槽钢加强钢梁腹板开圆孔梁柱节点滞回性能数值模拟分析

为解决钢梁腹板开圆孔型节点开孔处抗震承载力不足、受力变形过大等问题,提出了在钢梁腹板孔洞区域设置开孔槽钢的加强方法,并以槽钢弧形削弱位置rl、削弱深度c、槽钢厚度t、槽钢材性m为主要参数,设计了15个节点模型。运用有限元软件ANSYS模拟分析了循环荷载作用下各模型的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化情况及耗能能力。结果表明:在梁腹板开孔处设置槽钢后,节点的极限承载能力、初始刚度、耗能能力较未加强节点均大幅度提升;槽钢上下翼缘及腹板进行适当弧形削弱的节点较未削弱或削弱不当的节点,其后期刚度退化速率较小,滞回曲线更加饱满,总能量耗散系数最大;槽钢削弱位置rl和削弱深度c相同的节点的承载力、初始刚度、耗能性能均随着槽钢厚度t的增加而增加;槽钢的强度等级高于钢梁强度时,节点在峰值位移阶段的耗能能力显著降低。

梁腹板开圆孔钢框架梁柱节点的性能研究

梁腹板开圆孔节点是根据地震作用下钢框架梁柱节点可能产生脆性破坏的现象而提出的一种新型削弱型节点,该节点兼备提高建筑净空的优点,并不增加施工难度。在梁腹板上开设孔洞,不会影响梁的整体稳定性,只会影响梁的局部稳定性,并且由于梁翼缘参与抗剪比重增大,其抗剪承载力也不会发生较大幅度的下降。对梁腹板开圆孔节点进行的有限元分析表明:在适当位置开设一定大小的圆孔,可以首先在梁削弱截面处会形成空腹梁机制(Vierendeel mechanism),迫使塑性铰出现在梁上削弱部位,远离梁根部节点焊缝区,并且节点承载力不发生显著下降。节点实验的结果与有限元分析相吻合,即梁柱连接焊缝的脆性断裂是传统节点的主要破坏形式,而削弱处形成的空腹梁机制是导致梁腹板开圆孔节点破坏的原因,如果开孔合适,腹板开孔节点的各项性能指标下降幅度很小(5%以内),但可确保塑性铰产生在梁上。根据梁腹板开圆孔节点不同的受力状态可以将梁段划分为三种区间,即格构式梁段、过渡段和实腹式梁段,如果腹板所开圆孔合适,过渡段会先形成空腹梁机制,并满足预期的设计目标。

考虑组合效应的梁腹板开圆孔型节点抗震性能试验研究

为考察楼板组合效应对腹板开圆孔节点滞回性能、破坏机理、塑性铰形成位置的影响,设计并完成考虑组合效应的梁腹板板开圆孔型节点足尺试件的拟静力试验。通过试验现象,阐述试验试件破坏全过程,揭示该类节点的破坏机理。基于ANSYS分析平台,建立试验试件的有限元模型,数值模拟结果与试验结果的对比验证了有限元分析方法的合理性。结合以往试验获得数据,建立考虑组合效应开圆孔、不考虑组合效应开圆孔、不考虑组合效应不开圆孔等3种节点对比模型,讨论楼板组合效应对节点破坏形式、滞回性能、塑性区分布的影响。研究结果表明,组合效应对腹板开圆孔节点的性能影响不可忽略;选择合理的削弱参数,梁腹板开圆孔型节点可以达到塑性铰外移的效果。

组合效应对梁腹板开圆孔节点抗震性能的影响因素分析

钢-混凝土组合梁在当前钢框架结构中已经得到了广泛的应用,但是在钢框架结构的节点设计中一般都忽略了混凝土楼板对节点承载力性能的影响。考虑混凝土楼板后,利用有限元软件对剪力连接件的滑移、组合效应等因素对标准型组合节点和腹板开圆孔型组合节点承载力性能的影响进行分析和讨论;研究腹板削弱半径和离柱表面距离两个参数对节点塑性铰位置的影响;比较在是否考虑楼板情况下,节点塑性发展的区别。分析结果表明,在研究腹板开圆孔梁柱节点抗震性能时,应考虑混凝土板的组合效应。

