一种新型法兰外环板式梁柱节点抗震性能研究

提出了一种新型法兰外环板式梁柱节点,为研究方钢管柱壁厚和柱座钢管壁厚对节点抗震性能的影响,建立了4个法兰外环板式梁柱节点算例,对节点的应力云图、荷载-位移曲线、节点延性等数据进行对比分析,研究表明:单独增加柱座钢管壁厚和整体增加方钢管柱壁厚都提高了节点的承载能力,增强了节点的延性,表现出更优异的抗震性能;不能过大地增加柱座钢管柱壁厚,否则节点的极限承载力将会降低;整体增加方钢管柱壁厚可以显著提高节点的抗震性能,且效果要优于单独增加柱座钢管柱壁厚。

考虑楼板影响的外环板式梁柱节点抗震性能:试验研究

该文对采用Q390钢材制作的4个T形节点构件进行了低周反复荷载试验,研究了钢梁和混凝土楼板的组合作用对采用高性能钢的外环板式梁柱节点的刚度、承载力以及耗能能力的影响。试验结果表明:由于楼板组合作用,钢梁上翼缘的稳定性得到显著提高;采用外环板式的梁柱节点连接方式,能够有效地将塑性铰外移,避免了在节点域附近的焊缝发生撕裂;但由于楼板组合作用的影响,此种节点形式也存在节点域附近外环板处发生断裂的可能性;该试验4个构件的滞回曲线都较为饱满,表现出较好的耗能能力和延性性能,在塑性点时,无楼板作用的试件的粘滞阻尼系数略高于有楼板作用的试件的粘滞阻尼系数;在层间位移角达到0.05 rad时,各试件的粘滞阻尼系数趋于一致。

方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点在地震损伤后的耐火性能分析

为研究方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点在地震损伤后的耐火性能,该文建立了有限元数值模型,并用其他研究者完成的试验数据对模型进行了验证。在此基础上分别建立了震损后组合梁节点在三种受火工况下耐火极限计算模型,分析了组合梁节点柱防火保护层在滞回加载中的脱落位置及脱落程度和三种受火工况对节点耐火极限、破坏模态的影响。结果表明:经历柱端往复荷载作用的节点随着损伤程度的不断加重,钢管应力值及变形程度明显增大;当节点在楼板以下区域受火时,随着受火时间的增长,栓钉由底部至顶部的温度梯度较明显,楼板混凝土由于栓钉的影响,温度场分布呈现波浪形;不同损伤程度及不同受火工况对节点破坏模态均影响显著,但有无考虑防火保护层脱落的节点在三种受火工况下的破坏模态均没有较大差别;在楼板以下区域受火及楼板以上区域受火两种工况下,防火层脱落对重度损伤节点的耐火极限影响显著。在楼板上下区域均受火的工况下,防火层脱落对节点的耐火极限没有显著影响。

新型钢结构法兰节点不同加强环板的数值模拟研究

设计制作了一种采用高强螺栓连接的新型法兰外环板式节点试件,在低周往复加载试验研究中,直角型加强环板转角处存在应力集中现象。以该试验为基础,通过大型有限元软件ABAQUS对试件进行数值模拟,将模拟与试验所得到的破坏机制、滞回曲线和骨架曲线的结果进行了对比验证,证明了ABAQUS模型的可靠性。为避免上述直角型加强环板中存在的应力集中现象,将模型中加强环板转角构造形式改为圆弧型,比较了不同形式下的节点破坏模式以及滞回曲线、骨架曲线、延性性能、耗能能力、刚度退化等抗震性能参数,结果表明:圆弧型转角形式能够较好地避免节点直角型加强环板转角处的应力集中且提升了抗震性能。数值模拟研究为该新型法兰外环板式节点的深入研究与工程应用提供了一定的理论基础。

方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点抗剪性能

为研究方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点抗剪性能,以钢管混凝土柱节点试验尺寸为参照,建立方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点在往复荷载作用下的精细有限元分析模型。该模型考虑材料非线性、混凝土材料在循环荷载下的损伤退化、钢和混凝土之间的相互作用等因素的影响。通过与试验结果进行对比分析,验证该有限元模型具有较好的精度和可靠性。此后研究柱宽厚比、核心混凝土强度、轴压比和节点核心区高宽比等因素对节点的影响,提出一种方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点的核心区剪力-剪切变形恢复力模型。研究结果表明,该模型具有实用性,可为工程设计提供实际依据。

