钢框架延性节点力学性能研究进展

钢框架中梁柱连接节点是梁柱结合的关键位置,在地震作用下,梁柱节点需要具有足够的延性及塑性变形能力以此耗散地震作用,故连接节点的受力性能直接影响整个钢框架结构的安全性。文章分别整理国内外学者对加强型节点和削弱型节点力学性能的研究现状;同时总结出当前延性节点研究存在的不足之处,为研究人员提供试验参考和设计依据。

悬臂梁段不同拼接方式下延性节点静力性能分析

为了解决装配式钢结构的抗震问题,提出3种适用于模块化装配式钢框架的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点,通过拼接区的滑移或者削弱梁段的塑性变形实现节点良好的延性性能.为减少强震作用对梁柱连接焊缝的破坏,对3种不同的节点提出了各自的抗震设计要求.在对3组试件进行足尺静力试验的基础上,对节点进行了单调加载有限元分析.获得了节点的弯矩-转角曲线以及节点的破坏模式,并和试验结果进行了对比,得到了接触面摩擦力和螺栓拉力的变化规律.通过推导的简化计算公式对节点的初始转动刚度、滑移荷载和屈服荷载进行了计算.结果表明:节点静力加载的破坏模式为靠近拼接区域的悬臂梁下翼缘或者削弱梁段单独或者同时发生较大的局部屈曲变形,节点在破坏前经历了充分的塑性变形,属于延性破坏,3种试件都有良好的延性性能和塑性转动能力.节点简化计算公式得到的结果和试验结果吻合良好.

延性节点钢框架结构的抗震性能分析

为简化延性耗能节点钢框架结构的数值计算,利用延性耗能节点简化理论模型分别对6层、12层的翼缘削弱型节点钢框架和盖板加强型节点钢框架进行简化,并对框架简化模型和实际框架模型进行模态分析;提取框架结构的前3阶基本周期并计算阻尼比,并对框架结构简化模型和实际模型开展El Centro波和Taft波2种地震波下的动力时程分析,将框架简化模型计算得到的框架基本周期、柱顶位移和柱底剪力时程曲线与实际框架模型的数值计算结果进行对比。结果表明:整体上框架简化模型和实际框架模型的数值计算结果吻合较好,翼缘削弱型节点框架简化模型计算的框架基本周期比实际模型计算值稍小,相对误差在8.5%以内,而盖板加强型节点框架简化模型计算的框架基本周期比实际模型计算值稍大,相对误差在4.0%以内;柱顶位移和柱底剪力时程曲线吻合较好。延性节点简化理论模型用于框架结构动力计算具有极高的计算精度,可有效分析延性节点钢框架结构的抗震性能。

装配式抗震框架延性节点的研究

为研究装配式抗震框架的延性节点行为，试验了4个试件．试件的设计体现延性节点行为的3种机理：拉-压屈服、摩擦滑移及非线弹性反应．扼要说明各试件的楼层剪力-层间位移角关系，某些试件的弯矩-转角关系及钢筋应力-应交关系，对试验结果和延性节点构造作了评价．

基于滑移理论的装配式混凝土框架延性节点研究

依据我国《建筑抗震设计规范》[1]"三水准"的抗震设防目标,以"延性耗能节点,节点区较弱于预制构件"为基本设计原则,设计"滑移理论"为基础的装配式框架"多重耗能机制"延性节点,考虑到装配式框架侧向刚度较薄弱,沿预制框架梁纵向设置预制框架柱横向支撑,形成结构传力途径与控制结构侧向变形截然分开的新型结构体系。最后对节点关键连接部位的力学性能及影响节点延性性能的关键技术问题:节点耗能机制、滑移路径、延性连杆,进行了分析研究。研究表明,滑移路径对延性节点耗能机制的有效发挥、框架竖向荷载的传递、框架稳定性等起关键性作用;通过改变普通连杆两端的约束条件,可有效改善连杆的延性性能使其成为延性连杆,这对增强延性节点在大震作用下的耗能能力起到了重要作用。

