到的拉力基本相等,当节点连接板件的刚度满足设计要求时,高强螺栓转动中心位于受压翼缘附近,压应力由端板和柱翼缘共同传递,螺栓拉力分布符合T型件计算模型;3)外伸端板设置斜向加劲肋,可以增加外伸端板刚度,减小撬力影响。当节点域不设置加劲肋时,对柱翼缘设置背板进行局部加强,背板的加强作用不明显。研究结果可为高强螺栓外伸端板连接工程应用提供参考。

柱轴压比对梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点单调加载性能的影响

基于非线性有限元分析方法,分析了一组柱轴压比不同的梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点在单向加载作用下的节点的初始连接刚度、极限弯矩承载力和破坏模式,得出柱轴压比是影响梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点性能的主要因素之一。

高强螺栓延伸/齐平端板连接节点的有限元模拟

分析研究钢结构半刚性连接的受力性能(弯矩-转角关系),可以采用实体有限元建立分析模型。主要介绍用C语言编写梁柱半刚性连接节点有限元模型前处理时的方法和技巧。

H型钢梁柱外伸端板螺栓连接节点的性能研究

根据H型钢梁柱外伸端板螺栓连接节点的简化力学模型，提出用节点尺寸来计算节点初始转动刚度Ri的计算公式，通过与试验结果比较，验证了初始转动刚度Ri的计算公式的正确性；并对节点的破坏形式、抗震性能及影响节点初始转动刚度的因素进行了分析讨论。

新型单面螺栓梁柱外伸端板连接节点受力性能试验研究

为研究新型自紧高强单面螺栓SHSOB连接节点的受力性能,并与传统M20扭剪型高强螺栓连接节点进行对比,设计制作了3个方矩形钢管柱与H形钢梁的外伸式端板连接节点试件,包括2个SHSOB螺栓连接节点和1个M20螺栓连接节点,对各节点试件开展了静力加载试验.揭示了节点的受力性能与破坏模式,考察了新型SHSOB螺栓连接节点的转动刚度、承载力和螺栓群受力分布模式.结果表明,SHSOB螺栓连接节点的初始转动刚度低于M20螺栓连接节点,节点转角大于0.03 rad,满足美国规范FEMA-350对节点延性的要求.随着荷载的增加,端板受拉区应力先增大后趋于稳定.SHSOB螺栓连接节点属于半刚性节点,螺栓群受力分布模式与传统的高强螺栓相似,中和轴位于螺栓群形心附近,具有较好的工程适用性.

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.

外伸端板高强螺栓受拉连接的计算分析

针对国内外关于外伸端板高强螺栓受拉连接的受力分析方法,研究端板刚性、弹塑性、塑性和T形件4种力学计算模型。端板刚性分析中将端板按无弯曲变形的刚性体考虑;弹塑性分析中假定受拉翼缘两侧的两排螺栓承担相同拉力,并考虑端板的部分塑性变形;塑性分析中每个螺栓的受力依赖于其本身的承载力,各排螺栓随拉力的增大依次达到屈服;T形件模型考虑端板的弹塑性变形,将受拉翼缘和螺栓简化为T形连接件。通过例题研究4种计算模型下高强螺栓受拉连接的计算方法,可为工程设计提供参考。

贯通高强螺栓梁柱端板连接节点静力受弯试验研究

针对云冈石窟第18窟等比例整体复制需求提出了贯通高强螺栓梁柱端板连接节点的方案,为研究该节点的受弯静力性能,对4个节点试件进行了单向静力加载试验研究,分析了节点构造、螺栓扳手类型、节点域柱加强等因素对端板连接承载力、受弯性能、节点刚度和变形特性的影响。试验结果表明:当方钢管梁柱厚度为2 mm时,采用扭矩扳手拧紧小直径高强螺栓较人工扳手拧紧能提高节点1.3%的抗弯承载力和11.2%的初始刚度,采用嵌套内芯加强节点域能提高节点25.9%的抗弯承载力,内芯与柱嵌套紧密度高时,试件节点的初始刚度提高7.5%;采用嵌套内芯加强节点域的试件较未采用嵌套内芯加强节点域的试件节点域受压区抵抗变形能力提高87.5%;试件采用与柱嵌套紧密度较高的内芯加强节点域,节点域得到有效加强,破坏模式是梁底钢管屈曲;建议采用嵌套内芯加强节点域,同时保障内芯与柱嵌套的紧密度和高强螺栓预紧度。

外伸式端板螺栓连接节点的有限元分析

利用有限元ANSYS对外伸式端板螺栓连接节点受力性能进行了分析,从改变端板厚度和螺栓直径方面进行了节点受力性能研究,提出了钢框架结构设计节点时可按构造形式划分螺栓受力模型。