方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点抗连续性倒塌性能分析

以中柱失效工况下的方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点为研究对象,采用ABAQUS分析其抗连续性倒塌全过程工作机理,计算荷载-位移曲线、节点破坏形态等,分析了楼板在组合节点连续性倒塌过程中的作用,并对影响组合节点抗连续性倒塌性能关键参数进行分析。结果表明:该类组合节点倒塌大致分为弹性阶段、弹塑性阶段、拱效应阶段、塑性阶段、混合机制阶段、悬链线效应阶段。楼板的拱效应可提升节点初期承载力,同时钢筋的拉结作用可以增强节点悬链线效应,但拉结作用的发挥与抗剪连接件有关,因此在设计施工中应重视楼板与钢梁连接的设计,确保其连接可靠,并更好地利用楼板的拱效应与悬链线效应。通过参数分析可知,增加钢梁强度与钢梁翼缘、腹板的厚度可以显著提高组合节点抗连续性倒塌性能。楼板混凝土强度的增加仅提高节点倒塌初期的承载力。

钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点在地震损伤后的耐火性能数值分析

为研究钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点在地震损伤后的耐火性能,通过验证已有试验,在模型可靠的基础上,建立了地震损伤后组合梁节点在楼板以下区域受火工况下耐火极限有限元计算模型。分析了2个组合梁节点在滞回加载中的塑性累积损伤和楼板以下区域受火工况对节点耐火极限、破坏模态的影响。结果表明:组合梁节点随着滞回加载位移的不断增大,混凝土柱与楼板的受拉塑性损伤及受压塑性损伤程度不断加重。随着受火时间的延长,柱混凝土纵剖面的温度场分布由Y形变为X形,栓钉沿纵向有明显的温度梯度,混凝土楼板由于栓钉的影响,温度场分布呈现波浪形。在柱端火灾荷载比为0.4、梁端火灾荷载比为0.4、节点CFSTJ-1在无损伤情况下达到耐火极限时,节点破坏为组合梁压弯破坏,而在有损伤情况(D=0.688)下,节点下柱出现了较为严重的鼓曲破坏;节点CFST-2在无损伤情况下达到耐火极限时,组合梁发生压弯破坏并伴随柱的轻微弯曲,而在有损伤情况(D=0.638)下,柱发生严重的弯曲破坏。节点随着损伤程度的加大,耐火极限显著降低。

分离式圆钢管柱套筒节点与外环板节点的抗震性能试验对比研究

为了研究分离式圆钢管柱套筒节点的抗震性能,对分离式套筒节点和外环板节点进行了抗震对比试验研究,主要对试件节点破坏现象和节点的滞回曲线、刚度退化、极限承载力和延性等受力性能特征进行了对比,分析其抗震性能和变形能力。试验结果表明:新型分离式套筒节点与柱的连接更紧密,能够保证节点核心区的受力,满足“强节点,弱构件”的设计原则;套筒厚度从8 mm增加到10 mm时,能较大幅度提升节点的力学性能;当套筒厚度和外环板厚度都为10 mm时,套筒节点的抗震性能略优于外环板节点。

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.

钢管混凝土框架环板贯穿节点抗震性能研究

针对外加强环式节点及隔板贯通式节点的受力特点进行了介绍,并系统分析了大量的研究结果,指出这种节点容易在环板处形成破坏,为此提出了结合翼缘削弱的环板贯通式节点则可实现强节点。

矩形钢管混凝土柱-H形钢梁小尺度外环板式节点滞回性能研究

为研究宽偏矩形钢管混凝土柱-H形钢梁小尺度外环板式连接节点的抗震性能,设计了5个柱截面尺寸为400 mm×200 mm的框架边节点和中节点梁柱组合体,考虑不同外环板尺寸、柱子单侧与双侧受弯、绕柱强轴与弱轴受弯等影响因素,对其开展拟静力试验,研究其承载力、延性、耗能、刚度与强度退化及外环板的应力分布等具体性能。结果表明:节点发生了梁翼缘与外环板焊接部位的局部屈曲、开裂和节点域柱腹板剪切破坏两种模式,除绕柱弱轴双侧受弯的梁柱组合体外,其余梁柱组合体呈现弱构件强节点的特性,具有良好的抗震性能;梁柱组合体绕柱强轴受弯时,单侧受弯及双侧受弯都具有良好的承载性能。对于宽扁矩形钢管混凝土柱-H形钢梁节点的外环板,采用比现行相关设计规范要求小的外伸宽度,在工程应用上是可行的。