梁柱弱轴连接腹板开两半圆孔型节点的滞回性能分析

提出了一种钢框架梁柱弱轴连接梁腹板开两半圆孔型节点(简称TSCV),首先运用有限元软件ABAQUS对已有的削弱型梁柱弱轴连接节点试验进行模拟分析,验证了有限元建模方法的有效性,然后对TSCV节点进行了系列参数分析,主要考虑的参数包括两个半圆孔之间未削弱的高度H、开孔中心距离柱翼缘边缘的距离L,及开孔半径R。结果表明:TSCV系列加载点的荷载-位移滞回曲线均呈饱满的梭形,该类型节点具有良好的耗能性能;改变该类型节点的3个关键参数对其初始刚度基本没有影响;随着H的增大,节点的承载能力逐渐小幅提高,梁截面的屈曲变形位置逐渐向梁柱连接处靠近;随着L的增大,节点的承载能力基本没有变化,塑性铰逐渐由梁柱连接处外移,当L达到一定值时,靠近梁柱连接处的梁翼缘也出现屈曲变形;随着R的增大,节点的承载能力逐渐减小,屈曲变形逐渐由梁柱连接处向削弱处发展;综合其受力性能和塑性应变分布,建议H取为0.25hbw,L取为(1.14~1.31)hb,R取为(0.35~0.38)hbw,hb和hbw分别为钢梁高度和梁腹板高度。

梁腹板开圆孔节点的组合效应影响研究

考虑混凝土楼板后,利用ANSYS分析了梁腹板开圆孔梁柱节点的应力应变分布,节点塑性区的分布及发展过程;比较了在考虑楼板及不考虑楼板情况下,节点受力性能的区别;研究了腹板削弱半径和离柱表距离两参数对节点的影响。分析结果表明,在研究腹板开圆孔梁柱节点抗震性能时,应考虑混凝土板的组合效应。

梁柱弱轴连接腹板开两半圆孔型节点的滞回性能分析

提出了一种钢框架梁柱弱轴连接梁腹板开两半圆孔型节点(TSCV),首先运用有限元软件ABAQUS6.14-1对已有的削弱型梁柱弱轴连接节点试验进行模拟分析,验证了本文有限元建模方法的有效性之后,对TSCV节点进行了系列参数分析,主要考虑的参数包括两个半圆孔之间未削弱的高度H、开孔中心距离柱翼缘边缘的距离L,及开孔半径R。结果表明,TSCV系列加载点的荷载-位移滞回曲线均呈饱满的梭形,该类型节点具有良好的耗能性能;改变该类型节点的3个关键参数对其初始刚度基本没有影响;随着H的增大,节点的承载能力逐渐小幅提高,梁截面的屈曲变形逐渐向梁柱连接处靠近;随着L的增大,节点的承载能力基本没有变化,塑性铰逐渐由梁柱连接处外移,当L达到一定值时,靠近梁柱连接处的梁翼缘也出现屈曲变形;随着R的增大,节点的承载能力逐渐减小,屈曲变形逐渐由梁柱连接处向削弱处发展;综合其受力性能和塑性应变分布,建议H取为1/4hbw,L取为(1.14~1.31)hb,R取为(0.35~0.38)hbw,hb和hbw分别为钢梁高度和梁腹板高度。

基于MIDAS/Gen的钢梁腹板开洞及补强受力分析

针对钢梁腹板不同开洞类型以及多种补强构造,采取MIDAS/Gen有限元建模分析了开洞局部应力的分布特点,指出菱形和圆形开洞应力较小以及补强措施减少了开洞边缘应力,同工程应用比较进一步证实了MIDAS/Gen在节点细部分析中的适用性。

