新型分层装配式节点钢框架地震易损性分析

为提高装配式钢框架的装配效率,结合节点抗震性能要求,提出一种新型全螺栓分层装配式节点。对新型和传统两类节点进行抗震性能试验研究,并把节点参数引入整体框架模型中,采用SAP2000建立两类框架模型并进行增量动力分析。考虑基于层间位移角的单参数损伤模型和基于变形与累积耗能的双参数损伤模型,定义结构性能水准限值并划分破坏等级,对结构进行地震易损性分析。结果表明:在单、双参数损伤指标下,新型节点框架的易损性曲线都包络于传统节点钢框架的易损性曲线内,且新型节点框架的抗倒塌储备系数更大,说明采用新型节点能降低结构在各破坏状态下的失效概率,提高框架的抗倒塌能力;在LS1、LS2极限状态下结构基于单参数损伤指标的峰值加速度中位值比基于双参数损伤指标下的峰值加速度中位值小,在LS3、LS4极限状态下则相反,说明累积耗能对结构抗震性能评估影响明显,结合双参数损伤指标能更好地预测结构的损伤程度;新型节点框架在单、双参数损伤模型下的倒塌储备系数均高于传统框架,说明新型框架的抗倒塌储备能力更高,有利于结构抗震。

基于新型耗能板提升钢框架节点抗震和抗连续倒塌能力

针对全焊节点在地震和连续倒塌条件下有限的抗倒塌能力,该文基于新型耗能板对其进行改进提升。首先通过试验、数值模拟和理论分析相结合的方法揭示了新型耗能板在单调荷载和循环荷载作用下的力学性能;进而通过新型耗能板与节点在地震作用和连续倒塌条件下的协同作用,给出了新型耗能板节点的设计方法。结果表明:新型耗能板在单调和循环荷载作用下的力学性能不同,在单调荷载作用下表现为受拉破坏,在循环荷载作用下表现为剪切破坏;通过算例分析表明,新型耗能板节点的抗震与抗连续倒塌设计方法是合理的;新型耗能板全焊节点在地震和连续倒塌条件下主要经历双塑性区域形成阶段和硬化阶段,其中新型耗能板全焊节点的抗震和抗连续倒塌性能的差异主要体现在硬化阶段;新型耗能板的增加可同时有效提高全焊节点在地震和连续倒塌条件下的承载力、变形和耗能能力。

四川大学博物馆结构设计重难点分析研究

四川大学博物馆采用钢框架结构体系,并设置屈曲约束支撑改善结构的抗震性能。介绍了四川大学博物馆的结构设计参数及抗震性能目标。针对结构设计中的重难点,开展了屈曲约束支撑的工作机理分析、框架柱计算长度与穿层柱分析、东侧大悬挑空间的相关分析。利用反应谱分析及时程分析探究了屈曲约束支撑工作机理,分析结果表明,屈曲约束支撑能够有效改善钢结构产生塑性铰的状况,起到保护主体钢框架的作用。针对东侧大悬挑空间的功能要求,设计采用了屋顶桁架结合钢拉杆吊挂东侧大楼梯的结构形式,通过结构防连续倒塌分析、楼板应力分析、楼盖舒适度分析、关键节点有限元分析等确保该部位结构设计安全合理。对整体结构受力机理和薄弱部位进行了研究,提出了重点部位的设计原则和加强措施。

榫卯灌浆钢管框架节点抗震性能试验研究

为探索建筑钢结构低能耗循环利用技术,研究方钢管柱-矩钢管梁采用榫卯连接、砂浆灌浆阻滑的钢框架节点的抗震性能。对榫卯灌浆节点及传统全焊接节点进行了低周往复荷载试验,对比分析其破坏形态、荷载-位移滞回曲线、延性系数以及极限承载力,并建立有限元分析模型,与试验结果进行对比。研究表明:榫卯灌浆节点在弹性阶段的承载力与全焊接节点相当,但榫卯灌浆节点的极限承载力高于全焊接节点,塑性发展平台更长;榫卯灌浆节点的破坏方式为砂浆磨损挤碎,钢构件损伤小;摩擦耗能效果好,滞回曲线饱满,且震后砂浆易修复。

