基于非线性有限元的房屋建筑钢梁节点受力极限研究

为解决传统房屋建筑钢梁节点受力极限分析残差高的问题,基于非线性有限元分析房屋建筑钢梁节点受力极限。基于非线性有限元分析,模拟房屋建筑钢梁节点受力数值,通过建立房屋建筑钢梁节点受力应力-应变关系,运用非线性有限元分析房屋建筑钢梁节点受力规律,得出房屋建筑钢梁节点受力极限。设计实例分析,结果表明:设计方法分析残差明显低于对照组,能够解决传统房屋建筑钢梁节点受力极限分析残差高的问题。

几类方钢管柱-H型钢梁节点力学性能对比

钢结构具有力学性能好、建筑布局灵活、施工周期短等众多优点。同时,大力发展钢结构建筑也是推动建筑工业化转型升级,推广装配式建筑,解决目前国内钢铁产能过剩的有效途径。因此,对于钢结构连接的研究具有重要意义。本文利用ABAQUS有限元分析软件对方钢管柱-H型钢梁节点中的加强套板式节点、加强环式节点、狗骨式节点、普通节点在往复荷载下的力学性能进行了对比研究。结果表明:加强套板式节点破坏形态为梁端塑性铰破坏,塑性铰出现在距柱表面75~175 mm距离处;加强环型节点破坏形态为节点核心区剪切破坏;狗骨式节点破坏形态为梁端塑性铰破坏,塑性铰出现在梁截面削弱处;普通节点为节点域柱表面变形破坏。加强套板式节点、加强环式节点、狗骨式节点、普通节点滞回曲线呈饱满的梭形,均具备良好的力学性能。狗骨式节点因梁截面进行过削弱,其极限承载力最小;加强环节点因加强环的加强作用,又是柱节点域剪切破坏,其承载力明显大于其它节点。

CFRP-钢管混凝土柱钢梁节点的发展概况

在工程中应用钢管混凝土组合结构能有效发挥出各类型材料的优点,并且能避免单一材料缺点带来的不良影响。随着工程结构面向高层、大跨度及重载等方向发展,对钢管混凝土结构性能的要求不断提高,希望能够在保持结构性能不变的基础上减少钢的使用量,并且希望钢管混凝土结构本身可以更加轻便、截面面积更小。在这样的情况下,CFRP-钢管混凝土结构在工程中的应用越来越广泛,工程质量得到显著提升。基于此,本文对CFRP-钢管混凝土柱钢梁节点的发展概况进行简要分析。

复式钢管混凝土柱-钢梁节点的抗震性能有限元分析

复式钢管混凝土柱具有较高的抗压承载力,在强地震作用下具有很好的防倒塌能力,已广泛用于大跨度桥梁和超高层房屋建筑中。基于复式钢管混凝土柱-钢梁节点的试验研究,合理选择材料本构关系、破坏准则,采用ANSYS软件建立了有限元模型,以研究该类节点在低周往复荷载作用下的抗震力学性能。有限元模拟得到的滞回曲线及骨架曲线与试验结果吻合较好,从而验证了有限元模型的合理性。在此基础上,分析了钢梁及内外钢管在受力过程中的应力分布,探索了此类节点的传力机制及最终破坏形态;最后对该类节点进行参数分析,研究了钢梁强度等级、外方钢管柱强度等级、外方钢管柱壁厚及复式钢管混凝土柱轴压比对节点受力性能的影响,供此类新型节点的试验设计及工程应用参考。

劲性柱-钢梁节点拟静力试验研究

本文主要研究劲性柱-钢梁节点的受力性能,对劲性柱-钢梁节点进行拟静力试验研究。通过中柱节点和边柱节点的拟静力试验,分析了劲性柱-钢梁节点在模拟地震作用下的破坏形态、承载力、延性、滞回特性等,初步探讨了劲性柱-钢梁节点的抗震性能。