腹板开洞的装配式RCS节点抗震性能

提出一种腹板开洞的装配式RCS连接节点,可方便设备管线的通过、节省钢材,并更好实现“强柱弱梁”的设计原则。采用经验证的有限元方法对所提节点进行往复荷载作用下的抗震性能分析,探究孔洞半径、开洞净间距对节点抗震性能的影响。分析结果表明基于钢梁腹板开洞的装配式RCS节点具有较好抗震性能;与此同时,钢梁腹板开洞可使钢梁本身应力分布更加均匀、各部件损伤更小,有利于“强节点、弱构件”抗震设计原则的更好实现;建议在钢梁两端截面高度范围内不设洞口的前提下,腹板上开设直径小于梁截面总高度36%的圆形洞口,洞口的开设对节点的力学性能影响较小。

采用腹板开圆孔梁柱节点的钢框架足尺模型抗震性能试验研究

腹板开圆孔节点是一种新型削弱型节点,文中介绍了采用腹板开圆孔节点的钢框架足尺模型拟动力、拟静力试验,其中拟动力试验主要是研究钢框架的地震响应,拟静力试验主要考察结构的破坏形式。试验结果表明试验模型能够满足现有规范的相关要求,并没有因为腹板开圆孔节点的使用而降低结构的整体性能。测得的梁翼缘板应变分布规律说明由于腹板开圆孔削弱,塑性区外移到梁削弱处,随着地震输入能量的增加,削弱处的应变也急剧增加。在拟静力试验中腹板开圆孔节点的破坏形式是削弱处梁翼缘、腹板的局部变形;而传统全焊型节点,塑性区始终处于梁柱连接处,其破坏形式可能是梁柱连接焊缝的断裂。通过试验实测结果与数值分析结果的对比可以看出,在弹性阶段,采用腹板开圆孔节点的钢框架与等截面传统钢框架的地震响应相差很小,但进入塑性后,两者差异增大,有必要对腹板开圆孔节点的动力简化模型进行研究。

蜂窝钢梁和腹板开孔钢梁框架梁柱节点抗震性能有限元分析

应用ABAQUS有限元分析软件,考虑了几何非线性、材料非线性、接触非线性、包辛格效应、焊缝缺陷、高强螺栓的预拉力等多种因素的影响,对蜂窝钢框架梁柱节点和腹板开孔钢框架梁柱节点的承载能力、破坏模式、延性性能和耗能能力进行了分析。研究表明:普通蜂窝钢梁柱节点的延性较差,故其不适宜直接用于抗震结构中;腹板开孔钢梁框架通过调整钢梁孔洞大小和孔洞间距可以有效地改善梁柱节点的延性性能和耗能能力并应用于抗震结构中。上述初步分析结论需要进一步通过试验验证。

削弱型钢框架梁柱节点研究现状

指出加强型节点和削弱型节点是目前实现延性钢框架的主要措施,重点介绍了两种削弱型节点:狗骨式节点和腹板开圆孔型节点,分别描述了两种节点的结构形式、受力特点、削弱参数及抗震性能,以期指导实践。

融科智地联想园区B座综合办公楼结构设计

北京融科智地联想园区B座综合办公楼分为主楼、裙楼和纯地下室,主楼建筑高度为77.4m,采用钢框架-混凝土核心筒混合结构体系。为增加建筑使用面积和实现外立面效果,主楼外框架柱采用斜柱,沿平面外围布置。主楼基础采用CFG桩复合地基,根据变刚度调平的设计方法进行设计。为便于布置相关管线并实现净高要求,在连接内筒和外框架的钢梁腹板上开洞,对开洞后钢梁的抗弯刚度和应力进行了有限元分析。对地下中庭36m×36m大跨钢结构顶盖进行了方案比选,采用实腹式钢梁方案,经济合理。地下钢管混凝土柱和混凝土梁采用混凝土环梁连接节点,受力性能可靠、施工效果好,为同类工程的节点设计提供了很好的示范。