钢框架延性节点塑性铰外移的机理研究

在钢结构框架节点的延性和抗震性能的设计中,多种不同削弱形式的梁均能够实现在水平荷载作用下节点塑性铰外移的目的。为此,重点从结构的受力方面,采用增量变刚度法对节点塑性铰外移的机理进行相关研究。对削弱型节点连接类型及传统型的节点连接类型进行相关的结构受力机理的推导研究,从理论上分析比较不同框架结构模型在水平荷载作用下的破坏模式及所对应的极限荷载。综合比较得出:采取一定的削弱方式能够改变构件的极限弯矩,进而实现塑性铰外移的目的;采取合理的削弱形式能够保证在结构极限荷载降低不明显的情况下实现塑性铰外移的目的。

延性节点钢框架结构的力学性能分析

延性节点是近年来采用的新型梁柱连接方式,具有良好的抗震性能,但由于延性节点构造较复杂,该类型节点的框架实体结构数值计算耗时、耗力,为提高计算效率,利用3种延性节点的简化理论模型,分别对3层1跨和6层3跨的翼缘削弱型节点和盖板加强型节点钢框架进行简化,并对框架简化模型进行3种工况下的静力分析,提取结构内力和变形等计算结果与实际框架计算结果进行对比,分析表明:3种延性节点简化模型均表现出与原结构相一致的受力特性,利用框架简化模型进行静力分析具有良好的精度,为延性节点框架静力分析提供了较为简便的数值计算方法。

不同构造形式延性节点的钢框架损伤退化滞回性能有限元分析

针对空间钢框架在低周反复荷载作用下的滞回性能、破坏机理和损伤退化性能等进行了有限元分析。研究结果表明:加腋型节点钢框架可以有效降低梁柱翼缘连接焊缝处应力,与其他构造形式节点相比,其耗能能力较强;翼缘板加强型节点可使梁柱翼缘焊缝处应力降低约20%。不同构造形式节点钢框架在低周反复荷载作用下承载力化正负向退化不一致;刚度退化曲线差别很小,钢框架节点形式的构造差异对其刚度退化曲线影响不显著。

延性节点钢框架结构损伤多重分步识别仿真

延性节点钢框架结构损伤会对建筑整体稳定性和抗震性造成严重影响,因此保证延性节点钢框架结构一直处于健康状态具有重要的现实意义。针对主成分分析方法、基于统计矩方法和模态参数识别方法等三种传统结构损伤识别方法准确性低的问题,研究一种新的延性节点钢框架结构损伤多重分步识别方法。方法首先利用无线传感器系统采集延性节点钢框架结构的振动响应数据,然后利用主成分分析方法对响应数据进行降维处理,再然后利用小波分析方法定位结构损伤位置,最后利用人工免疫算法确定钢框架结构损伤程度。结果表明,与三种传统结构损伤识别方法相比,利用本方法进行延性节点钢框架结构损伤识别,F分数值更接近1,由此证明本方法识别损伤的准确性更高。

全装配式延性节点混凝土框架子结构抗连续倒塌试验研究

为研究全装配式干节点连接的钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌性能,采用1/2缩尺比例设计了两榀全装配式(PC)试件进行静载试验研究.其中装配式结构在梁柱节点处采用高强螺栓-延性杆-锚固板的连接方式,其中PC1试件未设置牛腿,PC2试件采用暗牛腿,另外结合一榀本团队开展的现浇框架结构RC试件进行对比研究.对两个试件分别进行了中柱移除状态下的竖向加载拟静力试验,并对加载过程中测试所获得的结构极限承载力、应变响应、变形性能及失效破坏模式依次进行了分析.试验结果表明,与RC试件中既存在压拱效应又存在悬链线效应相比,两个PC试件中只存在压拱效应阶段,表明该类型全装配式结构的抗倒塌能力相对不足.同时PC1和PC2试件的极限承载力分别为RC试件在压拱效应阶段峰值荷载的95%和123%,相应的极限位移仅为RC试件的48%和61%.试验过程中,PC试件的受力及变形区域则主要集中在节点连接处,其材料利用率相对有限,PC试件则因节点区域内延性杆与锚固板连接处发生断裂而失效.

