水平地震作用下半刚性端板式连接钢结构住宅的动态响应与破坏模式的数值分析

半刚性连接钢结构有着诸多的优越性,对其抗震性能的研究是关注的话题之一。本文采用基于纤维铰模型的增量动力时程分析方法,对水平地震作用下的某刚接、半刚接算例的抗震性能进行对比,结果表明,在水平地震作用下,半刚接框架比刚接框架的顶点位移、基底剪力小;两种结构最大层间位移的变化存在明显差异,且半刚接框架层间位移的变化范围比刚接框架的大;半刚性连接框架比刚接框架提前进入耗能阶段,连接的柔性使结构更容易形成"强柱弱梁"的抗震设计要求。

火灾下梁柱端板式节点研究进展

回顾总结了近年来高温下梁柱端板式连接节点力学性能相关的研究成果。针对三类常用的端板连接形式:外伸式端板、齐平式端板以及内缩式端板连接进行了细致讨论。同时,从试验研究、有限元分析以及组件法的高温运用等方面着手归纳了相应研究成果。首先,对近年来为数不多的端板式节点高温试验进行了回顾,包括针对孤立节点的高温试验以及针对子结构的高温试验。随后,对有限元方法和推广应用的组件法这两种理论研究方法进行了详细的归纳总结,细致讨论了各组件模型实际运用中的优势以及存在的不足。最后,根据已有的研究成果,指出了梁柱端板式连接节点性能分析时还存在的诸多问题,并在此基础上提出了一些研究建议。

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。

钢框架齐平端板式梁柱节点的实用算法

为了使高强螺栓连接的钢框架齐平端板式梁柱节点计算更为合理，根据节点构造，综合考虑影响该类节点工作性能的各因素，建立计算模型并进行实用分析。

一种新型端板式装配梁柱连接节点受力性能分析

文章以装配式梁柱节点为研究对象,提出一种新型端板式装配梁柱连接节点,结合有限元软件ABAQUS建立模型进行数值分析,模拟不同位移荷载作用下节点受力性能获得荷载位移曲线,并在相同边界条件和受力状态作用下与现浇结构梁柱节点受力性能进行对比分析。结果表明:新型端板式梁柱连接节点通过螺栓将梁柱两端型钢端板进行连接,与传统现浇节点的荷载位移曲线发展规律基本一致;新型节点增强了节点的刚度和强度,节点承载能力远高于传统现浇节点;梁在负弯矩作用下,梁上型钢端板应变变化范围较大,在梁端上部应力最大,并由上至下、由腹板向端部逐渐减弱。通过对比分析,该新型端板式装配梁柱连接节点有足够的强度和刚度,能满足"强节点"的概念设计,可为装配式节点研究与实际工程应用提供参考。

一种半刚性连接的四面体单元球形端板式节点及力学性能分析

六杆四面体单元组成的各种空间网壳是一类结构构造简单,受力性能优越的空间结构形式,其节点可根据整体结构力学性能的不同要求采用多种不同的连接方式。目前,针对六杆四面体单元所组成的各种形体的网壳及不同的节点连接方式已展开了较为系统的理论分析和模型试验研究,但对节点的构造做法研究还相对较少。在六杆四面体单元组成的球面网壳基础上提出了一种可装配的半刚性连接球形端板式节点,采用通用有限元分析软件Abaqus建立了精细化有限元节点模型并进行了数值模拟分析,分析结果表明:该节点可应用于满足装配要求的弦杆刚接、腹杆铰接的由六杆四面体单元组成的球型网壳,且节点受力性能优越,可满足实际工程的需要。

一种四面体单元球形端板式节点的受力性能分析

六杆四面体单元组成的网壳是一种结构构型简单、受力性能优越、兼具单层网壳和双层网壳受力特点的结构形式.这种网壳具有便于工业化加工制作和装配化施工的显著优点.目前,针对六杆四面体单元所组成的各种形体的网壳已展开了较为系统的结构体系研究,但对节点的研究还相对较少.针对六杆四面体单元组成的球面网壳结构提出了一种满足装配化要求的刚性连接的球形端板式节点,并采用通用有限元分析软件进行了考虑接触效应的非线性有限元分析.结果表明:在轴拉和压弯荷载作用下,该节点受力性能良好,可满足实际工程设计的需要.

