拼接外套筒式方钢管柱-H形钢梁框架静力性能研究

为解决传统钢结构梁柱节点焊缝过多、现场施工复杂等问题,提出一种全螺栓现场拼接节点。采用该新型拼接外套筒式方钢管柱-H形钢梁装配式半刚性节点,设计和制作了一个单层单跨门式框架,并完成了梁跨中静力加载试验和有限元分析,考察框架荷载-位移曲线、应变发展规律、破坏模式和承载机制,并通过有限元参数分析,研究带肋角钢厚度及长边尺寸、框架柱距、梁上荷载分布形式、柱轴压比对框架静力性能的影响规律。结果表明:钢框架试件遵循“梁跨中-梁端部-柱及节点区”的变形和破坏顺序。梁跨中应变最大,发生严重屈曲,梁端部及节点区除局部出现轻微变形外,总体应变较小。增设带肋角钢可使梁端塑性铰外移,有效地保护节点区各部件,其上加劲肋的设置是影响框架整体静力性能的关键因素,而带肋角钢厚度及长边尺寸对承载力的提高效果有限。框架柱在高轴压比下,受压侧壁应力较大,建议对该部位进行重点关注并适当采取加强措施。

方钢管柱与桁架梁十字形节点滞回试验研究

提出了一种基于柱座式的装配式方钢管柱-桁架梁连接节点,以实现现场高效率、高精度的层装配式钢结构建筑的建造。该节点主要由柱座、带法兰方钢管柱和桁架梁等组成,其中柱座与桁架梁在工厂完成焊接,现场通过高强度螺栓将柱座与上下柱完成装配。为了研究该新型节点的抗震性能,对3个足尺十字形方钢管柱-桁架梁连接试件进行了滞回加载试验,考察了各试件的破坏模态,评估了梁柱截面尺寸及轴压比对滞回曲线、极限承载力、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标的影响规律。试验结果表明:3个试件均表现出良好的抗震性能,各个试件的破坏均始于桁架梁弦杆或腹杆的局部屈曲,结束于桁架梁弦杆或腹杆的开裂;柱壁厚及桁架梁弦杆厚度对试件的承载能力和初始刚度均有显著影响,而轴压比对试件的抗震性能影响较小。加载过程中所有试件的柱座并未发生破坏、法兰板之间无明显滑移,且柱座与桁架梁之间的裂缝未出现撕裂现象,满足“强节点,弱构件”的抗震设计原则。

钢结构方钢管柱混凝土浇筑技术分析

近年来,我国高层、超高层建设项目愈来愈多。为配合方钢管混凝土结构的推广和方钢管混凝土结构设计规程的推出,此文章旨在研究钢结构方钢管柱混凝土浇筑技术,分析其优势和应用前景。通过对方钢管柱的结构特点和混凝土浇筑技术的步骤进行详细介绍,结合真实案例进行分析,总结方钢管柱混凝土浇筑技术在建筑工程中的应用效果。本论文旨在为相关领域的研究和实践提供参考和指导。

几类方钢管柱-H型钢梁节点力学性能对比

钢结构具有力学性能好、建筑布局灵活、施工周期短等众多优点。同时,大力发展钢结构建筑也是推动建筑工业化转型升级,推广装配式建筑,解决目前国内钢铁产能过剩的有效途径。因此,对于钢结构连接的研究具有重要意义。本文利用ABAQUS有限元分析软件对方钢管柱-H型钢梁节点中的加强套板式节点、加强环式节点、狗骨式节点、普通节点在往复荷载下的力学性能进行了对比研究。结果表明:加强套板式节点破坏形态为梁端塑性铰破坏,塑性铰出现在距柱表面75~175 mm距离处;加强环型节点破坏形态为节点核心区剪切破坏;狗骨式节点破坏形态为梁端塑性铰破坏,塑性铰出现在梁截面削弱处;普通节点为节点域柱表面变形破坏。加强套板式节点、加强环式节点、狗骨式节点、普通节点滞回曲线呈饱满的梭形,均具备良好的力学性能。狗骨式节点因梁截面进行过削弱,其极限承载力最小;加强环节点因加强环的加强作用,又是柱节点域剪切破坏,其承载力明显大于其它节点。

