翼缘削弱型节点钢结构的力学性能研究

对翼缘削弱型节点框架进行变形、平面内稳定承载力以及梁平面外屈曲等方面的综合分析。利用MATLAB数值语言编制有限元程序对框架进行变形分析;利用ANSYS有限元软件对框架结构进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析;在梁临界弯矩计算式基础上,采用梁单元对梁进行了平面外屈曲分析;将以上几方面的分析结果和普通节点框架的计算结果进行对比,详细阐述梁端削弱对翼缘削弱型节点钢框架的力学性能影响。研究结果表明:梁翼缘削弱会增大钢框架的侧向变形、降低钢框架的稳定承载力,导致梁更易发生平面外屈曲,在工程应用中要充分考虑梁翼缘削弱的影响。

翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点受力性能试验

目的试验研究翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点的受力性能,考查翼缘削弱程度以及削弱方式对其受力性能影响.方法在钢筋混凝土梁端翼缘内预埋刚度调节盒,使得梁端塑性铰外移,通过制造6个翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点模型试件,并对试件进行拟静力试验,研究该类型节点的破坏机理;通过改变梁端翼缘内预埋刚度调节盒的数量和方式等参数,考察该类型节点破坏的主要影响因素.结果梁翼缘预埋刚度调节盒对框架梁刚度的调节明显;梁端塑性铰出现在刚度调节盒所处位置,可实现塑性铰外移;试验测得节点的位移延性系数均不小于5.3,抗震性能较好.结论翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点可明显改善普通梁柱节点的抗震性能,通过在梁柱节点翼缘处设置适当数量的刚度调节盒,可更易实现"强柱弱梁"的抗震设防目标.

翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能

为研究翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能,采用有限元分析软件ABAQUS对普通节点和翼缘削弱型节点的空间钢框架模型进行有限元模拟,对2种钢框架模型的破坏形式、承载力、滞回性能、耗能能力、强度及刚度退化性能等进行了对比分析。结果表明:翼缘削弱型节点可使梁端塑性铰外移至梁端翼缘削弱处,避免梁端焊缝处应力集中导致脆性破坏;翼缘削弱型节点等效粘滞阻尼系数与普通节点空间钢框架相比有明显的提高,进入屈服阶段后由于应力重分布,其刚度及承载力退化速度较普通节点空间钢框架慢,翼缘削弱型节点钢框架具有梁铰延性破坏机制,抗震性能较好。

方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能研究

翼缘削弱型节点可将塑性铰外移到梁端,从而有效地保护节点,避免发生脆性连接破坏。基于ABAUQS软件,参照目前钢框架节点的削弱参数取值,对方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能的影响进行了数值模拟,结果表明:合理选择相应的翼缘削弱参数,可在承载力降低不明显的情况下实现此类节点塑性铰外移,且位移延性有所提高。基于前述模型,对此类节点的翼缘削弱参数对其承载力和位移延性的影响进行了参数分析,最终建议了此类节点削弱深度的合理取值范围。

翼缘削弱型节点钢结构的抗震性能研究

采用有限元方法对翼缘削弱型节点钢结构的抗震性能进行了研究,通过模态分析和动力时程分析,详细分析了框架的周期、结构动内力、动应力以及塑性变形区的发展规律等,并和普通节点框架的计算结果进行对比.研究结果表明:在小震下,翼缘削弱型节点的抗震性能并不理想,但在大震下,表现出了良好的抗震性能,塑性变形出现在梁端削弱处,塑性应变增加,柱底剪力和项层位移均比普通节点框架的小,建议在强震区推广使用翼缘削弱型节点.

梁端翼缘扩大型梁柱节点受力性能

为了研究不同形状参数下梁端翼缘加强板对梁端翼缘扩大型梁柱节点的影响,分析了不同形状的梁端扩大翼缘形状最优方案.基于梁端强度相同的准则,改变其翼缘加强板的形状,设计了三种形状的梁端翼缘扩大型梁柱节点.利用有限元分析软件ABAQUS建立了不同形状参数下的有限元分析模型,研究在静载作用下节点的力学特征,对比分析不同材料参数的扩翼对梁端翼缘扩大型节点性能的影响程度.结果表明,不同扩翼形状对节点承载力水平影响并不显著,而对节点处应力分布影响较大;扩翼强度对节点的受力性能影响不大.

