复式钢管混凝土柱-H型钢梁节点抗震性能有限元分析

为研究梁翼缘宽厚比对复式钢管混凝土柱-H型钢梁节点的抗震性能的影响,运用ABAQUS有限元软件建立了4个有限元模型,对节点模型梁端施加低周往复荷载作用。结果表明,提高梁翼缘宽厚比能够提高复式钢管混凝土柱-H型钢梁节点的变形能力,并且随着翼缘宽厚比的增大,极限承载力和屈服荷载逐级增大,延性系数变化不明显,以及在大位移工况下,梁翼缘宽厚比对节点耗能影响较大。

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。

方钢管混凝土柱-H型钢梁节点研究

方钢管混凝土柱-H型钢梁节点的结构性能影响钢管混凝土结构在住宅建筑中的推广和应用。在总结方钢管混凝土柱-H型钢梁铰接、半刚接和刚接节点类型的基础上,对目前常用的内隔板节点和新提出的外肋环板节点进行了理论分析与试验研究。基于屈服线理论推导了内隔板节点强度的计算公式,提出了基于静力平衡理论的外肋环板节点的强度计算公式。结合工程实践对这两种节点进行了静力拉伸试验,分析了节点的破坏机制。借助于试件的应变测量,研究了节点的应变分布规律和应力传递机制,得到了荷载位移曲线、节点的屈服强度和极限强度。理论计算结果与试验值分析比较表明,填充混凝土的内隔板节点和外肋环板节点具有较好的刚度和延性。

方钢管混凝土柱-H型钢梁外肋环板节点研究

在分析方钢管混凝土柱-H型钢梁框架3种刚接节点的构造形式和特点的基础上,提出了一种新型刚接节点———外肋环板节点。以外肋环板节点梁翼缘受拉模型为对象,分析了节点的受力传力机理,并基于屈服线理论,推导出了梁翼缘受拉模型的屈服承载力计算公式,为这种新型节点今后的研究和工程应用提供了依据。

H型钢梁-方钢管柱节点加固方案对比分析

钢框架结构的梁柱连接一般采用刚接。由于工程中出现梁翼缘未焊接,而上部混凝土板已经浇筑完毕的情况,需要对连接进行加固。针对H型钢梁-方钢管柱节点,采用在梁柱间加焊连接板的加固形式,提出了3种加固方案。利用有限元分析软件ANSYS对3种加固方案进行分析,并与一般的刚接节点进行比较分析。结果表明:加固方案1和方案3均能满足原设计的刚度和强度要求,且方案3的加固效果更佳,其连接构造简洁,施工便利,综合效益好。

矩形钢管混凝土柱-H型钢梁边跨节点有限元分析

基于ABAQUS有限元软件,对空鼓下的内隔板式钢管混凝土柱-H型钢梁边跨节点进行数值分析获得试件的荷载-位移滞回曲线,通过与试验结果对比,二者吻合较好,验证了部件之间相互约束、接触作用、材料本构关系等设定的精确性和合理性。且又进一步模拟分析了空鼓占比大小及位置、内隔板厚等参数对存在空鼓的试件节点承载能力与抗震性能的影响规律,结果表明随着空鼓占比大小以及内隔板厚的增加,节点极限承载力会逐渐降低,此外钢管混凝土梁柱节点连接处的焊缝质量,对试件节点的抗震性能有较大的影响,通过上述模拟分析,为今后该类节点在实际工程中的应用提供了理论依据。

钢管混凝土柱-H型钢梁节点刚性研究

介绍了T型加劲方钢管混凝士柱-H型钢梁节点的传力机理及节点的设计概念，并借助目前通用有限元软件ANSYS建立实体模型分析了影响该节点刚度的主要因素，确定影响节点刚度的各参数对外部T型加劲节点刚度的影响规律。分析表明，外部T型加劲方钢管混凝土柱-H型钢梁节点并不是完全是刚接的，在梁端荷载作用下，梁柱之间存在着相对的转动；在所有的影响因素中，对节点刚度影响最大的是梁的截面高度，而钢管厚度和水平加劲板的宽度对节点刚度几乎没有影响。

