箱形节点域不锈钢端板连接梁柱弱轴节点受力性能

为了探究不锈钢弱轴节点的静力性能和抗震性能,设计并加工了4个端板连接不锈钢梁柱弱轴节点试件,包括奥氏体型和双相型两种不锈钢牌号试件各两个,且均设置了箱形节点域进行加强。对节点试件分别开展单调静力和低周反复加载试验,得到了节点的整体受力性能和局部受力特征,包括节点在单调静力和低周反复荷载作用下的失效破坏形态、荷载-位移曲线和螺栓力发展过程,以及节点在低周反复荷载作用下的刚度、强度退化和耗能能力。结果表明:在静力和循环荷载作用下,节点的最终破坏形态为柱子蒙皮板与柱翼缘的对接焊缝出现断裂,奥氏体型不锈钢节点的初始刚度约为双相型不锈钢节点的90%,塑性承载力约为双相型不锈钢节点的60%~70%;节点在循环荷载作用下,滞回曲线较为饱满,无明显捏拢现象,出现了刚度和强度退化,奥氏体型不锈钢节点的累积耗能约为双相型不锈钢节点的3倍。设置箱形节点域之后,弱轴端板连接节点受力性能对焊缝质量要求更高,焊缝的提前断裂导致不锈钢材的优良延性未能充分发挥。采用有限元软件ABAQUS建立了精细数值模型对试验节点的受力性能进行模拟,并基于试验结果验证了所建立模型的准确性。得到的试验结果和建立的有限元模型可为后续箱形节点域不锈钢弱轴节点受力性能研究提供参考。

箱形节点域外伸端板弱轴连接的滞回性能研究

提出了一种适用于H形柱的箱形节点域外伸端板弱轴连接,利用有限元软件ABAQUS对8个不同构造形式的端板连接进行了研究,分析了节点的破坏形式、弯矩-转角滞回曲线、承载能力及转动能力等。结果表明:8个不同构造形式的端板连接均为半刚性节点;在循环荷载作用下,箱形节点域端板连接节点的破坏均出现在端板上,而柱子节点域基本完好;当层间位移角为0.04rad时,各节点的承载力均大于0.8倍钢梁全截面塑性弯矩;端板外伸加劲肋的设置使节点的极限承载力提高10%左右,但耗能能力却下降了4%,建议外伸端板不另设加劲肋;端板厚度为16mm,即与蒙皮板厚度相差较小时,节点的承载能力、耗能能力较好;提升端板材性能提高节点承载能力,但端板材性提升过大反而会降低节点耗能能力,建议端板材性只提高1个等级。

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。

翼缘板加强型梁与节点域箱形加强型柱弱轴连接滞回性能研究

采用有限元软件ABAQUS对节点域箱形弱轴连接普通节点和翼缘板式加强型节点进行有限元分析,研究了翼缘过渡板的长度、翼缘过渡板的厚度、轴压比、钢材强度对节点域箱形弱轴连接翼缘板加强型节点滞回性能的影响。分析结果表明:在循环荷载作用下,翼缘板厚度对节点的滞回性能影响较小,建议翼缘过渡板tf的厚度取值范围为1.2t≤tf≤1.6t(t为梁翼缘厚度);翼缘板长度对节点的滞回曲线影响较明显,建议翼缘加强板长度l_p的取值范围为0.6h_b≤l_p≤0.8h_b(h_b为梁的高度);轴压比不宜过大,建议取0.6以下,否则无法满足"强柱弱梁"的抗震设防要求;随着钢材强度的提高,节点的屈服承载能力和极限承载能力随之也提高,但其延性也在降低,Q390以上的中高强度钢材不满足延性大于3的要求,因此中高强度钢材的应用有待进一步的研究。

节点域箱形弱轴连接腹板开孔全焊型节点滞回性能影响因素分析

利用ABAQUS有限元软件对节点域箱型弱轴连接腹板开孔全焊型节点进行有限元变参数分析,通过设计一系列的试件,研究梁腹板开孔位置、梁腹板开孔半径、蒙皮板高度和厚度等因素的变化对节点域箱型弱轴连接腹板开孔全焊型节点滞回性能的影响。研究结果表明:开孔位置和开孔半径应合理取值,建议开孔位置(孔中心到柱蒙皮板的距离)的取值范围:0.86hf≤B≤1.43hf,其中hf为梁腹板高度,开孔半径的取值范围:0.24hf≤R≤0.33hf;蒙皮板高度对节点的滞回曲线及骨架曲线影响较小,综合施工方便及焊缝热影响效应等因素,建议蒙皮板高度最小值取为60 mm,最大值取为200 mm,蒙皮板厚度宜不小于柱翼缘厚度。

