钢结构梁柱加固节点框架损伤演化过程数值模拟分析

为研究不同因素对钢结构梁柱加固节点框架演化过程损伤的影响,选择4个钢结构梁柱加固节点框架试件作为实验对象,在其他条件不变基础上,改变试件轴压比、钢盖板厚度以及混凝土强度,用ABAQUS软件对钢结构梁柱加固节点框架进行模拟,观察损伤演化过程的应力云图情况,并对屈服位移与峰值位移进行统计。结果表明:轴压比以及钢盖板厚度对受力性能影响不大,混凝土强度对受力性能影响较大,并且随着混凝土强度的增加,钢结构梁柱加固节点框架的承载力也在增加,在节点框架设计时,应适当增加混凝土强度,提高节点框架承载力。

可恢复功能装配式钢框架梁柱节点力学性能研究

装配式钢结构具有施工快、工期短、污染小的优点。基于此,提出一种由方钢管柱、H型钢梁、保险丝、高强螺栓和现浇楼板组成的可恢复功能装配式钢框架梁柱节点,并变换保险丝处梁间缝隙宽度、保险丝长细比和保险丝屈服强度三个参数,共建立了13个有限元模型进行分析。研究结果表明:保险丝能够实现损伤控制,保护主体结构免受损伤;保险丝处梁间缝隙宽度大于5mm时,可以保证梁段不发生碰撞,损伤集中在保险丝处,工程应用中建议采用10mm的缝隙宽度;保险丝长细比为43时,能够保证可恢复功能装配式钢框架梁柱节点具有足够的承载能力;当主体结构选用Q345B钢材时,保险丝宜采用Q235B钢材,以实现保险丝的损伤控制。

震后可恢复功能的钢框架预应力梁柱节点性能研究

针对震后可恢复功能的腹板摩擦耗能钢框架预应力梁柱节点,对3个设计的节点试件进行低周往复加载试验、有限元模拟和理论分析。结果表明:钢框架预应力梁柱节点在加、卸载过程中实现梁柱接触面开口和自动复位的机制,滞回曲线表现出明显的双旗帜模型,节点耗能系数βE满足大于0.25的基本要求;钢绞线最大索力均未超过90%的屈服索力;主要构件基本处于弹性状态,残余转角均很小,节点实现了震后恢复功能的目标。研究还发现,随着节点初始预应力度的提高,节点初始刚度和开口后刚度、开口临界弯矩和钢绞线最大索力都有不同程度的提高,最大开口转角和耗能能力呈下降趋势。节点有限元模拟与试验结果吻合较好,理论模型与试验及有限元结果基本吻合。

带可更换梁段钢框架端板式梁柱节点初始转动刚度计算模型

带可更换梁段的钢框架端板式梁柱节点(RSFEBJ)是一种地震失效后可更换和修复的新型节点,该RSFEBJ与柱和梁端均采用端板式连接。通过组件法来研究RSFEBJ的初始转动刚度,综合考虑了柱腹板拉、压、剪变形及翼缘弯曲变形、梁柱端板受弯变形、连接端板(1、2)拉压及弯曲变形、梁腹板受剪及螺栓受拉变形对其的影响,建立了简化的弹簧模型,并在此基础上提出各组件的刚度计算公式。通过与课题组已开展的不同削弱形式下的RSFEBJ抗震性能有限元分析结果对比,理论值与有限元值之比均值为0.98,标准差为0.07,二者最大误差小于15%,表明公式具有较好的计算精度。最后开展了节点初始转动刚度的影响因素分析,结论表明:增大梁柱和连接端板厚度是提高节点初始转动刚度的有效手段。

腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架梁柱节点的试验研究

提出了一种腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架梁柱节点形式,并通过14个低周反复加载试验,对节点在循环荷载下的力学行为以及耗能特性进行研究,分析钢绞线预应力、螺杆预应力、梁端钢套、螺旋箍筋等参数对于节点性能的影响。试验结果表明,腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架梁柱节点具有震后自动复位、主体结构基本无损、耗能机制明确等优点。梁端的钢套避免了混凝土梁柱在相对转动时的局部受压破坏,而位于梁端腹板的摩擦装置则提供了良好的耗能能力。随着初始预应力的加大,节点的初始刚度、临界张开弯矩加大并具有更强的自定心能力;节点的耗能效果主要受摩擦力的大小控制,预应力螺杆的正应力越大,耗能效果越明显。为保证槽钢的传力和摩擦耗能效果,须加强柱预埋钢板在框架柱中的锚固。

后张预应力预制混凝土框架梁柱节点抗震性能试验研究

采用后张预应力筋将预制梁柱拼装在一起的连接方式属于延性连接,地震作用下塑性变形主要集中在连接部位,梁柱构件均保持弹性。采用这类连接的预制混凝土框架结构具有结构恢复性能好、耐久性好、有利于实现大跨度预应力混凝土框架结构的"梁铰耗能机制"等优点。为了研究其抗震性能,对4榀梁柱中节点进行低周反复加载试验。其中,2榀试件中预应力筋为有黏结,另外2榀预应力筋在梁端一定范围内设置为无黏结。试验结果表明,4榀试件的破坏主要集中在梁柱连接截面附近,梁柱构件本身及节点核心区破坏都比较轻微;与普通钢筋混凝土构件相比,试件滞回环面积较小,耗能能力较差,但残余变形较小,恢复性能较好;预应力筋在梁柱连接截面附近为无黏结的试件由于预应力筋没有达到屈服强度,耗能更小,恢复性能也更好;4榀试件最大楼层位移角介于0.359～0.439之间,大于我国抗震规范规定的框架结构最大弹塑性层间位移角限值,具有足够的变形能力。

腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架梁柱节点的理论分析

为减少钢筋混凝土框架在地震作用下的残余变形和损伤,提出一种新型的腹板摩擦式自定心预应力混凝土梁柱节点。其中,预制的钢筋混凝土梁柱通过无黏结预应力钢绞线进行拼接。当梁端弯矩超过节点的临界张开弯矩,梁柱接触面张开;震后,接触面在预应力的作用下重新闭合。梁柱的接触部位分别预埋钢套和钢板,以避免梁柱相对转动时混凝土的压碎。在梁端钢套的腹板处设置摩擦耗能件,从而可以在梁柱相对转动时耗散地震能。介绍腹板摩擦式自定心预应力混凝土梁柱节点的基本构造和受力特点,对梁端轴力、剪力、弯矩以及梁柱接触面张开后转动刚度的表达式进行推导,建立起梁端弯矩-相对转角关系的理论分析模型,并得到节点耗能系数和等效黏滞阻尼比的计算公式。理论分析结果与试验值吻合较好,为腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架的设计提供了依据和参考。

基于等效结构应力的钢框架焊接梁柱节点低周疲劳评估

在地震作用下钢框架梁柱焊接节点会发生低周疲劳现象,进而导致结构发生破坏。本文基于等效结构应力法提出一种高层钢框架梁柱焊接节点低周疲劳评估方法。首先,结合有限元多尺度模拟方法,建立包含翼缘及腹板焊缝细节的钢框架梁柱焊接节点多尺度模型。其次,利用不同单元尺寸多尺度模型,验证结构应力的网格不敏感特性,进而通过等效结构应力法评估钢框架梁柱焊接节点的疲劳寿命。结果表明,采用等效结构应力法可消除网格的敏感性,在往复荷载作用下,靠近工艺孔焊缝应力水平高于远离工艺孔焊缝,翼缘中心焊缝寿命最低,裂纹最先产生于翼缘焊缝中心处,评估方法为实际工程提供技术支持。

钢框架梁柱加强与削弱并用节点抗震性能分析

随着地震频繁发生,建筑物的抗震性能成为人们关注的焦点。在建筑设计中,钢框架结构是一种常用的结构形式,然而在实际应用中,钢框架结构的节点连接处容易出现破坏,影响建筑物的抗震能力。因此,对于钢框架结构的梁柱加强与削弱并用节点的抗震性能分析具有重要的意义。本文首先分析钢框架梁柱加强与削弱并用节点的设计原理,将对该结构的抗震性能进行分析,探究其在地震中的表现和优化方案,为建筑设计提供参考。