方钢管混凝土柱-H型钢梁外环板节点抗剪性能研究

设计了3个方钢管混凝土柱-H型钢梁外环板节点试件,通过低周往复荷载试验,研究节点抗剪性能。根据试验现象和结果对节点破坏形式、梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线进行分析。结果表明试件全部发生核心区剪切破坏,主要特征为核心区钢管腹板撕裂,随着轴压比增加还出现了外环板与钢管柱焊缝断裂的现象。分析轴压比对外环板节点抗剪性能的影响,发现轴压比的增加对试件的抗剪承载力、延性以及耗能能力基本没有影响,但会增加节点初始刚度,加剧节点的刚度退化。根据Nishiyama和聂建国提出的节点承载力不同的计算方法,进行了理论值的计算,并与试验值进行了比较,结果表明极限承载力理论值吻合较好,屈曲承载力理论值偏于保守。

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。

方钢管柱-H形钢梁铸钢连接节点力学性能分析

为解决目前节点工艺中常见的构造复杂等问题,采用预制铸钢连接件代替方钢管柱-H形钢梁梁柱节点中的加强构件,形成梁柱铸钢连接节点.该简化节点具有施工方便、焊接热影响小等优点.基于变形协调原理提出方钢管柱-H形钢梁铸钢连接节点承载力理论,分析可知,梁柱铸钢连接节点所受荷载主要由铸钢连接件环板承担,钢管柱所承担荷载可忽略不计.基于拟静力数值分析可知,方钢管柱-H形钢梁铸钢连接节点往复加载后,节点域滞回曲线饱满,节点进入塑性后变形能力较强,并且有较好的延性和屈服后强度,有利于提高结构抗震性能,适用于地震区的框架结构.

方钢管混凝土柱与H型钢梁外环板刚接节点性能研究

通过对国标图集中方钢管混凝土柱与H型钢梁外环板刚接节点模型以及3组相应衍生模型的有限元计算分析,研究了外环板刚接节点在静力荷载下的受力性能以及影响节点刚接性能的各项因素.分析结果表明:现有标准节点偏于保守,外环板外伸宽度可减小约25%;增加外环板外伸宽度和增加外环板厚度均能提高节点弹性极限承载力,后者更加经济有效;随着钢柱壁厚的增加,柱角内侧环板应力增加,外侧环板应力减小,高应力区域向柱角内侧偏移,节点弹性极限承载力随板厚增加而提高,但增幅较小.有限元分析和近似试验结果比较表明,两者吻合良好,有限元分析能较好地模拟试验过程.

装配式矩形钢管柱与H型钢梁连接节点研究进展

装配式建筑结构与传统的建筑结构相比,可以实现工厂加工制作、现场快速施工安装、建筑垃圾回收、节约资源、保护环境和减少污染,是现代化建筑的发展方向,装配式钢结构符合建筑工业化,体现了绿色建筑的概念.针对装配式矩形钢管柱与H型钢梁连接节点,结合不同构造形式的装配式钢结构连接节点,介绍了该类梁柱连接节点的研究现状,提出了尚待深入研究和解决的问题.

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。

加强套板式方钢管柱-H型钢梁节点力学性能研究

钢结构具有力学性能好、施工周期短、建筑布局灵活等众多优点。同时,修建钢结构建筑也是推动建筑工业化转型升级,推广绿色建筑,解决目前国内钢铁产能过剩的有效途径。因此,对钢结构连接的研究具有重要意义。本文利用ABAQUS有限元分析软件对加强套板式方钢管柱-H型钢梁节点力学性能进行研究。结果表明:1)该种节点比加强环式节点更容易实现塑性铰外移,且节点滞回曲线饱满,表现出良好的力学性能;2)加强套板长度对节点破坏形态影响较大,对节点的极限承载力影响较小;3)加强套板厚度对节点破坏形态及极限承载力影响均较大。

柱截面改变时方钢管混凝土柱与H型钢梁节点性能研究

对国家标准图集中方钢管混凝土柱与H型钢梁外环板刚接节点及由其衍生的3种方钢管混凝土柱变截面节点,建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元模型,分析了4种形式节点在单调加载和低周反复加载时的受力性能,并研究了外环板宽度对节点力学性能的影响。结果表明:4种形式节点在单调加载时,受力性能差别不大;各节点模型滞回曲线比较饱满,具有较好的延性和耗能能力,没有明显的强度和刚度退化;随着外环板外伸宽度的减小,节点的弹性极限承载力相应降低,现有标准节点偏于保守,外环板外伸宽度可减小约25%。

方钢管柱-H型钢梁半刚性连接钢框架静力性能有限元分析

为了更好地研究新型方钢管柱-H型钢梁装配式节点框架的力学性能,在足尺寸节点试验和整体框架受力试验的基础上,通过有限元模拟研究了柱距、柱轴压比、梁上荷载分布形式三个整体参数,以及节点刚度对方钢管柱-H型钢梁半刚性连接钢框架静力性能的影响.结果表明:钢框架在柱距较大时节点区和框架柱可以保证更高的可靠度;轴压比对半刚性钢框架受力状态的影响主要集中在柱上,而对框架梁和节点区各部件的影响很小;框架梁承受跨中集中荷载时半刚性钢框架的内力和变形比承受均布荷载时要大;节点刚度对钢框架的变形和内力的影响有临界值.