装配式方钢管柱桁架梁节点单调加载试验研究

提出一种新型的装配式方钢管柱桁架梁节点,对4个足尺方钢管柱桁架梁节点试件进行单调加载试验研究。主要研究连接板厚度以及桁架梁的腹杆形式对节点的承载能力和破坏形态的影响,详细观察节点试件在单调荷载作用下的受力过程,分析节点的刚度、强度以及延性性能等指标,同时结合现有规范对节点的延性进行评价。研究结果表明,节点连接板的厚度对节点的承载力和刚度影响较大,桁架梁的腹杆形式对节点的承载力影响较大,此节点形式具有较好的延性性能,可满足规范中的抗震设计要求,可以在实际工程中应用和推广。

方钢管柱-H形钢梁铸钢连接节点力学性能分析

为解决目前节点工艺中常见的构造复杂等问题,采用预制铸钢连接件代替方钢管柱-H形钢梁梁柱节点中的加强构件,形成梁柱铸钢连接节点.该简化节点具有施工方便、焊接热影响小等优点.基于变形协调原理提出方钢管柱-H形钢梁铸钢连接节点承载力理论,分析可知,梁柱铸钢连接节点所受荷载主要由铸钢连接件环板承担,钢管柱所承担荷载可忽略不计.基于拟静力数值分析可知,方钢管柱-H形钢梁铸钢连接节点往复加载后,节点域滞回曲线饱满,节点进入塑性后变形能力较强,并且有较好的延性和屈服后强度,有利于提高结构抗震性能,适用于地震区的框架结构.

压实系数对内填砂卵石薄壁方钢管柱在冲击载荷下力学性能的影响分析

利用落锤冲击装置完成了不同压实系数下内填砂卵石薄壁方钢管柱侧向冲击试验,试验中记录了冲击力时程曲线,并获得了试件的破坏形态以及残余变形量。基于剩余承载力损伤评估准则,定义损伤度来判定冲击荷载下内填砂卵石薄壁方钢管柱损伤破坏程度,分析压实系数与柱损伤度的关系。试验结果表明:试件在侧向冲击荷载作用下,主要以局部破坏为主,并伴有一定量的整体弯曲变形;除了试件塑性变形中产生的塑性铰能消耗部分冲击能量外,内填砂卵石也能耗散一部分冲击能量,且压实越紧密,能量消耗越多,该组合柱表现出了较好的抗冲击性能;在一定压实系数范围内,损伤度随着压实系数增大出现先增大后减小的趋势,且砂卵石离散程度越小,损伤度的变化速率就越大。

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。

方钢管柱-H型钢梁内加劲式节点静力性能研究

文中提出一种新型方钢管柱-H型钢梁节点,采用T型钢通过高强螺栓将内置加劲部件的方钢管柱与H型钢梁连接.利用ABAQUS建立该节点有限元分析模型,通过对8个系列共29个节点的有限元分析,探讨了各类组件对节点性能的影响.结果表明:此节点为半刚性节点,具有良好延性;对拉螺栓间距、T型钢翼缘厚度等因素对节点静力性能影响较大;为此新节点在工程中的应用,提出了相关建议.

方钢管柱-钢梁穿芯螺栓连接节点拟静力试验

为研究方钢管柱与H形钢梁穿芯螺栓T形钢连接节点抗震性能,对方钢管柱与H形钢梁穿芯螺栓T形钢装配式连接钢框架边节点和中节点试件进行拟静力加载试验,研究节点在反复循环荷载作用下的滞回性能、耗能能力、延性、应力分布。结果表明:在对穿螺栓拉力作用下,方钢管翼缘产生面外变形,节点滞回曲线呈S形,有明显的捏拢现象,刚度退化明显,耗能能力低;装配式梁柱节点抗震性能差,能量耗散系数和等效黏滞阻尼系数远小于方钢管混凝土柱、H形钢柱端板连接节点;节点的骨架曲线分为弹性阶段、强化阶段和破坏阶段,可以用双线性曲线表达;当节点破坏时,T形钢腹板达到屈服,但应变分布不均匀。方钢管柱-钢梁的穿芯螺栓连接宜在节点区对柱壁进行加强,以提高节点的承载力和耗能能力。

