大跨度装配式单层网壳十字形半刚性螺栓连接节点抗弯性能研究

装配式连接节点是大跨度装配式单层空间网壳结构体系的关键。提出一种适用于大跨度单层网壳结构的十字形板装配式节点。该节点由圆钢管、十字形钢板、角钢、矩形连接盖板、圆盖板和高强螺栓组成,其中圆钢管、盖板、十字形钢板在工厂焊接,现场将十字形板和角钢、矩形盖板用高强螺栓连接。该节点通过设置角钢、矩形连接盖板和十字形钢板螺栓连接,在节点受到弯曲荷载时,角钢和矩形连接盖板可以首先承受弯曲荷载,从而减少节点内侧的十字形钢板塑性损伤,并且提高节点的抗弯性能。利用有限元模拟方法,构建新型连接节点有限元模型,分析了十字形钢板和角钢厚度等变量如何影响节点在平面内外的抗弯性能。通过对各组成部分尺寸的参数化研究,得到了这些因素对所提出的连接节点平面内外抗弯性能的影响规律。研究结果表明,采用角钢与矩形盖板相连接形成的十字形节点,在抗弯刚度和承载力方面表现出了优异的性能。通过调节十字形板厚度、螺栓个数、角钢和盖板厚度可调控节点的初始抗弯刚度和抗弯承载力。基于刚性节点设计方法,对该半刚性节点进行尺寸理论设计,结果表明该方法可以保证节点弯矩设计值基本达到圆钢管的屈服弯矩,满足设计要求,提高节点安全。

L形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓装配节点抗震性能研究

为同时实现梁柱之间和柱柱之间装配,提出一种适用于多高层钢结构的异形钢管混凝土柱与H型钢梁的全螺栓连接节点。上柱、下柱、L形件与H型钢梁4个模块在工厂制作完成,在施工现场通过螺栓进行装配,可实现梁与柱、柱与柱之间的快速连接。通过改变盖板螺栓数量、加劲肋种类设计了4个节点,对其进行了拟静力试验与有限元分析,获得了节点的滞回曲线、破坏模式、骨架曲线、耗能能力、承载力、延性等性能指标以及螺栓拉力变化规律。研究结果表明:4个节点的滞回曲线均呈梭形,节点的抗震性能与耗能能力较好;全螺栓梁柱节点变形能力强,4个节点的塑性转角均超过0.04 rad;增加盖板螺栓数量可显著提高节点的屈服荷载与极限荷载;设置梁竖向加劲肋可以延缓梁翼缘局部屈曲,降低梁震后修复难度;盖板与梁翼缘之间的滑移实现了摩擦耗能,提高了节点的延性与耗能能力。利用有限元软件进行参数分析,发现盖板厚度与托板厚度在8~20 mm内变化时,节点表现为刚性连接。

螺栓装配多高层钢结构梁柱连接抗震性能研究

对三个不同参数螺栓连接的多高层钢结构装配节点的抗震性能进行试验和有限元分析,获得以梁端荷载-位移表征的滞回曲线、骨架曲线、延性性能、转动能力、刚度退化曲线等,分析了法兰螺栓和盖板螺栓对试件受力性能的影响。试验和有限元分析结果表明:通过调整盖板螺栓数量和规格,可以实现梁柱刚性连接和变刚度连接,变刚度连接时,可实现多遇地震作用下不滑移,设防地震和罕遇地震作用下利用盖板与梁翼缘相对滑移耗散地震能量;通过分析螺栓接触面的滑移,认为盖板与梁翼缘滑移构造提高了梁端的变形能力,延性以及耗能能力,实现了摩擦耗能,可以用于抗震设防区结构中。

修复后方钢管柱与H型钢梁全螺栓双夹板连接节点抗震性能试验研究

针对震后易于修复的装配式钢结构方钢管柱与H型钢梁全螺栓双夹板连接节点,已有拟静力试验表明该节点具有良好的抗震性能。为验证节点震后的修复能力,并获得节点修复后的抗震性能,对已进行过拟静力试验至破坏后的6个方钢管柱与H型钢梁全螺栓双夹板连接节点进行简单修复,即更换新螺栓并施加预紧力,再次进行拟静力试验研究。获得了修复后节点的滞回性能、骨架曲线、延性和破坏模式等抗震性能,并与原节点试验结果进行了对比分析,研究表明节点在进行简单修复后,滑移长度有所增大,强化阶段耗能能力稍有降低,但其仍具有较高的承载能力、塑性变形和耗能能力,且节点转动能力增强,其极限转角可以达到0.09 rad,满足抗震要求。

圆钢管混凝土柱外伸端板框架耐火性能研究

采用单边螺栓连接的钢管混凝土柱装配式框架,不仅具有钢管混凝土柱承载力高、抗震性能好、抗火性能好等优点,而且具有节点构造简单、施工快捷等特点。采用ABAQUS有限元软件对钢管混凝土柱单边螺栓节点连接框架进行建模分析,研究其耐火极限。结果表明:对装配式圆钢管混凝土框架耐火极限影响较大的参数有:荷载比、含钢率和保护层厚度。随着荷载比、含钢率和保护层厚度增加,框架耐火极限增大,其增长幅度较大。端板厚度对装配式圆钢管混凝土框架耐火极限影响较小,随着端板厚度增加,框架耐火极限增加,但增长幅度较小。