非对称加强与狗骨式削弱型钢框架节点抗震性能数值模拟

为有效防止梁柱节点处发生脆性破坏并提高节点抗震性能,提出一种非对称加强与狗骨式削弱型钢框架节点。以边柱节点为例,利用ABAQUS有限元软件对非对称加强与狗骨式削弱型节点、非对称加强型节点、狗骨式削弱型节点和普通型节点共4个节点模型进行抗震性能对比分析,研究了节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力和刚度退化等方面的区别。研究表明:非对称加强与狗骨式削弱型节点能够有效实现塑性铰外移,防止节点发生脆性破坏,同时不仅能够提高节点的耗能能力和延性,还可以保持较好的承载能力。

模块化钢框架模块间内套筒连接节点抗震性能试验研究

设计了3个足尺模块化钢框架模块间内套筒连接节点试件,针对节点试件的抗震性能开展了拟静力低周往复加载试验,研究了节点试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、刚度退化、层间位移角和转动刚度等抗震性能指标,并对影响节点试件的抗震性能参数进行分析。研究结果表明:节点试件的滞回环呈梭形,且形状较为饱满,其具有较强的耗能能力;3个节点试件均出现明显的刚度退化现象且下降坡度平缓;3个节点试件的层间位移角分别为0.085 rad、0.082 rad和0.096 rad,节点试件均具有良好的转动能力和延性性能且满足节点抗震设计要求。试件破坏特征表明,在模块柱内梁的上、下翼缘对应位置设置内隔板对节点的抗震性能有显著改善作用。

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。

高层钢框架—中心支撑结构设计研究

对高层钢框架-中心支撑结构设计过程中的跃层柱计算、拉链杆设计、钢框架节点计算、钢筋混凝土梁与钢柱连接节点设计等问题进行分析探讨,提出解决方案。同时,结合实际工程案例,证明解决方案的合理性,所得结果可供工程设计参考。

现代物流仓储智能高架立体库结构设计要点

根据现代物流业快速发展对新型仓储建筑高度和结构材料的多样化需求,通过工程设计实践总结和结构规范应用与计算分析,总结智能高架立体库的不同结构型式及其结构设计要点。

型钢剪力架增强混凝土板柱节点抗冲切试验研究

研究型钢剪力架增强钢筋混凝土板柱节点的抗冲切性能,得到型钢剪力架设计的优化方案。考虑型钢的翼缘厚度、腹板厚度、伸臂长度、锚固栓钉规格不同,设计9个板柱节点试件进行反向静力模拟加载试验,考察试件的破坏历程和破坏形态,量测节点的承载力、变形和应变等指标,调查不同设计组合对板柱节点抗冲切破坏模式和承载力的影响规律,阐明其失效破坏机制。结果表明:型钢剪力架能够提高板柱节点的抗冲切性能,改善冲切破坏的脆性特点;设置型钢翼缘、锚固栓钉能够强化节点内纵筋、型钢和混凝土的协同工作,增加型钢腹板厚度和设置翼缘均可在一定程度上提高板柱节点的抗冲切承载力和延性能力;锚固栓钉代替型钢翼缘可改善板柱节点的抗冲切承载力,但在改善延性方面的效果不如带翼缘试件;增加翼缘厚度来提升承载力存在边际效应,型钢伸臂长度太短难以发挥型钢剪力架的抗冲切增强作用。参考现有规范方法以及试验结果,提出了型钢剪力架增强混凝土板柱节点抗冲切承载力计算方法。

Seismic behavior and mechanism analysis of innovative precast shear wall involving vertical joints

To study the seismic performance and load-transferring mechanism of an innovative precast shear wall(IPSW) involving vertical joints, an experimental investigation and theoretical analysis were successively conducted on two test walls. The test results confirm the feasibility of the novel joints as well as the favorable seismic performance of the walls, even though certain optimization measures should be taken to improve the ductility. The load-transferring mechanism subsequently is theoretically investigated based on the experimental study. The theoretical results show the load-transferring route of the novel joints is concise and definite. During the elastic stage, the vertical shear stress in the connecting steel frame(CSF) distributes uniformly; and each high-strength bolt(HSB)primarily delivers vertical shear force. However, the stress in the CSF redistributes when the walls develop into the elastic-plastic stage. At the ultimate state, the vertical shear stress and horizontal normal stress in the CSF distribute linearly; and the HSBs at both ends of the CSF transfer the maximum shear forces.

