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。

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。

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.

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。

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.

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抗剪性能研究

通过低周往复加载试验,研究了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的抗剪性能,得到如下结论:由于焊接环式箍筋的约束,三向受压状态下节点域的混凝土抗剪能力比钢筋混凝土节点混凝土的抗剪能力显著提高;外伸式端板连接型蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点高强螺栓预压力的存在,使得节点域的混凝土开裂较少,改善了节点域的抗剪性能.

外伸式端板连接在结构设计中的应用

外伸式端板连接是的一种常用的梁柱节点连接方式,现行的两本国家规范里推荐的螺栓设计计算假定完全不同,通过理论研究和与国外规范对比在各种计算假定下的节点螺栓设计、端板厚度计算和节点刚度验算的结果,对实际工程设计提供建议。

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.

高强钢外伸式端板节点火灾性能试验与数值分析

对1个Q690和2个Q960高强钢外伸式端板连接节点进行高温550℃下的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现行钢结构设计规范EN 1993-1-8的计算结果及有限元分析结果进行对比.结果表明,550℃时,Q690和Q960高强钢端板连接节点的承载力分别为常温时的45%和46%,初始转动刚度为常温时的57%和65%,但转动能力分别为常温时的1.43倍和1.66倍.EN 1993-1-8中基于普通钢端板连接节点常温力学性能所提出的组件法可直接用于预测高强钢端板连接节点火灾下的失效模式和承载能力,但初始转动刚度的计算公式并不适用,且采用EN 1993-1-8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进行抗火设计偏于保守.有限元模型可准确模拟该端板连接节点火灾下的弯矩转角关系和失效模式.

平齐端板连接火灾下性能的有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS对高温下平齐式端板连接性能,节点的构造及节点参数的选取对结构的整体稳定性及节点破坏模式的影响进行了分析.发现:端板厚度对节点的初始转动刚度影响较大,载荷比对转角的影响较大;设置承压加劲肋可明显减小节点域内的塑性应变,改善柱腹板的受力状态,提高柱稳定性,从而保证钢框架整体的稳定性.

节点初始转动刚度对门式刚架平面内屈曲荷载影响研究

门式刚架一般均采用端板式连接,属半刚性连接,通过分析柱脚铰接与柱脚刚接两种情况的刚架稳定承载力随节点相对转动刚度以及梁柱线刚度比变化的关系曲线,得出在梁柱线刚度比相同情况下,刚架稳定承载力随转动刚度增大而增大,最后给出了刚架柱的计算长度系数表格以便工程应用。

钢管混凝土柱-钢梁延伸式端板连接节点初始转动刚度计算模型

延伸式端板连接节点是钢管混凝土结构中常见的梁柱节点形式,基于组件法建立了钢管混凝土柱-钢梁延伸式端板连接节点初始转动刚度的计算模型,考虑了端板受弯、端板受剪、螺栓受拉、钢管柱腹板受剪、柱核心混凝土受剪变形对节点转动刚度的影响,对于节点锚固件,采用贯通螺栓或单边螺栓。通过确定对节点初始转动刚度有贡献的组件将其简化为弹簧模型,提出了各组件的刚度计算公式,建立了节点初始转动刚度的计算模型。根据建立的计算模型对已有试件进行理论计算并与试验结果对比,得到理论值与试验值之比的平均值为1.02,标准差为0.12,验证了其正确性,且该计算模型简单,便于在实际工程中应用。分析了节点初始转动刚度的影响因素,结果表明:适当增大端板厚度,可有效提高节点初始转动刚度;增大螺栓直径、钢管柱厚度和提高混凝土等级对节点初始转动刚度的提高不及增大端板厚度显著。

