钢结构的螺栓端板连接

螺栓端板连接是钢结构中常用的一种安装连接.作者介绍了工字形截面钢构件这种连接的几种常用形式;分析了它的受力破坏状态;给出了螺栓受力、端板厚度的实用计算表达式和连接处焊缝、构件腹板的设计及计算要求.

螺栓端板连接节点加固后承载性能有限元分析

已有试验表明,螺栓端板连接梁柱节点具有良好的受力性能,但节点刚度较小,循环荷载作用下破坏模式以螺栓拉断为主。当建成的结构由于各种因素螺栓端板节点承载性能不能满足要求时,需要进行加固以提高节点刚度和承载力,改善其抗震性能,本文提出了在柱腹板加斜向加劲肋,并对端板进行焊接的加固方案。有限元分析表明加固后节点的刚度、延性和承载力都得到提高。静力加载时,荷载-位移曲线在达到峰值后出现平缓的下降段;循环加载时,节点破坏模式是梁翼缘发生局部屈曲形成塑性较,滞回曲线饱满。由于使用了焊缝,节点有可能发生脆性破坏,加固中应尽量使用较小尺寸的焊缝,施工中也应保证焊缝的质量,减小残余应力。

螺栓端板连接中柱翼缘和腹板加强方法

为加强梁柱端板螺栓连接部位的柱翼缘和柱腹板,采用有限元法对梁柱端板螺栓连接部位进行了细致分析,提出了柱翼缘贴板,贴板与柱翼缘焊接的方法,给出了贴板厚度的计算公式;且贴板可以很好的消除螺栓周围柱翼缘的弯曲冲切变形,达到与加厚节点区柱翼缘同样的效果.设计了柱腹板"Morris"加劲肋能够同斜向对角加劲肋一样,大幅度减小节点域剪切变形,且不影响螺栓的排列.柱翼缘加贴板可以取代加厚节点区柱翼缘,节点域柱腹板可采用"Morris"加劲肋加强.

高强螺栓端板连接钢梁-方钢管混凝土框架结构抗震性能研究

通过一榀高强螺栓端板连接的2层1跨半4∶7比例组合梁-方钢管混凝土模型框架的拟动力试验、拟静力试验和静力推覆试验,运用子结构方法,模拟了一榀10层3跨的平面框架,研究了钢管混凝土框架结构的破坏形态、位移响应、滞回特性和耗能等抗震性能。拟动力试验中,多遇烈度地震时,框架刚度降低很小;基本设计烈度地震时,框架刚度降低约13%;罕遇烈度地震时,框架刚度降低20%,框架层间位移角小于2.0%。拟静力试验中,最大层间位移角超过1.6%,部分构件出现初始局部屈曲,框架整体未出现强度退化。在静力推覆试验中,即使层间位移角超过6.0%,框架承载力仍未发生下降。高强螺栓端板连接节点能够满足抗震设计要求,在规范限定的按弹塑性设计的层间位移角限值范围内,经过合理设计的螺栓端板连接可视为刚性连接。试验结果验证采用螺栓连接的钢梁-方钢管混凝土框架具有良好的抗震性能,可在抗震设防区结构中推广使用。

新型端板螺栓连接框架节点抗震性能试验研究

提出了一种新型预应力混凝土梁、连续复合螺旋箍筋混凝土柱及端板螺栓连接的装配式节点,该节点的基本构造为:采用高强螺栓通过外伸端板将梁与柱装配在一起,并在梁柱中均采用连续复合螺旋箍筋,另在梁中配置预应力筋与普通钢筋,普通钢筋通过墩头与端板焊接在一起,且在节点核心区处采用钢板箍替代箍筋。该节点传力明确,且避免了核心区钢筋纵横交错的现象。为研究该节点的抗震性能,通过拟静力试验对该节点的滞回曲线、延性、高强螺旋箍筋对混凝土的约束作用等进行了分析。试验结果表明:节点破坏前,梁端出现了明显的塑性铰,节点具有较好的延性及耗能能力,且柱子和核心区的损坏程度较小,密配高强螺旋箍筋的约束作用能有效地提高构件的抗剪承载力和结构的变形能力。

不同种类螺栓的不锈钢端板连接节点抗震性能试验研究

端板连接是门式钢架和多层钢框架中常用的节点形式,而目前少有针对不锈钢结构端板连接节点的相关研究.本文对4种类型的螺栓(镀锌高强度螺栓10.9级、8.8级,奥氏体不锈钢螺栓A4-70、A4-80)和不同端板厚度的不锈钢结构外伸式端板连接节点进行循环荷载下的破坏试验,研究其节点破坏形态、承载力及延性,并与有限元计算结果进行对比.试验结果表明:不锈钢螺栓端板连接节点的滞回曲线呈Z形,且其耗能系数仅为镀锌高强度螺栓端板节点的40%,;当端板较薄时,节点的抗震性能均有显著提高;通过有限元分析与试验结果的比较,验证了有限元模型的正确性.研究结果表明,所有试件的滞回曲线均具有不同程度的滑移捏缩现象,不锈钢螺栓端板连接节点、端板越薄时捏缩现象越明显,因此需从设计上加以改进,同时不锈钢摩擦面的处理工艺也需进一步开发,以提高不锈钢面的抗滑移系数.