装配式钢框架柱法兰栓焊连接节点受力性能试验研究与有限元分析

为研究一种新型法兰栓焊连接柱节点在多高层钢结构中的工程应用,对3个法兰连接足尺模型试件进行了静力加载试验,并建立ABAQUS有限元模型对其进行对比论证以及理论分析。分析结果表明:新型法兰栓焊连接节点受力性能良好,对比传统法兰连接节点其刚度和承载力均有所提升;新型法兰栓焊连接节点的破坏模式有所改善。得出了不同焊缝尺寸下新型法兰栓焊连接节点的螺栓与焊缝承受弯矩的受力分配比,试验结果与有限元分析结果具有较好的一致性。

柱脚设置盖板式滑移摩擦节点单层钢框架抗震性能研究

钢框架结构柱脚在地震作用下发生塑性屈曲将对震后修复造成困难。基于损伤控制概念,研究在柱脚设置盖板式滑移摩擦节点(CPSFJ)钢框架的抗震性能及损伤情况。设计并制作了2个1/2缩尺的单层钢框架试件,其中一个为柱脚设置CPSFJ钢框架试件,另一个为普通钢框架试件,对其进行拟静力加载试验。普通钢框架在加载结束后,柱脚处屈曲严重。柱脚设置CPSFJ的钢框架,在加载过程中CPSFJ如期发生滑移;钢柱段无明显损伤变形,CPSFJ拼接盖板发生弯曲变形,黄铜摩擦片表面出现磨损,可在震后复位钢柱、更换拼接盖板和摩擦片以实现修复;框架滞回曲线饱满,骨架曲线无明显下降,表现出良好的抗震性能。

新型外挂墙板对装配式框架结构力学性能影响

新型外挂墙板因装配率高、免装修等优势广泛应用于钢框架变电站,其与钢结构连接节点受力性能值得关注。为探究新型外挂墙板与钢结构构件连接节点及其对结构整体受力性能的影响,以山东某110 kV单层钢结构变电站装置楼为研究对象,采用ABAQUS数值模拟软件针对结构无墙板、有墙板、墙板开门洞和墙板开门窗洞口共4种结构模型进行多尺度数值模拟,重点探讨不同墙板设置情况下墙板与构件连接节点变形/应力特征、结构整体变形和动力特性等。研究结果表明:现有节点连接做法均不满足设计要求,主要原因是其连接节点板平面外挠度变形偏大,M1~M4四种分析模型各自挠度比值为0.62~1.0;在结构顶点最大侧向位移方面,M4<M3<M2<M1,且M2/M3分别占M4的93.4%/98.5%;在结构自振周期方面,M2~M4分析模型分别相对于M1模型,其周期折减系数为0.610,0.592,0.571;对低层外挂墙板钢结构而言,墙板设置方式对结构整体动力振动特性影响明显。

杭温铁路主跨216m钢混刚构连续梁桥总体设计及技术创新

新建杭温铁路永嘉右行线跨甬台温特大桥采用(100+216+100) m钢混刚构连续梁桥跨越楠溪江。该桥主跨采用钢混混合梁形式,中跨跨中82 m采用单箱双室钢箱梁,其余主梁采用单箱单室混凝土梁;钢梁与混凝土梁之间通过4 m长的钢混结合段连接;刚臂墩采用矩形空心墩,基础采用钻孔灌注桩基础。该桥混凝土主梁采用悬臂浇筑施工,跨中钢箱梁部分采用工厂制造、桥面吊机整体吊装的方式施工,极大地缩短了工期;采用“一端先永久连接,另一端精确配切合龙”的方法进行大尺寸、大质量钢箱梁的整孔吊装合龙,很好地解决了钢结构之间“硬合龙”的难题;将墩高较矮的主墩由刚臂墩替换为带支座的常规桥墩,减少了结构的超静定次数,更有利于结构的受力;相比于已在铁路箱形混合梁中较为成熟的有格室前后承压板式钢混结合段,本项目采用了带PBL连接件和剪力钉的有格室后承压板方案很好地实现了力的顺畅传递;体外预应力索的设置有效地减小了连续刚构桥后期徐变变形大的问题。