方钢管柱-H形钢梁铸钢节点初始转动刚度研究

为研究方钢管柱-H形钢梁铸钢连接节点的初始转动刚度,本文在基于变形协调原则的节点承载力理论的基础上,采用变形叠加方法,提出梁柱连接铸钢节点初始转动刚度理论,并推导了初始转动刚度公式.由初始转动刚度理论及公式可知,影响节点初始转动刚度的主要因素是钢管柱尺寸以及梁的高度等.通过改变柱壁厚等参数对5个足尺试件进行分析,其初始转动刚度的试验结果、数值模拟结果与公式计算结果吻合较好,验证了初始转动刚度理论及公式.分别选取钢管柱外径为200,mm、250,mm、300,mm,钢管柱壁厚为8,mm、10,mm、12,mm,铸钢连接件环板高度为35,mm、40,mm、45,mm,H形钢梁梁高为194,mm、219,mm、244,mm,铸钢节点所在层层高为3,000,mm、4,000,mm、5,000,mm,采用ABAQUS软件进行参数化数值分析.参数化数值模拟结果与初始转动刚度公式计算结果吻合较好,其比值在0.895~0.958之间,进一步验证了初始转动刚度理论及公式的有效性.

加强板作用下方钢管柱H型钢梁节点抗震性能研究

梁柱焊接节点在地震作用下易发生脆性破坏。为探究节点处增设加强板对其抗震性能的影响,基于方钢管柱与H型钢梁焊接节点,通过数值模拟不同节点模型在梁端往复荷载作用下的受力性能,得到不同加强板厚度、强度、方钢管宽厚比下的滞回曲线、骨架曲线及其变形规律。结果表明:节点处增设加强板时,节点的承载力提高了124%,塑性铰外移;对节点受力性能影响较大的是加强板厚度,节点破坏时塑性铰位置随加强板厚度增大逐渐背离加强板向外,当加强板厚度为8 mm时,节点更容易发生破坏,破坏形式为加强板出现扭曲破坏;加强板强度越大,加强板应力集中区域面积越小,抵抗变形能力越强;节点承载能力随着方钢管宽厚比的增大而逐渐减小,其中宽厚比每增加1 mm,承载力降低4024 N。表明该节点形式受力性能较好,满足抗震设计规范中的“强节点、弱构件”要求。

无内加劲肋扁钢管柱⁃H型钢梁单边螺栓连接节点受力性能试验研究

扁钢管柱短边截面尺寸较小,柱内加劲肋可开孔的长度有限,易造成混凝土浇筑时发生堵塞,且存在难以振捣密实的问题。为研究不设内加劲肋的扁钢管柱⁃H型钢梁加强节点的受力性能,设计4个不同连接方式、不同构造的足尺钢管柱框架边节点,并进行单调加载试验。分析各节点的破坏模式、节点刚度、承载能力、变形能力及关键部位的应力特征。结果表明:采用单边螺栓结合端板连接扁钢管柱⁃H型钢梁的节点均发生梁端塑性铰破坏,连接方式符合强节点弱构件的抗震要求;无内加劲肋的焊接和端板连接形式节点受力性能较差,需要采用加强措施;在钢柱节点区域内壁或外侧贴板可以明显改善无内加劲肋扁钢管柱⁃H型钢梁节点的承载力、刚度和延性,两种加强方式受力性能差别不大,可以根据实际需要进行选择。

钢管混凝土柱与型钢梁装配式节点抗震试验

为了研究一种新型钢管混凝土柱与型钢梁装配式节点的抗震性能,对不同参数的节点进行低周往复循环加载试验.节点均经历弹性、塑性和极限破坏三个阶段,且为环板与钢梁翼缘的连接处破坏.对比分析表明:节点的轴压比越大,承载力越低;环板越宽,承载力越高;方形环板比圆形环板承载力更高;垫板对节点试件的承载力有提高作用.钢管混凝土柱与型钢梁装配式节点设计合理、传力明确、承载力高、构造简单、施工方便,是一种值得推广的组合装配式节点形式.