外伸式端板螺栓连接中的撬力分析

采用考虑接触问题的有限单元法对外伸式端板螺栓连接中普遍存在的撬力问题作分析,重点探讨端板接触面中挤压力的大小、分布规律以及影响撬力的主要因素。结合工程应用提出了减小撬力作用和考虑撬力影响的设计建议和方法。

内置高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能

为研究内置FRP约束UHPC高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能,基于“强柱弱梁”目标设计制作5个端板-螺栓连接节点试件,通过拟静力试验研究节点的破坏机理,并分析柱轴压比、FRP管厚度和有无芯柱对节点抗震性能的影响,对比钢梁更换前后节点的性能。试验结果表明:所有试件均在梁端形成塑性铰破坏;该破坏模式下,节点具有较高的承载力、耗能能力和较好的延性;内置芯柱时,试件承载力提高但延性降低;随着FRP管厚度增加,节点初始刚度和耗能能力均得到提升;相比原试件,更换梁试件的耗能能力、延性和初始刚度均有所降低。变形分析结果表明:节点域组合柱以受弯变形为主,两侧钢梁主要承担节点域的剪切变形。依据初始刚度判定该节点属于刚性节点。

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。

H型钢梁端板螺栓连接节点抗震性能试验研究

通过3个H型钢梁端板螺栓连接节点的低周往复荷载试验,研究了3种不同梁端构造节点的抗震性能,分析了往复荷载下不同构造节点的破坏形态、滞回曲线、刚度退化、延性等指标.试验结果表明3个节点的滞回曲线饱满,具有较强的耗能能力;梁端局部有约束的节点延性高于其他2个节点;梁端有狗骨型削弱的节点性能与梁端未削弱的节点基本一致;梁端构造不同对节点刚度退化及耗能能力的影响并不显著.

钢管混凝土柱与桁架穿心螺栓端板式连接节点非线性有限元分析

采用有限元程序ANSYS对钢管混凝土柱与桁架穿心螺栓端板式连接节点进行单调加载和循环加载作用下的受力性能分析。有限元分析结果与试验基本吻合。在此基础上对节点进行了参数分析,研究了轴压比、钢管柱壁厚度、核心混凝土强度、螺栓级别及直径对节点受力性能影响。结果表明,轴压比和钢管柱壁厚度对节点受力性能影响较大。

高强度螺栓外伸端板连接有限元模拟方法研究

高强度螺栓外伸端板连接节点可用不同的有限元方法进行模拟.对典型高强度螺栓外伸端板连接的ANSYS有限元模拟方法进行了比较研究,分别建立了T型件简单模型和复杂实例进行有限元分析,通过对比有限元单元数量、建模难易程度以及计算耗时等,分析了各种有限元模拟方法的特点.通过有限元结果与试验结果的比较,给出了一种建议的模拟方法.研究结果表明,直接粘贴方法虽然具有建模简单的优点,但是该方法由于过分放大了连接板系统的强度和刚度,因而基于该方法获得的应力和位移都比实际情况小;耦合螺孔节点方法虽然能比较接近的模拟连接节点受力性能,但该方法的最大问题是耦合节点处的应力和位移会发生畸变,与实际情况不符;预拉力加接触方法虽然建模较复杂,但计算结果最为合理,与实际连接节点受力情况吻合较好.

钢梁柱端板螺栓连接的弯矩-转角关系试验和数学模型

端板螺栓连接是钢结构常见的梁柱连接形式,其抗弯性能表现出明显的非线性特性,部分端板连接可视为半刚性连接。根据我国现行钢结构设计标准,在对钢结构进行内力分析时需要确定半刚性连接的弯矩-转角曲线。为研究端板螺栓连接的破坏机理,探索模拟该连接弯矩-转角曲线的数学模型,做了6个H型钢梁柱端板连接大尺寸试件的单调加载抗弯试验,以及相关材性试验和高强螺栓抗滑移系数试验。试验通过各部位应变的变化情况,考察了节点各组件应变发展直至先后达到材料屈服的过程;通过各部位位移发展的情况,考察了节点和构件位移发展直至局部屈曲的过程。采用改进的三参数指数函数模型,模拟了所试验6个试件的弯矩-转角曲线。结果表明,端板连接具备较大的刚度和强度,构件的变形主要来自梁端塑性发展和屈曲变形。改进的三参数指数模型可以较好地模拟端板连接的弯矩-转角曲线。

柱轴压比对梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点单调加载性能的影响

基于非线性有限元分析方法,分析了一组柱轴压比不同的梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点在单向加载作用下的节点的初始连接刚度、极限弯矩承载力和破坏模式,得出柱轴压比是影响梁柱高强度螺栓外伸端板连接节点性能的主要因素之一。