基于循环微孔扩张模型的预应力预制框架节点抗震性能分析

使用ABAQUS有限元软件分析装配式预应力框架梁柱节点抗震承载力,以研究不同影响因素对节点抗弯性能的影响。确定网格与单元划分建立装配式预应力框架梁柱节点有限元模型,运用包含累积损伤作用的循环微孔扩张模型对开裂情况实行模拟,通过用户子程序把循环微孔扩张模型嵌入有限元模型中分析节点承载力;设计实际试件受力试验以验证实际环境中节点抗震承载力情况;分析箍筋与配筋率对节点抗弯性能影响。试验表明:有限元计算结果与实际试验结果接近,有限元计算节点抗震承载力研究具有实用性;在低周反复荷载作用下初始预应力越高承载力越大;在一定范围内,箍筋配筋率越高节点强度越大,装配式预应力框架梁柱的抗弯性能越好。

钢框架预应力节点的介绍与分析

介绍了一种新的钢框架节点——预应力钢结构节点,该节点在顶底角钢连接的节点中增设了钢拉杆。钢拉杆与梁平行,并通过张拉钢拉杆使梁柱间产生预压力。试验研究表明:在往复荷载下,该节点的耗能由顶底角钢的非弹性变形提供,而钢拉杆和梁柱均保持弹性。该节点的主要优点是(1)拥有自定心(self-centering)的能力从而大大减小了在地震后的残余变形;(2)初始刚度较大与全焊接节点相似;(3)地震下破坏集中在节点的角钢处,地震后可以较方便地通过更换节点处的角钢来修复节点。

局部后张预应力装配式混凝土框架梁柱节点抗震试验研究

为进一步提高装配式混凝土框架的现场装配效率,提出了一种新型干湿混合式局部后张预应力装配式混凝土框架节点.在施工阶段,采用梁端局部后张预应力的干式连接形成无楼板的可承力框架结构,从而实现逐跨和立体交叉装配施工.在使用阶段,通过预制梁和预制板顶部后浇混凝土面层的湿式连接,形成干湿混合式连接的有楼板装配整体式框架结构.开展了4个预制和1个现浇足尺试件的低周反复荷载试验,对新型节点及可能影响节点性能的相关构造包括弧形预应力筋类型、预应力筋和叠合层纵筋的黏结方式、叠合层纵筋预留孔道内灌浆料类型进行了研究分析.试验结果表明:新型节点为梁端塑性铰破坏,满足强柱弱梁的设计原则;试验强度与理论值相符,具有较好的安全储备;与现浇节点相比,其极限变形能力较强,延性相当,因钢筋滑移的影响耗能较弱.

钢框架梁柱节点受力性能的非线性分析

对 4种构造形式的钢框架梁柱节点进行了非线性有限元分析 ,求得了其应力分布、塑性区分布及极限承载力 ,并对节点的力学性能进行了分析比较 ,结果与试验结果吻合较好。基于理论分析和试验研究 。

装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱连接节点抗震性能试验研究

提出了一种新型全装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱端板螺栓连接节点形式,在低周反复水平荷载作用下,进行了6个装配式预应力中间节点试件和1个现浇节点试件的对比试验,得到了试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化以及耗能能力等抗震指标,确定了该新型装配式梁-柱连接节点的抗震性能。试验结果表明,新型全装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱端板螺栓连接节点试件均实现了"强柱弱梁"的设计目标。试件的滞回曲线饱满,抗震性能良好,研究成果可为预制装配式框架在地震区的推广应用提供理论依据和技术支持。