翼缘削弱型刚性连接节点的受力性能研究

通过拟静力试验以及有限元ALGOR程序,对翼缘削弱型刚性连接节点进行了低周反复荷载作用下试验研究和非线性有限元分析,研究了翼缘削弱型刚性连接节点的破坏形式和受力性能.分析结果表明:翼缘削弱型刚性连接具有较大的连接刚度和理想的耗能性能;梁翼缘处的焊缝强度是决定翼缘削弱型刚性连接节点性能的主要因素,这为翼缘削弱型节点的研究和应用提供了理论依据.

钢框架梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点循环荷载作用下的有限元分析

为研究梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点的抗震性能,设计了4个翼缘削弱型节点试件和一个普通节点试件,利用有限元软件ABAQUS进行了低周反复荷载作用下的有限元分析,研究了不同削弱深度对翼缘削弱型节点破坏形态、滞回性能、延性性能、承载力的影响。结果表明:翼缘削弱型节点是一种较为理想的延性节点;削弱参数设置合理的翼缘削弱型节点具有较强的延性性能;梁翼缘削弱对试件承载力的影响不能完全忽略。

翼缘削弱型外伸式端板连接节点在梁柱弱轴方向的受力性能研究

通过ANSYS有限元程序,对翼缘削弱型端板连接节点进行了单调加载和低周反复荷载作用下非线性有限元分析,研究翼缘削弱型端板连接节点的破坏形式和受力性能。分析结果表明:在梁柱弱轴方向,翼缘削弱型端板连接具有较大的连接刚度和理想的滞回性能;梁翼缘处的焊缝强度是决定翼缘削弱型端板连接节点性能的主要因素,这为翼缘削弱型节点的研究和应用提供了理论依据。

钢框架梁柱栓焊扩翼-翼缘削弱节点优势分析性能试验

为了对钢框架梁柱栓焊扩翼-翼缘削弱节点的性能优势进行分析,设计制作了3个较大比例的十字节点试件,包括栓焊扩翼-翼缘削弱型节点、单纯削弱型节点和单纯加强型节点,对其进行了低周往复循环加载试验,研究其破坏形态、承载力、延性性能和耗能能力等滞回性能,并用ABAQUS有限元软件对其进行了非线性有限元分析,进一步对比验证试验结果。研究结果表明,3种钢框架梁柱节点均能实现梁端塑性铰外移,保护梁端焊缝,避免节点脆性破坏。栓焊扩翼-翼缘削弱节点比其它两类节点有较好的延性和耗能能力,能够充分发挥加强式节点和削弱式节点的双重优势。

梁翼缘削弱式钢框架考虑节点域剪切变形的力学性能研究

钢框架采用翼缘削弱型节点(RBS)可以提高结构延性,满足结构抗震设计要求。考虑框架节点域的剪切变形,导出连带节点域的RBS梁、柱单元刚度矩阵,利用计算软件MATLAB对RBS节点钢框架结构的内力及变形进行了分析和计算。分析结果表明:在水平荷载作用下节点域剪切变形对RBS节点钢框架变形影响较大,层位移、层间位移以及节点总转角的增量均随层数的增加而相应增大,节点域剪切变形对框架内力的影响较小;工程设计中应考虑节点域剪切变形对RBS节点钢框架侧向刚度的不利影响。