延性节点简化理论在钢框架中的力学应用

随着建筑行业的不断发展,建筑的主体结构也在不断地改进升级,现阶段越来越多以钢为主要材料的建筑结构被越来越多的使用在各个行业的建筑中。钢机构框架也分很多的种类,但是有些种类的钢结构使用效果并不好,其中耗能能力最好的一种钢结构框架为延性节点钢结构框架。但是这种延性节点的整体构造组成十分复杂,在进行实际施工的钢结构框架模拟实验的过程中,需要耗费大量的人力与财力,导致了模拟实验的效果与效率均为达到满意程度。为了将这一方法进行有效的提升,延性节点的简化理论就发挥了巨大的作用。本文从如何进行节点简化入手展开分析,又对实际的延性节点使用情况做出了阐述,最后总结出了提升钢结构框架计算与使用效果与效率的方法,希望可以为我国的钢结构框架发展进步,做出一些贡献。

超大型桥梁钢结构节点延性断裂精准预测研究

当前桥梁钢结构节点延性断裂预测一般设置为单层级,预测范围较小,导致预测误差增加。为此提出对超大型桥梁钢结构节点延性断裂精准地预测研究。根据当前的测定需求及标准,先进行钢结构节点基础承压计算,采用多阶的方式,扩大预测范围,构建多阶单调拉伸节点延性断裂预测模型,采用大应变荷载测定实现延性断裂预测处理。最终的测试结果表明:针对超大型桥梁钢结构中5个随机节点的测试,最终得出的预测误差在第三阶段被较好地控制在0.25以下,可以进一步保证桥梁的稳定性与可靠性,提升桥梁建设的安全程度,为后续的施工建设奠定基础条件。

新型装配式RC柱连接钢节点抗震性能分析

节点连接是影响装配式混凝土结构抗震性能的关键要素,亦是抗震设计的核心问题。文章针对所提出的一种适用于变截面钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)柱的钢节点连接形式,通过有限元模拟,与现浇柱对比分析,评估了该节点连接形式的抗震性能,并研究新型装配式变截面RC柱在不同轴压比下的破坏形态、变形性能及耗能能力。结果表明:新型装配式RC柱和现浇柱在不同轴压比下的破坏形态相似;装配式RC柱的柱底混凝土发生压溃时,钢节点区域尚未有明显塑性变形,因此满足强节点的设计要求;装配式RC柱位移延性系数均>3,满足抗震规范要求;相同轴压比下,装配式RC柱承载和耗能能力略低于现浇柱,但变形能力优于现浇柱。

钢框架延性耗能节点简化模型研究

为简化延性耗能节点有限元数值计算,给大型延性耗能节点钢框架结构简化计算提供基础研究,对梁翼缘局部热处理型节点、盖板加强型节点和翼缘过渡板加强型节点3种构造形式的延性耗能节点简化理论模型进行了理论和数值研究。在节点试验研究基础上引入弹簧单元设计节点简化理论模型,根据弹簧单元广义力和广义位移关系设定弹簧本构关系,充分反映节点域和节点连接组件变形。采用ANSYS有限元软件对节点简化理论模型进行数值计算,提取节点弯矩-转角滞回曲线,将其与试验结果进行对比。结果表明:滞回曲线和试验结果吻合较好,简化理论模型能够体现延性耗能节点的实际力学性能和塑性区发展过程;所得结论可为延性耗能节点钢框架结构数值分析提供新方法。