联肢钢-混凝土组合剪力墙端板螺栓式钢连梁抗震性能研究

我国高层建筑已经进入广泛应用钢-混凝土组合剪力墙的阶段。由钢-混凝土组合墙肢耦合而成的联肢组合墙中,由于钢构件预埋于墙肢边缘区域,给传统连梁的应用带来了困难。为了开发出适用于联肢钢-混组合剪力墙的连梁形式,将钢结构中常用的端板螺栓连接构造引入,利用其构造简单、易于施工且抗震性能良好的优点,连接钢连梁与组合剪力墙。以连梁长细比为主要参数,设计并制作5个采用端板螺栓连接的双肢组合剪力墙试件和1个传统直插式的小比例双肢钢筋混凝土剪力墙试件,进行低周往复拟静力加载试验,以考察端板螺栓连接钢连梁的受力特征、滞回性能、刚度与强度退化特征以及破坏模式。利用有限元分析方法对试验过程进行数值模拟并与试验结果对比。结果表明,端板螺栓连接钢连梁能够达到较高的延性水平和较大的耗能能力,刚度、强度退化不明显。试验加载过程的剪力-侧向位移骨架曲线与有限元分析结果吻合较好。

外伸端板加劲肋对连接性能的影响

为考察外伸端板连接中不同端板加劲肋对节点性能的影响,采用接触问题的弹塑性大变形有限元分析方法,研究了钢梁柱外伸端板连接中不同长度和厚度的外伸加劲肋对节点刚度、承载力的影响,考察了端板变形和连接面受拉侧间隙的变化。研究发现,与梁腹板等厚的等边加劲肋会过早地拉剪屈服,受压侧加劲肋则过早屈服和屈曲。斜角为63.4°,加厚的加劲肋能增大节点的抗弯力臂,减小螺栓拉力,延迟梁受压翼缘的局部屈曲,并能够将梁端塑性铰移向加劲肋的尾部,从而明显提高端板连接节点的强度和刚度。

端板连接节点对门式刚架整体性能的影响分析

传统钢结构设计中将高强螺栓端板连接作为刚性节点,而实际情况下这种连接形式与计算结果有差异.采用有限元方法针对8种不同计算跨度的轻型门式刚架建立了三维整体有限元模型,分析了高强螺栓端板连接的节点刚度对门式刚架内力和位移的影响.计算结果表明,高强螺栓端板连接是一种半刚性连接形式,节点刚度对门式刚架整体结构的内力和变形将产生较大影响,在门式刚架的分析和设计中,应考虑节点半刚性的实际影响.

新型PEC柱——钢梁端板连接组合框架抗震机理数值模拟

为了研究新型卷边PEC柱—钢梁组合框架的抗震机理,本文针对1榀两层单跨设置预拉对穿螺栓短端板连接新型卷边PEC-钢梁组合框架结构试验试件,采用商业有限元软件ABAQUS对其进行水平循环往复荷载下的抗震性能数值模拟。基于模拟结果,对试件结构滞回性能、水平抗侧刚度、耗能能力、节点连接力学性能、层间传力机理和破坏机构等方面抗震性能进行分析。研究表明:试件结构具有较高承载力和较大的抗侧刚度,且加载初期两层初始抗侧刚度差异明显,随着加载损伤进程的发展其差异不断减小;试件结构水平力作用引起的倾覆弯矩受压侧下层PEC柱承担层间水平总剪力58%,而上层PEC柱平均分担层间剪力,且试件层间侧移变形表现为剪切型变形模式;试件耗能能力由梁端端板附近截面屈服和PEC柱脚钢构架屈服与混凝土压溃提供,且上下层耗能分布基本均匀;PEC柱与钢梁端板预拉对穿螺栓连接具有较强的转动能力,且端板预拉对穿螺栓形成了节点区混凝土斜压带传力模式和提供了节点连接部分自复位功效;试件最终破坏模式为梁端附近截面充分屈服和PEC柱脚部位钢构架屈服与混凝土压溃形成塑性铰的塑性破坏机构,对上下层层间侧移和节点连接转角分别为0.051 rad、0.042 rad和0.045 5 rad,均超过大震对应层间侧移限值1/30的要求,即该试件结构具有良好的抗震延性。

论高强度螺栓连接的分类和抗拉连接的计算

高强度螺栓连接分为摩擦型和承压型两类,是依照受剪螺栓连接的两种不同极限状态划分的。《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)(简称03规范)不恰当地把受拉螺栓连接也纳入这两种分类,造成混乱。对此进行讨论,并提出改变分类的建议。受拉螺栓连接中螺栓通常要承受撬力。03规范不直接计算撬力,而是采用降低螺栓抗拉承载力设计值的方法,计算不够精确。《钢结构高强度螺栓连接技术规程》(JGJ 82-2011)虽然给出撬力计算方法,但存在值得商榷之处。在分析的基础上推出撬力的简化计算公式,并提出梁、柱之间抗弯连接的计算方法。最后,还提出了提高高强度螺栓抗拉承载力设计值的建议。

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。