方钢管混凝土柱新型节点和异形柱在住宅钢结构中的应用

介绍了住宅钢结构的发展概况,提出了两种方钢管混凝土柱与H型钢梁连接的新型刚接节点——外肋环板节点和隔板贯通节点,分析了方钢管混凝土异形柱的特点。结合一栋6层钢结构住宅工程,阐述了这两种新型节点的构成和优点,并设计了分别应用于角柱、边柱和中柱节点的不同节点形式。设计了应用于异形柱结构中的L形、T形和十字形柱的外肋环板节点和隔板贯通式节点,提出了一体化的外肋环板节点和隔板贯通式节点,并分析了其在结构中不同部位的应用,为在工程中进一步推广应用这两种新型节点和异形柱结构体系奠定了基础。

方钢管混凝土柱—钢梁节点形式探讨

方钢管混凝土柱—钢梁节点的结构性能直接影响钢管混凝土结构在住宅建筑工程中的推广和应用。为了使设计人员对方钢管混凝土柱—钢梁节点形式有一个较为全面的了解,本文按铰接、半刚接和刚接三种节点类型分别介绍了目前常用节点的构造型式和受力特点,并简要介绍了刚接节点的研究现状。在此基础上提出了两种新型刚接节点—隔板贯通式节点和外肋环板节点,最后结合工程建设中的实际情况,对方钢管混凝土柱—钢梁节点今后的研究方向提出一些看法和建议。

两种新型方钢结构节点的提出和试设计

提出了两种新型的方钢管混凝土柱H型钢梁节点,并对其承载力计算公式进行了推导。通过一栋六层住宅结构的试设计,表明这两种节点形式简洁,传力途径明确,能够很好地满足现代化住宅的要求。

方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点地震损伤模型研究

为研究方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点在地震荷载作用下的损伤破坏机理,对比分析现有双参数地震损伤模型,根据方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点的破坏特征,选取最大非弹性变形和累积滞回耗能建立能反映结构性能退化和累积损伤的地震损伤模型,对节点失效破坏进行定量评估。该模型在如下所研究参数范围内可较好地反映方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点在极限状态下的地震损伤情况:f_y:393~526 N/mm^2,f_(cu):53.4~73.4 N/mm^2,t:6~12mm,ξ_p:1.5~3.4,h_(slab):0~120 mm,n:0~0.8,h/B:0.7~2.0。结果表明,该模型具有实用性,可为工程设计提供实际依据。

震损后圆钢管混凝土柱-钢梁节点耐火性能数值分析

钢管混凝土结构已广泛应用于抗震设防地区,钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点作为目前工程中最常用的节点形式,该类节点在经历地震损伤后耐火性能的研究对灾后工程加固具有重要意义,采用低周往复加载方式模拟地震作用,通过合理选取地震损伤指数,建立了节点在经历不同损伤后下部柱单独受火和下部柱及刚梁下翼缘同时受火2种工况下的有限元模型。分析了节点在震损后的损伤积累、温度传递以及损伤指数和受火方式对节点耐火极限和破坏模态的影响。结果表明:随着震损程度的增大,耐火极限逐渐降低;不同受火方式对节点温度传导和破坏模态有较大影响。

钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗连续倒塌机理分析

采用有限元软件ABAQUS对中柱失效工况下的钢管混凝土平面框架进行抗连续性倒塌性能的分析.通过分析各框架抗连续性倒塌全过程工作机理,计算竖向荷载-位移曲线,观察典型节点破坏形态,以此来研究不同组合梁形式及不同轴压比对钢管混凝土平面框架抗连续性倒塌性能的影响.研究表明,钢管混凝土平面框架的倒塌过程都会经历从梁机制到悬链线机制的转变.合理的轴压比限值对钢管混凝土平面框架的抗连续性倒塌性能有积极作用,尤其是在梁机制阶段较为明显.翼板的存在可以显著提高钢管混凝土平面框架的初始刚度,并且板内钢筋在悬链线阶段发挥了重要作用.