钢框架梁柱加强与削弱并用节点抗震性能研究

1994年北岭地震和1995年阪神地震后,大量钢结构梁柱节点发生了脆性破坏,采取构造措施使塑性铰外移从而保护梁端焊缝成为震后改进钢框架梁柱节点的主要思想。将加强型和削弱型两种方式相结合,采用钢框架梁柱加强与削弱并用节点,对其中2类3种钢框架梁端加强与翼缘削弱梁柱节点进行了大比例尺试验和有限元分析。研究结果表明,3种钢框架梁端加强与翼缘削弱梁柱节点均实现了塑性铰外移,保护了梁端焊缝,具有良好的塑性转动能力和耗能能力。研究成果为该2类节点用于工程实际提供了参考。

可修复的装配式钢框架梁柱节点非线性静力分析

提出了一种可修复的装配式钢框架梁柱节点,通过改变翼缘连接盖板的厚度、中间排螺栓间距等参数,将塑性铰转移到连接区,从而利用翼缘连接盖板的变形来消耗地震能量,确保梁柱等主要构件保持在弹性范围内不发生破坏,震后只需更换翼缘连接盖板即可实现节点的快速修复。利用ABAQUS有限元分析软件对5个节点进行了数值模拟研究,获得了节点的承载能力、破坏模式、构件应力等,着重分析了中间排螺栓间距、翼缘连接盖板厚度等参数对节点关键力学性能的影响规律。结果表明:通过合理设计翼缘连接盖板厚度、中间排螺栓间距等相关参数既可保证节点承载能力,又能确保梁柱等主要构件不发生破坏,以实现节点的震后快速修复。

新型钢框架梁柱节点抗震性能试验研究

根据钢框架强柱弱梁的抗震设计原则,按照有效控制梁上塑性铰位置的思路,采用在梁腹板进行开孔削弱的节点形式促成塑性铰的形成,进行了反复荷载历程下的五组试件破坏试验,测试了构件相关的力学性能,探讨了梁柱节点的滞回性能及其极限承载力。结果表明,采用腹板开孔的构造形式,可以控制节点处的塑性铰形成位置,降低了连接焊缝发生脆性破坏的可能性,较大程度地改善了节点抗震性能。

钢框架梁柱栓焊节点的有限元分析

在用试验验证有限元计算精度的基础上 ,对钢框架梁柱栓焊节点的滞回性能进行了有限元分析 ,得到了连接处梁端截面应力分布 ,揭示了梁翼缘发生脆断的原因 ,指出了现行规范设计方法的不足之处及对此问题的展望。

节点域对钢框架梁柱连接受力性能的影响

在对30层钢框架进行预设计的基础上,选定梁柱栓焊连接试件进行有限元分析。经过对该连接试件及其节点域的滞回性能和应力分布进行有限元分析后得出,节点域具有非常稳定的非线性变形能力和耗能能力,对连接的塑性转动能力贡献较大。建议设计中允许节点域发生非线性变形,以降低对连接的塑性转动能力要求。节点域的剪应力在节点域中心最高,向四角逐渐降低,节点域剪切屈服后,几乎所有的柱轴力都转移到柱翼缘上。建议设计时选用翼缘宽大的柱截面,以保证柱翼缘能够承受因节点域剪切屈服而由柱腹板转移的压力。

厚板柱钢框架梁柱节点对断裂韧性的要求

为了研究厚板柱钢框架梁柱节点对材料断裂韧性的要求,进行了三维弹性和弹塑性断裂力学有限元计算.以裂纹尖端的应力强度因子KI和JI为评价指标,分析了焊接工艺孔形式、梁翼缘削弱或加强和初始裂纹位置等因素对梁柱节点断裂韧性的不同要求.结果表明:美国北岭地震后改进的焊接孔B对断裂韧性的要求最低,而我国《建筑抗震设计规范》规定的焊接孔D对断裂韧性的要求相对较高;与标准型节点相比,梁翼缘削弱或加强型节点能显著降低对断裂韧性的要求;当焊接高匹配时,热影响区裂纹比焊根裂纹更易于扩展,并导致节点的断裂破坏.钢框架梁柱节点断裂评估定量方法为节点防断设计中钢材与焊材的选材、焊接孔与节点形式的选用提供了参考.