钢框架梁柱外伸式端板连接的非线性有限元模拟

钢框架梁柱外伸式端板连接作为一种典型的半刚性连接方式,其受力性能较为复杂。为全面了解该连接方式下的受力特性,采用ANSYS Workbench软件建立有限元分析模型,在考虑材料非线性、几何非线性、状态(接触)非线性的情况下,分析连接节点在高强度螺栓预紧力及竖向位移荷载作用下的受力性能。研究结果表明:1)在预紧力作用下,螺栓与端板的接触压力集中分布在螺栓孔的周边,分布面积约为螺栓杆截面面积的10倍;2)设置柱腹板加劲肋及端板加劲肋是外伸式端板连接节点必不可少的构造措施;3)受拉区高强度螺栓受到较大的拉力和剪力,受压区螺栓在弹塑性阶段也会承受较大的剪力。本文成果可为钢框架梁柱外伸式端板连接的分析与设计提供一定的借鉴与参考。

钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓外伸端板式节点抗连续倒塌性能研究

针对钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓外伸端板式节点进行抗连续倒塌单调加载试验,考察节点在连续倒塌工况下的整体变形、破坏形态、节点抗力以及关键截面应变发展等,并建立穿心螺栓外伸端板式节点有限元模型,进行节点失效模式、节点核心区应力及抗力机制分析。结果表明,钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓外伸端板式节点在连续倒塌工况下主要经历4个阶段,即梁机制阶段、混合机制阶段、悬链线机制阶段及破坏阶段;节点抗倒塌承载力由节点抗弯能力和抗拉能力提供,其中抗拉能力对节点抗连续倒塌能力贡献远超于抗弯能力;节点的倒塌破坏一般发生在钢梁与外伸端板连接处,裂缝贯穿下翼缘后迅速延伸至钢梁腹板;形心轴下方穿心螺栓群拉应力持续增大,形心轴上方穿心螺栓群在加载初期拉应力较小,随着竖向位移的增大其拉应力逐渐增大;外伸端板应力主要集中在螺栓孔周围,随着竖向位移增大形心轴上方应力集中区面积减小,形心轴下方应力增大。

梁柱端板连接的破坏模式及弯矩转角关系

根据梁柱外伸式端板连接节点的简化学模型 ,提出一种用已知节点尺寸来预测其弯矩转角关系的非线性数学模型 ,在对节点的各种可能破坏形式和初始位移做了理论分析后 ,给出了计算模型参数极限弯矩和初始转动刚度的方法 。

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.

端板初始变形对外伸式端板连接性能的影响

针对门式刚架外伸式无肋端板连接中端板普遍存在初始变形的问题 ,采用有限元法对有初始变形的典型端板连接做了模拟分析 ,重点研究了端板初始变形对连接的内力、变形等性能的影响 。

高强钢平齐式端板连接节点火灾后力学性能试验研究

火灾后,钢构件残余应力和变形的重新分布,导致钢结构整体在火灾后可能比火灾高温作用下更加危险.节点对钢结构整体安全性至关重要,为研究高强钢平齐式端板连接节点火灾后的力学性能,采用稳态试验方法对经历550℃的火灾高温并冷却至常温的7个端板连接节点进行试验,得到节点火灾后的变形状态、弯矩-转角关系曲线以及失效模式等.同时,将试验结果与普通钢端板连接节点过火后的力学性能进行对比分析.此外,将试验结果同现行欧洲钢结构设计规范Eurocode3中相应条文进行比较.研究表明:通过合理的节点设计,与采用较厚普通钢端板的节点相比,采用较薄高强钢端板的节点可实现相同的节点失效模式、相近的剩余承载力以及更高的(至少是相当的)节点转动能力;同时,欧洲钢结构规范Eurocode3中有关节点塑性抗弯承载力的条文适用于高强钢平齐式端板连接节点火灾后塑性抗弯承载力的预测.

高强钢平齐式端板连接节点火灾后性能数值研究

采用Abaqus软件对高强钢平齐式端板连接节点火灾后性能进行模拟,结果表明有限元模型能准确模拟节点的弯矩-转角关系、节点失效模式和应力分布等.在此基础上,对端板采用Q460高强钢和Q345普通钢的节点进行参数分析.结果表明:在历经550℃火灾高温并冷却后,节点力学性能未发生明显退化;端板材料对节点初始刚度无影响,但对节点承载力影响显著;与采用较厚普通钢端板的节点相比,采用较薄高强钢端板的节点可实现相近的承载力甚至更高的转动能力.

