不同构造形式节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接削弱型节点抗震性能分析

首先采用ABAQUS有限元软件,结合国内已通过试验验证的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接以及已有的焊接节点试验,验证了有限元模拟的有效性。在通过有限元软件ABAQUS模拟几种不同构造形式的削弱型节点,并与标准型节点在单调荷载作用下的承载力、循环荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线、强度与刚度退化曲线、断裂指数等方面进行了对比分析,研究结果表明:节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接节点局部削弱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;当采用节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的节点形式,由于弱轴方向本身抗侧刚度较大,同时考虑建筑功能要求、抗震效果及经济性等指标,弱轴方向宜采用削弱型节点,其中腹板开孔型节点承载力及刚度没有过多的下降,且滞回曲线饱满,耗能性能及延性较好。而狗骨削弱型节点存在侧向失稳的问题,因此建议节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接削弱型节点应采用腹板开孔型节点。

节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接腹板开孔型节点的滞回性能研究

采用有限元软件ABAQUS对节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接普通节点和腹板开孔型节点进行有限元分析,研究了开孔参数、轴压比、钢材强度对节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接腹板开孔型节点滞回性能的影响。分析结果表明:在循环荷载作用下,在弹性阶段节点腹板开孔参数对节点骨架曲线影响不大;进入弹塑性阶段后,开孔参数对节点的承载力影响较大,其中开孔直径对节点的滞回性能影响最大,开孔位置次之;轴压比对节点的滞回性能基本无影响;随着钢材强度的提高,节点的屈服承载力和极限承载力随之也提高,并且其延性也在降低,中强度钢材可以满足延性的要求,因此可以通过提高钢材的强度来提高节点的抗震性能。另外提出了一种适用于弱轴连接的加强型与腹板开孔型并用的新型节点。通过有限元分析发现新型节点能够综合加强型节点与腹板开孔型节点的优点,实现塑性铰外移和增加使用功能的要求,有效地保护节点,达到"强节点弱构件"的目的,具有一定的工程应用价值。

节点域箱形加强式工字形柱盖板加强连接异形节点非线性有限元分析

为了研究节点域箱形加强式工字形柱盖板加强连接异形节点的抗震性能,采用有限元分析软件ABAQUS对节点域箱形加强式工字形柱标准型与盖板加强型异形节点进行循环加载模拟分析。结果表明,两种连接形式的节点域箱形加强式工字形柱异形节点破坏时均在梁端形成塑性铰,都具有良好的滞回性能及耗能能力,盖板加强型异形节点能够有效地实现塑性铰外移,满足"强节点弱构件"及"强节点域"的抗震设计要求;相比标准型异形节点,盖板加强型异形节点具有较高的承载力及初始抗侧刚度,但延性性能略低于标准型异形节点;节点域上、下核心区不作为整体协同工作。

肋板加强式新型工字形柱弱轴连接的抗震性能有限元分析

基于一种新型节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的研究成果,进行梁端肋板加强式节点抗震性能的研究。利用有限元软件ABAQUS对模型进行非线性分析,得出节点的破坏形态和焊缝等关键部位的应力分布情况。通过计算得出荷载-位移曲线、骨架曲线、极限承载力、位移延性等节点参数,并对其延性及耗能能力与标准新型弱轴连接试件进行对比分析。研究结果表明:肋板加强式弱轴连接节点能够有效地迫使梁端塑性铰外移,从而实现"强柱弱梁"的抗震理念。肋板加强可以改善新型弱轴连接梁柱翼缘对接焊缝和蒙皮板的应力分布并提高节点的刚度和承载力,具有较标准新型弱轴连接更好的抗震性能。

H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式弱轴连接的抗震性能分析

提出一种适用于H形柱的箱形节点域的H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式的弱轴连接。应用ABAQUS软件,对标准节点、梁翼缘对称双肋板加强式节点、梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式节点和梁翼缘扩翼板加强式节点共4个足尺的计算模型进行力学性能对比,分析研究了节点的破坏特点、滞回性能、骨架曲线、耗能特性、塑性转动能力和延性等问题。研究结果表明,H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式的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。梁翼缘非对称双肋板加强式节点可以达到与梁翼缘对称双肋板加强式节点相似的抗震性能,并且改善了梁柱翼缘对接焊缝的应力。梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式节点的耗能能力和延性系数较扩翼板加强型节点显著提高,塑性转动能力能达到美国FEMA-267建议的0.03 rad,符合国际上对节点塑性转动能力的要求。

带悬臂梁段拼接的异型节点弱轴连接的抗震性能有限元分析

为研究带悬臂梁段拼接的异型节点弱轴连接形式的破坏形态及抗震性能,应用ABAQUS软件对该异型节点进行分析。分析在柱端位移循环荷载作用下,带悬臂梁段拼接的异型节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、能量耗散系数、刚度退化曲线、承载力及延性系数等,并与标准异型节点进行对比。分析表明:与标准异型节点相比,带悬臂梁段拼接的异型节点的承载力和刚度虽有所降低,但位移延性和耗能系数均有显著提高,具有更好的抗震能力。

梁端加腋型异型节点弱轴连接的抗震性能有限元分析

针对钢结构中通常存在异型节点的实际情况,基于目前对钢结构弱轴连接的研究成果,应用ABAQUS 6.11对钢结构异型节点的弱轴连接形式进行分析。分析在柱端位移循环荷载作用下,梁端加腋型异型节点弱轴连接形式的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、能量耗散系数、刚度退化曲线、承载力及延性系数等,并与标准异型节点进行对比。结果表明:相比于标准异型节点,加腋型异型节点的承载力提高10.35%,初始刚度提高6.83%,能耗系数提高约12.07%,但位移延性降低27.48%,承载力得到提高的同时,大幅度的延性下降会增加脆断发生的可能性。

钢框架梁柱顶底角钢弱轴连接的节点研究

针对目前钢框架梁柱在弱轴方向上半刚性连接的研究匮乏,应用有限元软件ABAQUS对半刚性节点进行了研究,并基于一种新型节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的研究成果,在该种节点上进行顶底角钢连接研究。应用ABAQUS软件对模型进行非线性有限元模拟分析,首先将试件进行单调加载分析,并与试验结果对比分析,对比发现总体上吻合较好,从而验证了有限元的有效性。再通过有限元程序ABAQUS将梁柱采用新型节点域箱形加强式节点作顶底角钢连接,并与其他几种连接节点形式对比,通过计算得出各种节点的梁柱连接荷载-位移曲线、初始刚度、极限弯矩以及角钢的极限弯矩等。研究发现新型节点域箱形加强式节点连接的极限弯矩是传统弱轴连接形式的1.2倍,是第一类T形板件弱轴连接形式的1.12倍,是第二类T形板件弱轴连接形式的1.08倍,表明其具有更好的抗弯性能,另外其初始刚度是传统弱轴连接形式的1.35倍,受拉角钢的极限弯矩是传统弱轴连接形式的1.32倍。