新型方钢管柱内套筒装配连接力学性能

针对方钢管柱内套筒装配式节点存在的问题,提出一种新型方钢管柱内套筒装配连接形式,将柱拼接位置上移至梁柱节点核心区上方,为梁柱节点高强螺栓安装提供了空间,同时保证了节点域的连续性。改变内套筒厚度、内套筒长度、对拉螺栓间距及端板厚度等构造参数建立一系列有限元模型,采用ANSYS非线性计算对该新型连接的滞回性能、耗能能力等进行分析。结果表明:该新型连接具有较好的延性和耗能能力,各构造参数变化对其受力性能产生不同的影响。增大内套筒厚度可以提高节点极限承载力和耗能能力,当内套筒厚度大于柱壁厚度2 mm时,节点力学性能提升较明显;适当增加对拉螺栓间距可以改善节点受力;增大内套筒长度,节点刚度、延性和耗能能力均会下降,因此在满足构造要求的前提下,内套筒长度宜取较小值;适当增加端板厚度,可以改善节点受力性能、延性和耗能性能,但端板过厚则不够经济。研究结论可为该新型方钢管柱内套筒装配连接设计和应用提供基础研究数据。

垂直加劲肋方钢管柱-H梁节点加劲肋的设计

垂直加劲肋节点适于柱截面较小的方钢管(矩形管)柱和H型钢梁节点。因此,采用有限元方法,以垂直加劲肋长度和高度为主要参数,对垂直加劲肋节点的承载力、刚度、应力分布和破坏模式进行了分析。研究表明:垂直加劲肋节点承载力、弹性刚度较大;垂直加劲肋长度对节点承载力和刚度都有贡献;加劲肋高度只对节点刚度有影响。最后提出了加劲肋设计公式,供工程参考。

加劲肋尺寸对垂直加劲肋方钢管柱-H梁节点的影响

垂直加劲肋节点适用于柱截面较小的方钢管(矩形管)柱和H型钢梁节点。因此,采用有限元方法,以垂直加劲肋长度和高度为主要参数,对垂直加劲肋节点的承载力、刚度、应力分布和破坏模式进行了分析。研究表明:垂直加劲肋节点承载力、弹性刚度和耗能能力均大于内隔板节点,但是强度和刚度退化严重;垂直加劲肋长度对节点承载力和刚度都有影响;加劲肋高度只对节点刚度有影响。

方钢管柱-H型钢梁半刚性连接钢框架静力性能有限元分析

为了更好地研究新型方钢管柱-H型钢梁装配式节点框架的力学性能,在足尺寸节点试验和整体框架受力试验的基础上,通过有限元模拟研究了柱距、柱轴压比、梁上荷载分布形式三个整体参数,以及节点刚度对方钢管柱-H型钢梁半刚性连接钢框架静力性能的影响.结果表明:钢框架在柱距较大时节点区和框架柱可以保证更高的可靠度;轴压比对半刚性钢框架受力状态的影响主要集中在柱上,而对框架梁和节点区各部件的影响很小;框架梁承受跨中集中荷载时半刚性钢框架的内力和变形比承受均布荷载时要大;节点刚度对钢框架的变形和内力的影响有临界值.

带支撑的方钢管柱与桁架梁十字形节点试验研究

为研究带支撑的方钢管柱与桁架梁十字形连接节点的承载性能,对2个足尺试件分别进行了单调加载与滞回加载试验。考察各试件的破坏过程及破坏机理,分析各试件东、西两侧的F-Δ曲线和极限承载力,分别运用通用弯矩法、等能量法和Park法确定节点的屈服点位移,综合衡量节点延性性能,并对累积耗能能力进行分析。结果表明:在两种加载方式下,节点的破坏模态均始于斜撑的局部屈曲,终于斜撑的屈曲变形过大以及支撑与梁段连接处被拉开和螺栓孔的变形。与未加支撑的试件进行对比发现通过加设支撑,试件的极限承载力提高了约3.38倍,累积耗能提高了约65.0%。带支撑的试件在加载过程中方钢管柱、桁架梁以及柱座并未发生破坏,满足"强节点,弱构件"的抗震设计原则。

H型钢梁-方钢管柱节点加固方案对比分析

钢框架结构的梁柱连接一般采用刚接。由于工程中出现梁翼缘未焊接,而上部混凝土板已经浇筑完毕的情况,需要对连接进行加固。针对H型钢梁-方钢管柱节点,采用在梁柱间加焊连接板的加固形式,提出了3种加固方案。利用有限元分析软件ANSYS对3种加固方案进行分析,并与一般的刚接节点进行比较分析。结果表明:加固方案1和方案3均能满足原设计的刚度和强度要求,且方案3的加固效果更佳,其连接构造简洁,施工便利,综合效益好。