高强钢梁柱外伸式端板节点常温与火灾后性能参数分析

为了解端板厚度、螺栓直径、螺栓预紧力、柱翼缘厚度、端板钢材强度及过火温度等因素对高强钢端板连接节点力学性能的影响,对薄高强钢端板替代厚普通钢端板这一设计理念进行深入探讨,采用ABAQUS对高强钢端板连接节点进行有限元分析.有限元分析结果表明:端板厚度增加,节点的初始转动刚度和极限承载力提高,转动能力下降;螺栓直径增加,节点的初始转动刚度、极限承载力及转动能力均提高;螺栓预紧力增加,节点的初始转动刚度提高,极限承载力和转动能力基本不变;柱翼缘厚度增加,节点的初始转动刚度提高,极限承载力基本不变,转动能力略有减小;端板钢材强度增加,节点的初始刚度基本不变,极限承载力提高,转动能力在端板钢材强度不超过Q460时基本不变,高于Q460后显著减小;与采用较厚普通钢端板的节点相比,采用薄高强钢端板的节点常温下和火灾后均可达到相似的承载力、相近甚至更高的转动能力;端板连接节点火灾后可能发生失效模式转变,甚至由延性转变为脆性的失效模式.

火灾作用下钢结构外伸式端板连接节点的热应力

为了研究钢结构在火灾中形成的热应力对节点受力性能的影响,以及热应力与总应力的比重关系,采用有限元软件ABAQUS对外伸式端板连接节点有限元模型进行温度场和热-力耦合模拟,得出热应力变形图和热-力耦合Mises应力云图,分析得出火灾中热应力占总应力的比重,以及火灾中钢节点跨中挠度的变化关系。结果表明:火灾作用下外伸式端板钢节点处热应力占总应力比重高达0.92以上,极大地削弱了结构在高温下的受力性能,此时钢节点破坏主因是热应力过大。火灾中框架的跨中挠度急剧增大,且在火灾持续到80 min时由于挠度过大而失效;常温模拟中钢梁却未发生失效,说明高温对钢结构受力极为不利。

齐平式端板连接组合节点温度场分布研究

通过有限元方法分析了平端板组合节点连接在升温过程中的温度场分布情况,总结了端板组合节点在高温下温度分布特性,并且结合理论方法给出了此类组合节点温度场实用计算公式,为组合节点抗火性能研究奠定基础。

钢框架梁柱节点平齐式端板连接的数值分析

采用通用有限元程序ANSYS建立了平齐式端板连接节点的三维非线性有限元模型,并将有限元计算得出的弯矩-转角关系曲线和螺栓力与试验结果进行对比分析,验证了有限元模型的准确性。进一步分析计算了端板厚度、螺栓顶边距、螺栓水平间距、螺栓直径、柱加劲肋对平齐端板半刚性连接节点的弯矩-转角关系的影响,为平齐端板连接节点的设计提供了参考。

梁柱外伸式端板螺栓连接的M—θ关系

根据梁柱外伸式端板螺栓连接节点的简化力学模型 ,提出一种用已知节点尺寸来预测其M—θ关系的非线性数学模型 ,模型中考虑了节点极限承载力和初始转动刚度的影响因素。在对节点的极限承载力和初始位移做了理论分析后 ,给出了计算初始转动刚度的方法 ,最后将建议公式和相关试验结果做了比较 ,验证了M—θ模型及初始转动刚度计算方法的可靠性。

方钢管柱-H型钢梁单向螺栓平齐式端板连接节点性能研究

钢结构闭口截面中存在手无法越过的遮挡部位,而单向螺栓可以很好地解决钢结构闭口截面节点安装问题,因此为了详细探究单向螺栓连接梁柱节点的承载性能,以能够与试验现象和试验数据吻合的有限元模型为基础,通过改变试件截面参数,建立大量的有限元模型,分析柱壁厚度、端板厚度、螺栓直径、螺栓端距、螺栓边距、端板宽度、梁的高度对节点初始刚度及极限弯矩的影响.结果表明:柱壁厚度、梁高度、螺栓直径、螺栓端距、螺栓边距对节点初始刚度的影响较大.柱壁厚度、螺栓边距、梁的高度对节点极限弯矩的影响较大.通过参数化分析和基于三参数模型拟合出初始转动刚度、极限弯矩、形状系数的近似计算公式,描绘出单向螺栓平齐式端板连接的弯矩-转角曲线,并与有限元模型弯矩-转角曲线对比,结果表明:两条弯矩转角曲线吻合较好,从而验证了三参数模型的准确性.