火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

通过2个火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点以及1个常温下型钢混凝土柱-钢梁节点的低周反复加载试验对比,研究火灾作用及受火时间对型钢混凝土柱-钢梁节点的抗震性能的影响。结果表明:火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点的破坏形态与常温下的基本相似。由于核心型钢的抗剪作用,火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点的最大承载力变化不大,但与最大荷载对应的位移增加,试件的刚度减小,后期变形能力减弱。与常温下的试件相比,火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点的延性与耗能能力降低,且随着受火时间的增加,降低程度增大,但总体而言,试件的位移延性系数和等效阻尼比仍能维持较高水平,火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点的抗震性能仍较好。

复式钢管混凝土柱-钢梁节点累积耗能性能研究

为研究外方内圆复式钢管混凝土柱-钢梁节点的累积耗能性能,对6个组合节点试件和1个方钢管混凝土柱-钢梁节点对比试件进行了低周往复荷载作用下的试验研究和参数分析,探讨了节点的各项耗能指标及影响参数。结果表明:此类组合节点试件具有良好的滞回耗能能力,其中锚固腹板加肋和竖向肋板外伸长度120mm的节点试件累积耗能能力较好,且累积损伤对节点滞回耗能影响不明显;其余节点试件的梁端位移角达到1/23时,试件开始有累积损伤,滞回耗能下降幅度不超过10%,累积损伤对其影响不严重;复式钢管混凝土柱-钢梁节点的累积耗能各项指标均优于方钢管混凝土柱-钢梁节点;节点试件的累积耗能随着梁柱弯矩比的增大而有所提高,随竖向肋板外伸长度和梁柱线刚度比的增大也有所提高,但有一定限值。

方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

基于非线性和再生混凝土损伤因子的塑性损伤本构,建立了外加强环全焊接刚性连接、外套管式端板连接半刚性连接以及顶底角钢全螺栓连接半刚性连接3种形式的方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析了各模型的抗震性能。结果表明:在低周循环加载下,柱内含有支撑骨架且没有穿柱构件时,有利于提高节点域核心再生混凝土的整体性,受力简单;采用外套管约束节点域,核心再生混凝土的应力、应变较小,有利于再生混凝土耐久性的提高;在相同轴压比、梁柱线刚度比的情况下,外加强环全焊接刚性节点承载能力和滞回耗能能力较高,但延性相对较差;顶底角钢全螺栓连接半刚性节点承载能力、滞回耗能能力相对较低,延性较好;外套管式端板连接半刚性节点的极限承载力、滞回耗能能力和延性性能都有良好的表现;在此基础上,对外套管式端板连接半刚性节点进行了荷载-位移影响参数分析。结果表明:轴压比在弹性阶段对节点的影响不大,在进入屈服和塑性强化阶段,随着轴压比的增高,节点的极限承载力和延性下降;在强柱弱梁的前提下,梁柱线刚度比的增加有利于节点弹性刚度和水平极限承载力的提高,屈服后梁柱线刚度比对节点刚度退化影响不大;钢材屈服强度影响主要体现在节点的极限水平承载力上;再生骨料取代率对节点的延性性能稍有影响;外套管和端板的厚度变化在一定范围时对节点的弹性刚度和极限承载力有一些影响,但增幅随着厚度的增加越来越小。

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱-钢梁节点的静力性能

目的通过研究找出两类内置CFRP圆管方钢管高强混凝土柱-钢梁节点在单调荷载作用下的传力机制和破坏模态.方法设计了一栋采用内置CFRP圆管的方钢管混凝土柱的5层框架结构,利用有限元软件ABAQUS建立了三维有限元模型,对两类节点进行了单调荷载作用下的模拟分析.结果外加强环式节点的梁端弯矩主要通过柱角附近的水平环板和柱两侧外伸环板传递给柱壁和核心混凝土,水平环板有效宽度大约为0.5倍的柱宽度.外肋环板式节点的极限位移均大于外加强环式节点,尤其是外肋宽度大于40 mm时更为明显.外肋环板式节点的极限承载力也高于外加强环式节点.结论设计节点的破坏主要原因是环板和钢梁翼缘交接位置出现局部屈曲,节点的极限承载力取决于梁的抗弯承载力,变截面位置作为整个节点危险部位,在设计中应进行计算和校核.