钢-混凝土组合节点平齐式端板连接抗震性能试验研究

为研究混凝土板内纵向钢筋配筋率和柱翼缘填充混凝土对平齐式端板连接钢-混凝土组合节点抗震性能的影响,对1个平齐式端板连接钢-混凝土组合梁与组合柱节点和3个平齐式端板连接钢-混凝土组合梁与钢柱节点进行了低周反复加载试验,研究了节点试件变形特征与破坏模式、弯矩-转角滞回曲线及骨架曲线等,探讨了试件承载力、承载力退化、延性及耗能能力等的影响,利用组件法对负弯矩作用下的梁端初始转动刚度进行了分析计算,并建立了考虑刚度退化的恢复力模型。研究结果表明:提高混凝土板纵向配筋率可有效提高在负弯矩作用下的梁端极限弯矩和初始转动刚度,但对正弯矩作用下的梁端极限弯矩与开裂弯矩影响不大;采用柱翼缘填充混凝土可有效提高梁端初始转动刚度和延性;提出了梁端初始转动刚度计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。

端板狗骨式连接新型部分外包混凝土柱-钢梁框架结构抗震试验研究

为进一步研究端板狗骨式连接新型部分外包混凝土柱-钢梁组合框架结构的抗震性能,设计制作了1榀组合框架结构底部两层单跨1∶2缩尺模型试件,并对其进行水平循环往复荷载试验,记录了试验过程主要现象,得到了试件的滞回曲线。根据试验现象记录和测试数据整理记录,对试件滞回特征、水平抗侧刚度、节点连接性能、抗震延性与耗能能力、损伤进程与破坏模式等加以分析以揭示试件的抗震性能。研究结果表明：端板狗骨式连接实现了梁端塑性铰形成位置远离节点区和节点区混凝土斜压带传力模式,试件滞回曲线较为饱满,整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比达到4. 03%（推）/3. 57%（拉）、3. 05（推）/2. 96（拉）和0. 280,即其变形、抗震延性与耗能能力良好;试件结构呈现梁端削弱截面和部分外包混凝土柱脚形成塑性铰的理想塑性机构,变形与耗能能力发挥充分。

门式刚架平齐式端板梁柱节点有限元与试验分析

对4个不同构造的门式刚架平齐式端板连接节点进行承载力试验及相应的有限元分析,以了解实际工程中该类节点的力学性能,并对节点在正负弯矩作用下的性能进行有限元分析。研究表明,节点域设置加劲肋可显著提高承载力,仅加厚梁端扳对承载力提高作用不明显,平齐式节点非线性特性出现较早。

哑铃形端板连接节点的循环加载试验研究

为研究工程中某梁托柱哑铃形端板连接节点的抗震性能,对3个尺寸一致的外伸无加劲肋哑铃形端板连接节点足尺试件进行了循环加载试验研究。试验结果显示,3个试件的滞回曲线基本一致,均稳定而饱满,试件的层间位移角接近0.07 rad,延性系数大于8.0,由于梁翼缘较薄,试件的破坏模式均为最外排螺栓附近的梁翼缘沿节点域加劲肋水平角焊缝和轧制倒角根部全厚度断裂,且节点域腹板有不同程度的鼓凸。试验结果表明,该类型节点具有良好的抗震性能。

L-CFST柱-钢梁中节点抗震性能试验和有限元分析

基于高层L形钢管混凝土组合异形柱(L-CFST柱)住宅结构体系,对两侧连接形式不同的中节点试件进行抗震性能研究.首先,对2个轴压比不同的足尺节点试件进行往复加载试验,对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力及应变分布等进行对比分析.结果表明:试验的破坏主要发生在扩翼缘式端板连接处端板的鼓曲和拉裂,钢梁翼缘连接板圆弧过渡处的局部屈曲及开裂等,外肋环板式连接只出现了竖向肋板端部处钢梁翼缘连接板的轻微开裂.扩翼缘式端板连接与外肋环板式连接的刚度接近,但承载力相差较大.通过建立三维非线性有限元模型,并与试验结果进行对比分析,验证了有限元模型的准确性,并对影响扩翼缘式端板连接承载力的4种因素进行了参数化分析.