高强钢外伸式端板节点性能试验与有限元分析

为了解高强钢端板连接节点的受力性能和失效机理,对Q690和Q960高强钢端板连接节点进行足尺模型试验研究和有限元模拟分析,并将试验结果与采用欧洲规范EC3的计算结果、有限元分析结果进行对比.研究结果表明:节点的失效模式为端板破坏和螺栓断裂;高强钢端板连接节点具有良好的转动能力;EC3中用于普通钢端板连接节点承载能力计算和失效模式预测的组件法可直接用于高强钢端板连接节点,但转动刚度的计算公式并不适用,且EC3关于保障节点转动能力的相关要求对高强钢端板连接节点偏于保守.本文建立的有限元模型可准确模拟该端板连接节点的弯矩-转角关系和失效模式.

梁柱外伸端板连接螺栓受力分析

目的研究钢结构梁与柱之间外伸式端板连接中摩擦型高强螺栓的受力特性.方法采用考虑接触和螺栓预拉的非线性有限单元法对不同构造的梁柱外伸端板连接进行分析.结果得到了连接中各螺栓所受拉力与外荷载之间的关系.受压区螺栓拉力变化不大,受拉区螺栓拉力随着弯矩增加而增大.结论在整个加载过程中梁受拉翼缘内、外侧螺栓所受拉力相差不大.因端板变形产生的撬力增大螺栓受力,对于端板外伸部分未设置加劲肋和设置三角形加劲肋的连接来说,可分别按照撬力比为0.3和0.2设计螺栓.

方套方中空夹层钢管混凝土柱与钢-混凝土梁单边螺栓端板连接节点数值分析

为了揭示方套方中空夹层钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁单边螺栓端板连接的受力性能和破坏机理,通过ABAQUS有限元软件建立了该组合节点的数值分析模型,明确了材料本构关系模型和复杂接触问题。通过水平低周往复荷载试验验证了数值分析模型的准确性,对其破坏模式和滞回曲线进行了评价。考虑了几何参数、材料参数、荷载参数对节点水平荷载-水平位移曲线的影响,讨论了极限承载力和初始刚度的影响规律。研究表明,方套方中空夹层钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁单边螺栓端板连接节点具有良好的抗震性能和受力性能,可应用于高烈度地震区的装配式组合框架;提出的此类型组合节点数值分析方法可用于装配式组合框架的设计与计算。

端板式连接节点计算方法探讨

端板式连接节点抗弯、抗剪主要靠高强螺栓提供的预紧力承担,而目前关于高强螺栓的计算方法较多,基于不同计算假定下给出的计算公式有一定差异,尚未统一,为确保项目安全可靠,结构工程师一般选用相对保守的方法进行施工图设计。本文对规范、手册的计算方法进行了梳理,结果表明按照抗弯中心位于“端板形心”假定的螺栓布置结果与《钢结构高强度螺栓连接技术规程》计算方法一致,其算法较抗弯中心位于“受压翼缘中心”更为保守。基于一个项目案例进行了设计对比分析,最后采用ABAQUS有限元软件建立精细化模型,进行典型梁柱连接节点受力详细分析,有限元结果表明,顶部两排螺栓起主要作用,旋转中心靠近受压翼缘中心,高强螺栓拉力分布实际呈非线性,从螺栓拉力角度看,与《钢结构高强度螺栓连接技术规程》计算方法基本一致。本文为端板式连接节点设计提供参考建议。

高强螺栓连接钢梁——混凝土柱组合节点的抗震性能

文章提出了一种螺栓端板连接的钢梁-钢筋混凝土柱新型组合节点．为了研究这种新型节点的抗震性能，对两组足尺试件进行了摸拟地震加载试验。试验结果表明，两组试件均具有较高的承载力、良好的延性和耗能能力．它们的延性系数都超过4。由于试件JD02采用了比试件JD01更厚的端板，更大直径的高强螺栓，

高强钢外伸式端板节点火灾性能试验与数值分析

对1个Q690和2个Q960高强钢外伸式端板连接节点进行高温550℃下的足尺模型试验研究和有限元模拟分析,并将试验结果与采用欧洲现行钢结构设计规范EN 1993-1-8的计算结果及有限元分析结果进行对比.结果表明,550℃时,Q690和Q960高强钢端板连接节点的承载力分别为常温时的45%和46%,初始转动刚度为常温时的57%和65%,但转动能力分别为常温时的1.43倍和1.66倍.EN 1993-1-8中基于普通钢端板连接节点常温力学性能所提出的组件法可直接用于预测高强钢端板连接节点火灾下的失效模式和承载能力,但初始转动刚度的计算公式并不适用,且采用EN 1993-1-8关于保障节点转动能力的相关要求对高强钢端板连接节点进行抗火设计偏于保守.有限元模型可准确模拟该端板连接节点火灾下的弯矩转角关系和失效模式.