冲击荷载下矩形钢管混凝土柱-钢梁节点受力性能数值模拟

为研究矩形钢管混凝土柱-钢梁节点在冲击荷载下的力学性能,在总结归纳相关文献的基础上,选取合理的模型尺寸和本构关系,利用有限元软件ABAQUS对落锤冲击荷载下的钢管混凝土柱-钢梁节点受力性能进行数值模拟。通过设置接触对用来考虑钢管壁与混凝土间的粘结滑移效应,采用面面接触方式模拟冲击体与构件之间的接触作用,利用接触应力法对试件的动力响应进行分析,最终获得试件冲击力时程曲线和核心混凝土的应力云图;同时,考虑混凝土损伤塑性对节点核心区应力变化的影响。研究表明:冲击力峰值的计算值与理论值吻合较好,考虑混凝土损伤塑性可以提高数值模拟精度。

方钢管混凝土柱-钢梁节点静力性能试验研究

通过对4个隔板贯穿式方钢管混凝土柱-钢梁连接节点试件的静力性能试验研究,揭示此类节点的受力机理和破坏形态,探讨梁端翼缘两侧的侧板、钢管柱的宽厚比以及隔板的外伸长度等因素对节点承载力和传力机理的影响.试验结果表明,该类节点具有受力明确,传力途径清晰的特点;宽厚比的改变对节点承载力的影响不大,但对于节点板剪应变的影响较大;梁端翼缘两侧增加侧板可以减缓隔板与梁相交的角隅处应力集中现象,使塑性铰出现梁上,远离脆弱的梁端焊接区,提高了节点的延性.

牛腿外加强环-钢管煤矸石混凝土柱与钢梁节点的试验研究

目的研究牛腿外加强环—钢管煤矸石混凝土柱与钢梁节点的抗震性能.方法制作了钢管煤矸石混凝土柱与钢梁连接节点—牛腿外加强环节点,进行了低周反复荷载作用下的加载试验及理论分析.结果试验测试了梁端的位移、转角及柱子、加强环、钢梁、牛腿各关键点的应变,分析了它们结构形式在一定轴压比下的滞回性能、破坏机理与破坏特征.计算出了延性系数为5.3、耗能比为0.891.结论牛腿外加强环—钢管煤矸石混凝土柱与钢梁连接节点具有优越的抗震性能.

混凝土结构化学植筋安装钢梁节点板受力性能试验研究

提出了在混凝土结构上化学植筋,再通过塞焊和灌浆安装钢梁节点板的新方法。为了解施焊温度对化学植筋锚固强度的影响,现场进行了2组共4个节点板的抗剪承载力试验。结果表明,混凝土结构上通过化学植筋再塞焊安装的钢节点板的受力性能令人满意,其承载力能够满足设计要求。

盖板式外加强环圆钢管柱-H形钢梁节点抗震性能的有限元分析

为研究盖板式外加强环圆钢管柱-H形钢梁节点的破坏特征和抗震性能,设计了柱径厚比、柱环径厚比、柱梁径宽比及梁腹板高厚比四类参数,通过ABAQUS软件对其进行有限元分析,探讨各参数对节点破坏模态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性性能及耗能能力的影响。结果表明,该类节点破坏模态受各参数变化的影响,在节点核心区剪切破坏和梁端塑性铰破坏之间转变;节点的滞回曲线饱满,具有较好的延性和较强的能量耗散能力;骨架曲线、刚度退化受柱径厚比的影响显著;节点的极限承载力随着柱径厚比、柱梁径宽比及梁腹板高厚比的减小均有不同程度的提高。

新型矩形钢管混凝土柱-H钢梁节点性能研究

对某钢结构住宅项目中应用的A型方钢管混凝土柱-H型钢梁节点展开研究,对其微改进后得B型节点。考虑不同轴压比,Abaqus建模分析两者在低周往复荷载作用下节点的滞回性能、刚度强度特征、应力分布及破坏形态,考察了不同截面的钢梁与钢柱组合对节点性能的影响,分析表明两类节点滞回曲线饱满,耗能性能良好,强度刚度特征相仿,应力分布及破坏形态符合抗震设计中“强节点、弱构件”的概念要求,都能应用于实际工程,但B型节点在加工制造、材料节约和建筑适用性上更好。