屈曲约束翼缘盖板连接的钢框架节点滞回性能研究

为提升钢框架节点抗震性能,实现塑性铰转移、损伤集中和损伤构件的可更换,针对带悬臂梁段拼接节点,提出了一种屈曲约束翼缘盖板连接的钢框架节点。对7个系列共14个节点进行了数值模拟分析,对比了不同类型节点的性能差异并研究了关键设计参数对节点滞回性能的影响规律。结果表明,节点塑性变形集中在可更换的屈曲约束翼缘盖板上,滞回较为饱满且稳定;翼缘盖板与翼缘面积比增加时,节点承载力增加,但比值超过约1/2时,梁柱可能出现损伤,难以实现损伤集中的设计目标;梁段间隙过大,翼缘盖板可能发生局部屈曲,建议控制其厚度与梁段间隙比值不低于1/5;约束板约束范围达到50%时,即能有效约束翼缘盖板;增加翼缘盖板削弱段长度,使梁段间隙偏心率在0~0.25区间时,节点滞回曲线变化不大,翼缘盖板损伤减小;当螺栓数量较少时,翼缘盖板在屈服耗能前会产生滑移,进而影响节点滞回性能;腹板近翼缘侧螺栓孔由圆形改为槽形时,可以改善腹板螺栓孔处应力状况。

含屈曲约束连接件的钢框架节点抗震性能研究

基于屈曲约束和损伤控制的思想,提出了一种含屈曲约束连接件的钢框架节点,连接件的一对核心板传递翼缘轴力并平衡梁端弯矩,对核心板设置了由约束板、填充板和梁外伸翼缘组成的屈曲约束系统。对有无设置约束板的两个试件进行了低周往复荷载试验,分析了节点的滞回曲线、骨架曲线、能量耗散和应变分布,考察了约束板对节点滞回性能的影响;采用有限元软件ABAQUS对该节点进行了数值模拟,研究了核心板螺栓和厚度对该节点滞回性能的影响。结果表明:提出的节点可以达到预期的屈曲约束和损伤控制机制,即核心板率先屈服耗能,约束板可防止核心板发生过大的面外屈曲,主体梁柱保持弹性,节点具有稳定的滞回性能和较大的变形能力;核心板上螺栓预紧力决定了核心板是否会滑移,进而影响滞回曲线的饱满程度,核心板厚度主要影响节点刚度、承载力和损伤分布。最后,理论推导了节点的承载力和变形计算公式,给出了节点理论骨架曲线。

拼接外套筒式方钢管柱-H形钢梁框架静力性能研究

为解决传统钢结构梁柱节点焊缝过多、现场施工复杂等问题,提出一种全螺栓现场拼接节点。采用该新型拼接外套筒式方钢管柱-H形钢梁装配式半刚性节点,设计和制作了一个单层单跨门式框架,并完成了梁跨中静力加载试验和有限元分析,考察框架荷载-位移曲线、应变发展规律、破坏模式和承载机制,并通过有限元参数分析,研究带肋角钢厚度及长边尺寸、框架柱距、梁上荷载分布形式、柱轴压比对框架静力性能的影响规律。结果表明:钢框架试件遵循“梁跨中-梁端部-柱及节点区”的变形和破坏顺序。梁跨中应变最大,发生严重屈曲,梁端部及节点区除局部出现轻微变形外,总体应变较小。增设带肋角钢可使梁端塑性铰外移,有效地保护节点区各部件,其上加劲肋的设置是影响框架整体静力性能的关键因素,而带肋角钢厚度及长边尺寸对承载力的提高效果有限。框架柱在高轴压比下,受压侧壁应力较大,建议对该部位进行重点关注并适当采取加强措施。

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。

基于不同螺栓扭矩的钢框架预制混凝土外挂墙板新型连接节点试验研究

提出满足钢框架与预制混凝土外挂墙板变形协调的新型连接节点,用于连接预制混凝土墙板和钢框架主体结构。为了研究不同螺栓扭矩对预制混凝土外挂墙板结构体系在地震作用下抗震能力的影响,设计了3榀单跨钢框架外挂预制混凝土墙板试验试件,并进行拟静力试验。对比了3榀试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化及累积耗能等。研究结果表明:试件在加载初期,结构体系初始刚度大、位移变形较小,随着位移的不断增加,上部连接件间发生剪切滑移,有效地保护了结构整体的安全性;随着上部连接件中螺栓预紧力的增加,整体结构的刚度退化速度会减慢,结构整体的承载能力会显著提高。