翼缘削弱型外伸端板H形柱弱轴连接的力学性能分析

为解决H形柱外伸端板弱轴连接抗震性能不足的问题,提出了一种翼缘削弱型外伸端板梁柱弱轴连接。利用有限元软件ABAQUS对削弱型端板节点和普通端板连接节点进行了低周反复荷载下的力学性能比较分析,并研究翼缘削弱几何参数对削弱型端板节点受力性能的影响。研究结果表明:削弱型端板节点的塑性转动能力平均值约为0.05 rad,与普通端板连接节点相比具有较好的抗震性能;削弱型端板节点破坏出现在远离节点域的削弱区域,而柱子基本完好,满足"强柱弱梁"的抗震设计理念,按照欧洲标准EC 3的连接刚度分类,削弱型端板节点属于半刚性连接;翼缘削弱几何参数中,削弱区距柱端板的距离、削弱长度以及削弱深度对削弱型端板节点的极限转角,塑性转动能力等方面均有显著影响,应合理选择削弱参数;根据美国标准FEMA-350中对削弱参数的规定,给出了翼缘削弱几何参数的建议取值范围。

梁端翼缘削弱型节点空间钢框架抗震性能试验研究

为研究梁端翼缘削弱型节点钢框架的抗震性能,设计钢框架试验加载装置,进行1∶3缩尺比例的2榀2层1跨梁端翼缘削弱型节点空间钢框架的低周往复荷载试验,研究其受力特点及破坏形态,对模型框架结构的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、承载力退化、塑性耗能能力等抗震性能进行分析。试验结果表明:空间钢框架的8个梁端翼缘削弱型节点塑性铰均外移至圆弧削弱区域,所有节点的梁柱连接焊缝均未出现裂缝,荷载-位移滞回曲线饱满,破坏时结构位移延性系数介于3.05~3.82之间,等效黏滞阻尼系数介于0.34~0.41之间,弹塑性极限位移层间转角介于0.035 5~0.044 5 rad之间。钢框架梁柱连接采用圆弧削弱型节点可使梁端应力平缓过渡,避免梁柱连接焊缝处产生应力集中现象,钢框架塑性内力重分布后对圆弧削弱型节点的耗能性能没有明显影响。圆弧削弱型节点在钢框架中表现出较好的延性性能,提高了钢框架整体结构的抗震性能及塑性耗能能力。

箱形节点域DRBS型弱轴连接抗震性能有限元分析

为了研究箱形节点域翼缘双削弱(double reduced beam section,DRBS)工字形柱弱轴连接节点的抗震性能,设计了两个系列模型。应用有限元软件Abaqus对第2个削弱区段的长度和深度的取值进行了研究,分析了节点的破坏形式、等效塑性应变、承载力、延性、塑性转动能力及耗能系数等,并与箱形节点域翼缘削弱(reduced beam section,RBS)型弱轴连接节点进行了对比分析。结果表明:在循环荷载作用下,在第2个削弱区段的削弱长度等于第1个削弱区段长度且第2个削弱区段的削弱深度取值宜略大于美国FEMA-350规范推荐的上限值时,箱形节点域DRBS型节点具有良好的抗震性能。与RBS型节点相比,DRBS型节点的承载力降低不明显,但是显著降低了最大等效塑性应变,提高了节点的延性和塑性转动能力。此外,DRBS型节点减缓了梁腹板和翼缘的局部屈曲的发生,从而提高了节点的累积耗能能力。

钢框架梁端翼缘扩大型节点低周反复荷载试验研究

针对钢框架梁端翼缘扩大型节点进行4个1∶2缩尺比例的模型试验,深入研究梁端翼缘侧板加强型节点和梁端翼缘圆弧扩翼型节点在低周往复荷载作用下节点的屈服荷载、极限荷载、滞回曲线、骨架曲线、延性和耗能能力等抗震性能。为了比较分析,还设计制作了1个普通栓焊节点试件。试验结果表明,4个梁端翼缘扩大型梁柱节点均达到了抗弯钢框架连接的抗震要求,而普通栓焊节点试件由于梁柱焊缝根部的脆性破坏制约了梁柱节点的塑性发展;梁端翼缘侧板加强型节点由于侧板与梁翼缘对接焊缝的影响使得焊接热影响区母材变脆而发生脆性撕裂,致使节点的耗能性能受到影响;梁端翼缘圆弧扩翼型节点的抗震性能优于梁端翼缘侧板加强型节点。建议在实际工程中,采用圆弧渐进式过渡的梁端翼缘扩翼型节点,可以有效保证梁柱节点连接的塑性变形和耗能能力。