非对称配钢钢骨混凝土柱-钢梁框架节点延性试验研究

对4个T形配钢柱-钢梁节点和4个L形配钢柱-钢梁节点进行了低周反复拟静力试验,研究了非对称配钢钢骨混凝土柱-钢梁框架节点的延性性能和耗能能力。试验考虑了轴压比、混凝土强度等级和核心区配箍率等参数对节点延性分析的影响,并对在相同条件下T型试件和L型试件延性进行对比分析,观察了节点的受力过程和破坏形态,分析了不同因素对滞回特性的影响。结果表明,试件的延性随着轴压比的增大而减小,随着混凝土强度增加而减小,随着核心区配箍率的增大而增大;在轴压比、核心区配箍率及混凝土强度等条件相同情况下,L形试件受到偏心扭转的影响,T形试件延性较L形延性好。

多层住宅钢结构节点延性性能分析

通过通用有限元软件ANSYS对钢结构梁柱节点进行非线性数值模拟分析,分析比较了构件的长细比、翼缘宽厚比及腹板高厚比对节点承载力及延性的影响,并提出适用于多层住宅钢结构的节点型式和构件长细比、翼缘宽厚比及腹板高厚比的取值范围。

ECC/RC键槽节点装配整体式梁柱结构倒塌性能试验研究

为了研究键槽连接节点装配整体式梁柱结构倒塌性能以及不同后浇混凝土对其性能的影响,完成了2榀单层两跨梁柱结构的移柱静力加载试验,其分别在节点键槽处后浇普通C30混凝土、高延性ECC混凝土.试验获取了构件力-位移曲线、破坏形态以及变形性能等试验数据.研究结果表明:键槽连接节点梁柱结构在满足常规抗震荷载要求下,变形过程中能较好地形成梁机制、压拱机制以及悬索机制,是一种较好的装配式结构可采取的抗倒塌节点形式.依靠ECC高延性、高极限压应变等优越的材料性能,ECC键槽节点梁柱结构能表现出更高的承载能力以及更好的节点延性.钢筋与混凝土之间的局部不均匀相对滑移有利于结构发展大变形,提高结构的抗倒塌性能.

翼缘加强型狗骨式节点的性能分析及改进

基于对"强节点弱构件"概念的深化,改进现有梁柱延性节点形式,提出几何尺寸更为合理的翼缘加强型狗骨式节点。首先以扩翼式节点试验研究为基础,利用ANSYS软件对此扩翼式节点进行非线性有限元分析,并将有限元分析与试验结果相对比;在此基础上,对梁柱节点形式加以变化,做出翼缘加强型狗骨式、狗骨式以及普通型3种形式节点,参照上述分析方法对这3种形式的节点进行循环荷载下的有限元分析,并调整翼缘加强型狗骨式节点的几何尺寸,从而明确改进后翼缘加强型狗骨式节点的性能优势。

钢框架扩翼型节点的研究与应用

鉴于北岭大地震与神户地震中传统钢框架节点出现了大量的脆性破坏,为了实现钢框架节点的抗震延性,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,梁翼缘进行局部削弱或在连接区域局部加大的设计方法。本文着重介绍了新型钢框架节点的种类并通过分析目前国内外研究进展,指出目前钢框架新型梁柱节点研究的不足与方向。

方钢管混凝土柱—钢梁节点抗震性能数值分析

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作了两类带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点,即栓焊连接和全对焊连接。建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,通过低周反复加载有限元分析,研究两类节点的抗震性能,并对两类节点的滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能指标等进行对比分析。结果表明:栓焊连接节点由于螺栓的滑移致使节点的刚度较全对焊连接节点小,螺栓的滑移导致节点的屈服荷载较全对焊节点低,且全对焊节点与栓焊连接节点相比,承载力较大;两类节点滞回曲线均比较饱满,具有较好的耗能性能,由滞回曲线分析得出的耗能指标均满足结构抗震设计的要求,且全对焊连接节点的耗能能力大于栓焊连接节点的耗能能力,抗震性能优于栓焊连接节点。为钢管混凝土结构设计提供了理论依据。