方钢管柱-H型钢梁T形件单向螺栓连接节点性能研究

研究了在循环荷载作用下,一种新型的方钢管柱-H型钢梁T形件单向螺栓连接节点的破坏模式,以及构件对节点性能的影响。建立了节点的三维非线性有限元模型,以全尺寸梁柱连接节点拟静力试验数据进行了验证。通过参数分析,探讨了柱壁厚度、梁翼缘厚度和腹板削弱程度对新型节点的滞回曲线、骨架曲线、耗能等性能指标的影响。结果表明:循环荷载作用下新型节点滞回曲线呈"梭形"且较饱满,不同参数的节点均具有良好的耗能能力。通过增加柱壁厚度,节点的极限承载力和初始转动刚度增加。但柱壁厚度超过14mm时,单向螺栓和T形件成为节点失效的控制因素;梁不是这种新型节点的薄弱部位,对梁翼缘和腹板进行合理开孔削弱,节点的滞回性能、极限承载、刚度和耗能能力均无显著降低。

CFRP不同布置构造措施下加固方钢管柱有限元分析

CFRP用来加固钢结构具有施工方便、安全等优点,为了明确CFRP布布置间距对加固效果的影响,有必要开展参数化分析研究。通过有限元模拟试验的方式来验证建模方式的准确性,在此基础上进一步研究构造措施对方钢管柱的影响。模拟结果表明,间隔环贴CFRP布对试件的影响主要在延性方面,0~20 mm的距离对其有利,超过20 mm将产生不利影响;40 mm、60 mm间隔距离会严重削弱CFRP布的作用,特别是60 mm间隔距离,其作用与375 mm宽CFRP布的效果几乎一致,造成材料的浪费。所建立的有限元模型可以很好的模拟试验加载过程,作为一种有效的建模方式被采用。

CFRP加固轴心受压方钢管柱稳定承载力试验研究

结合英国建筑工业研究与情报协会(CIRIA)编写的CFRP(Carbon-Fiber-Reinforced Plastic)加固钢结构设计指导手册《Strengthening metallic structures using externally bonded fiber-reinforced polymers》与我国《钢结构设计规范》(GB 50017—2003),在原轴压钢构件理论计算的基础上,引入稳定承载力修正系数,提出了带有修正系数的CFRP加固轴心受压方钢管柱稳定承载力计算公式,并通过对1个足尺未加固长柱和6个足尺加固长柱进行了轴心受压加载试验研究,分析了CFRP纤维粘贴方向及层数等因素对试件的承载力、破坏模式和延性的影响。利用ANSYS有限元程序建立"壳-弹簧-壳"有限元模型,将有限元计算结果和公式计算值进行了对比。综合考虑各类因素影响,给出利用CFRP布纵向加固时修正系数取为1.05,先环向后纵向或环向加固时修正系数取为0.95。该研究成果为编制国家标准"钢结构加固设计规范"提供了理论和试验依据。

方钢管柱-H形钢梁铸钢节点初始转动刚度研究

为研究方钢管柱-H形钢梁铸钢连接节点的初始转动刚度,本文在基于变形协调原则的节点承载力理论的基础上,采用变形叠加方法,提出梁柱连接铸钢节点初始转动刚度理论,并推导了初始转动刚度公式.由初始转动刚度理论及公式可知,影响节点初始转动刚度的主要因素是钢管柱尺寸以及梁的高度等.通过改变柱壁厚等参数对5个足尺试件进行分析,其初始转动刚度的试验结果、数值模拟结果与公式计算结果吻合较好,验证了初始转动刚度理论及公式.分别选取钢管柱外径为200,mm、250,mm、300,mm,钢管柱壁厚为8,mm、10,mm、12,mm,铸钢连接件环板高度为35,mm、40,mm、45,mm,H形钢梁梁高为194,mm、219,mm、244,mm,铸钢节点所在层层高为3,000,mm、4,000,mm、5,000,mm,采用ABAQUS软件进行参数化数值分析.参数化数值模拟结果与初始转动刚度公式计算结果吻合较好,其比值在0.895~0.958之间,进一步验证了初始转动刚度理论及公式的有效性.