钢框架梁柱弱轴栓焊混合连接翼缘削弱型节点破坏形态试验研究

为研究钢框架梁柱弱轴栓焊连接翼缘削弱型节点的力学性能,设计了3个翼缘削弱节点试件及1个普通节点试件(对比试件)。对4个试件进行低周往复荷载试验。结果表明,4个试件的破坏形态相似;焊缝通过孔的大小和加工对试件破坏形态及塑性铰的出现有重要影响,由于焊缝通过孔的影响,削弱试件没有实现塑性铰外移。为有效实现塑性铰外移,建议将焊缝通过孔设置在削弱位置外侧,或者不设焊缝通过孔。

梁翼缘削弱型节点钢框架柱弹性稳定分析

采用变截面梁的转角位移方程,通过分析柱子的近端影响,推导出翼缘削弱型节点(RBS)无侧移和有侧移框架柱分别对应的计算长度系数值的计算公式。通过引入梁柱修正线刚度比,RBS节点框架柱计算长度系数的计算公式可写成现行《钢结构设计规范》附录D的公式形式。研究结果表明:RBS节点无侧移框架柱的计算长度系数基本等同于普通刚接钢框架柱的计算长度系数,建议在简化计算中可直接按普通无侧移钢框架来计算;但对RBS节点有侧移钢框架,由于梁翼缘削弱,柱计算长度系数比普通刚接有侧移钢框架柱的计算长度系数有较大增加,已超过工程设计的允许误差,设计中应考虑其不利影响。

钢框架梁翼缘削弱型节点单元刚度矩阵及内力分析

梁柱连接采用翼缘削弱型节点(RBS)可促使节点塑性铰外移,提高结构延性,达到节点抗震设计目的。采用能量法推导出梁翼缘削弱型节点的单元刚度矩阵和转角位移方程,通过实例进行内力分析。研究结果表明:RBS节点导致梁的抗弯刚度、刚架的抗侧刚度降低,使梁的固端弯矩减小,跨中弯矩增加,反弯点位置前移;梁单元刚度矩阵中各元素较普通节点有所减小,减小范围与梁的跨度、削弱深度、削弱长度及削弱起始点至柱翼缘表面距离等因素有关;梁翼缘局部削弱后主要影响梁的单元刚度,对内力值影响相对较小。建议在简化计算中仅考虑梁刚度变化,忽略内力值变化影响。

翼缘削弱型钢梁的整体稳定性分析

针对钢框架梁翼缘削弱式(RBS)节点梁的整体稳定性能进行了分析。采用能量法研究了不同荷载作用下RBS梁的整体稳定性能,将梁翼缘削弱段刚度采用等效折减刚度进行分析,得到RBS梁侧向弯扭失稳的临界荷载,并与等截面梁临界荷载进行对比。讨论了不同削弱参数下RBS梁的临界弯矩变化规律,并通过有限元数值计算验证了削弱参数对RBS梁弯扭失稳临界弯矩的影响。研究结果表明:RBS梁削弱参数整体对侧向弯扭失稳影响明显,其临界弯矩值较同尺寸的普通钢梁明显降低,工程设计中应考虑其不利影响;RBS随梁跨度的增加,削弱段局部刚度对整段梁的刚度影响作用减弱,当RBS梁的高跨比较小时,可以忽略削弱参数对临界弯矩的影响。

钢框架抗震耗能节点梁的极限承载力分析

为提高结构的抗震性能,框架结构中以翼缘削弱型节点为代表的延性耗能节点逐渐代替传统节点,为研究翼缘削弱型节点框架梁在单向比例加载时的极限载荷,对削弱梁极限状态进行了分析,判定极限状态下削弱梁塑性铰生成的位置并计算极限载荷,将计算结果和普通梁进行对比.分析结果表明:削弱梁越长承载力下降越明显,对短梁需要选择合适的削弱参数,才能避免塑性铰出现在梁端.研究结果可为削弱梁塑性设计提供依据,同时拓展结构力学极限载荷学习内容.