穿心构造的钢管混凝土柱–钢梁节点抗连续性倒塌性能分析与评估

火灾、爆炸、撞击等突发事件可能造成建筑物发生连续性倒塌,二十世纪以来,随着国际上恐怖活动逐年增多,各国专家学者开始重视建筑防倒塌规范的制定和结构抗连续性倒塌性能的研究。目前,钢管混凝土柱–钢梁外环板式节点已被广泛应用于工程实例中,但其因在钢管外壁焊接外加强环板占用大量建筑空间,影响建筑物使用功能,而钢管混凝土柱–钢梁穿心式节点即钢梁整体或部分穿过钢管及钢管内填充的混凝土,大大节省建筑使用空间。为研究穿心型钢管混凝土柱–钢梁节点在连续性倒塌工况下的机制,利用ABAQUS有限元软件建立5个穿心构造的钢管混凝土柱–钢梁节点及1个全焊接节点模型,考察节点在连续倒塌工况下的抗力机制、变形模式及内力变化,并评估其节点的抗连续倒塌能力。结果表明:穿心型钢管混凝土柱–钢梁节点的连续倒塌破坏模式可分为钢梁倒塌破坏模式和柱壁倒塌破坏模式两种类型,柱壁倒塌破坏虽有更好的延性及承载力,但钢管壁鼓曲具有不稳定性。节点的竖向承载力主要由抗弯机制及悬链线机制提供,其中抗弯机制提供前期抗力,悬链线机制决定后期极限承载力。新型穿心构造的钢管混凝土柱–钢梁节点具有良好的抗连续倒塌能力,其节点抗连续倒塌性能评估指标高于其余钢梁倒塌破坏节点。

强梁弱柱型钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

以柱梁强度比为控制指标,设计了5个强梁弱柱型方钢管混凝土柱-H型钢梁节点,对其进行低周反复荷载试验,考察轴压比、含钢率及节点形式对该类节点抗震性能的影响。结果表明:各试件均在柱端出现塑性铰,极限柱转角均值介于1/34~1/18之间,抗倒塌能力强;边柱节点易发生焊缝破坏,中柱节点的抗震性能优于边柱节点;含钢率越大,轴压比越小,滞回曲线越饱满,承载力退化与刚度退化越慢,延性性能与耗能能力越好;轴压比对抗震性能的影响比含钢率的影响更明显;用我国规范和规程规定的方法验算了方钢管混凝土柱的试验承载力,规范和规程的计算结果偏于安全;对规程的压弯构件承载力计算公式进行了修正,可为规程的修订提供参考。

方钢管混凝土柱—钢梁节点抗震性能数值分析

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作了两类带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点,即栓焊连接和全对焊连接。建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,通过低周反复加载有限元分析,研究两类节点的抗震性能,并对两类节点的滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能指标等进行对比分析。结果表明:栓焊连接节点由于螺栓的滑移致使节点的刚度较全对焊连接节点小,螺栓的滑移导致节点的屈服荷载较全对焊节点低,且全对焊节点与栓焊连接节点相比,承载力较大;两类节点滞回曲线均比较饱满,具有较好的耗能性能,由滞回曲线分析得出的耗能指标均满足结构抗震设计的要求,且全对焊连接节点的耗能能力大于栓焊连接节点的耗能能力,抗震性能优于栓焊连接节点。为钢管混凝土结构设计提供了理论依据。

方钢管混凝土柱—钢梁节点受力性能影响因素数值分析

针对带内隔板的方钢管混凝土柱—钢梁节点的具体情况,建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,研究节点在单调加载和低周反复加载作用下的受力机理,着重分析了钢材强度、混凝土强度等级变化、轴压比大小等因素对节点单调加载和低周反复加载下受力性能的影响,为该节点设计提供理论依据。

火灾下钢管混凝土柱钢梁节点的力学性能研究

基于火灾下钢管混凝土柱的有限元与试验结果对比分析,确保了建立模型的正确性。在此基础上在梁柱节点加轴向荷载和水平荷载,其大小为常温下承载力的20%,40%,60%和80%,然后采用标准升温曲线ISO-834对节点进行升温,直至节点不再能够继续承载。最后通过节点破坏模态与曲线图,分析火灾下钢管混凝土梁柱节点的力学性能,得出一些有意义的结论。