节点域箱型弱轴连接全焊加强型节点抗震性能分析

为了更全面地对比分析节点域箱型弱轴连接不同局部加强型节点的抗震性能,以及局部构造对节点的抗震性能及破坏形态的影响。采用有限元软件ABAQUS建立多种不同局部加强型节点有限元模型,并将不同局部加强型节点与标准型节点在承载能力、滞回性能、刚度、断裂指数、退化性能、破坏形态及塑性铰形成位置等方面进行对比分析,同时结合国内节点域箱形弱轴连接研究课题组的试验和已有的焊接节点试验,验证了有限元模拟的准确性。研究结果表明:节点域箱型弱轴连接节点局部构造形式可以改善节点的破坏形态,实现塑性铰的外移,防止节点脆性断裂;采用节点域箱型弱轴连接的节点形式,同时考虑抗震及经济性等指标,腋板加强型节点承载力及刚度有较大的提高且滞回曲线饱满,耗能性能及延性也较好。因此建议节点域箱型弱轴连接的节点应采用腋板加强型节点。

钢框架梁柱顶底角钢弱轴连接节点的滞回性能分析

基于目前对钢框架梁柱弱轴半刚性连接节点的研究现状,对顶底角钢弱轴连接节点进行了研究。首先通过ABAQUS模拟分析,在与试验对比验证的基础上,将一种新型节点域箱形节点作顶底角钢弱轴连接,设计7个试件,通过计算得到了在低周反复荷载作用下的弯矩-转角曲线、骨架曲线、耗能系数和初始刚度等节点参数,重点研究了角钢厚度、受拉角钢连接螺栓与角钢趾距离以及角钢肢长等设计参数对该种连接方式的工作性能的影响。研究发现:随着角钢厚度的增加,连接节点的承载能力、初始刚度和滞回性能明显提高,但抗震性能、耗能性能有所下降,随着受拉角钢连接螺栓与角钢趾的距离的增加,连接节点的承载能力、初始刚度和滞回性能均有所下降,但耗能性能有所提高,随着角钢肢长的增大,连接节点的承载能力随之降低,初始刚度和滞回性能变化不大,耗能性能变化也不明显。

H形梁翼缘双肋板加强式弱轴连接的抗震性能分析

提出了一种适用于工字形柱箱形节点域的H形梁翼缘双肋板加强式弱轴连接;应用ABAQUS有限元软件对标准节点、梁翼缘外侧双肋板加强式节点和梁翼缘内侧双肋板加强式节点共7个足尺计算模型进行了力学性能分析,研究了节点破坏模式、滞回特性、骨架曲线、耗能能力、塑性转动能力和延性等问题。结果表明:箱形节点域双肋板加强式弱轴连接能够有效地在梁端形成塑性铰,并且塑性铰远离节点核心区,从而实现强柱弱梁和强节点弱构件的抗震理念;梁翼缘内侧双肋板加强式节点可以达到与梁翼缘外侧双肋板加强式节点相同的抗震性能,并且改善了梁柱翼缘对接焊缝的应力;梁翼缘双肋板加强式节点的耗能能力和延性系数都有显著提高,塑性转动能力达到FEMA-267建议的0.03rad,符合国际上对节点塑性转动能力的要求。

顶底角钢加强式梁柱弱轴连接节点的抗震性能分析

提出了一种顶底角钢加强式梁柱弱轴连接的节点形式,并基于ABAQUS有限元分析平台,建立了新型弱轴连接的常规节点及顶底角钢加强型节点两个试件。通过梁端低周循环加载的方式得到其P-Δ滞回曲线及骨架曲线,并通过计算得到位移延性系数、能量耗散系数、等效粘滞阻尼系数等节点参数,将两个试件的受力性能进行对比分析。研究结果表明顶底角钢加强型节点较常规的梁柱连接节点能有效地使梁端塑性铰外移,避免节点区域以及柱子的破坏,实现了"强柱弱梁、强节点弱构件"的抗震理念,另一方面顶底角钢加强型节点有效地提高了梁柱连接的节点承载能力、位移延性以及耗能性能,说明该种连接具有更好的抗震性能。