工字形钢梁-矩形钢管柱单向螺栓节点抗弯承载力理论计算方法

针对工字形纯钢梁和钢-混凝土组合梁分别与矩形钢管柱和矩形钢管混凝土柱采用单向螺栓(也称单边拧紧螺栓)连接形成的4种节点形式,对其在弯矩作用下的受力机理及破坏模式进行分析,讨论导致节点失效的因素。总结节点在弯矩作用下的9种失效模式,包括:单向螺栓拉断、端板受弯屈服、矩形钢管柱壁翼板受拉屈服、矩形钢管柱壁翼板受压屈服、矩形钢管柱壁腹板受压屈曲、混凝土楼板局部压溃、钢筋屈服、矩形钢管柱内混凝土局部压溃、矩形钢管柱壁腹板受压屈服,进而基于破坏模式给出节点各组件承载力的计算公式。对4种节点在不同破坏模式下的正弯矩承载力和负弯矩承载力进行分析,给出节点承载力计算公式。将节点抗弯承载力的理论计算结果与试验结果进行对比,验证理论计算方法的可靠性。

嵌入式H型钢梁柱节点受力性能研究

为解决传统标准梁柱节点施工复杂、节点强度低等一系列问题,提出一种嵌入式H型钢梁柱节点结构形式,并设计4个梁柱节点试件(1个标准现浇梁柱节点试件,3个嵌入式H型钢梁柱节点试件)进行试验研究,设置型钢翼缘宽度、剪跨比为主要参数,对4个试件的破坏形态、承载力、变形能力进行对比分析。结果表明:嵌入式H型钢梁柱节点试件的节点核心区柱端混凝土裂缝较少,裂缝分布和破坏位置基本上发生于梁端,充分满足了“强柱弱梁”的设计要求;相较于标准现浇梁柱节点试件,嵌入式H型钢梁柱节点试件峰值承载力、极限承载力、变形能力均显著提高,当型钢翼缘加宽时,试件峰值承载力和极限承载力提升较为有限,当剪跨比大于2.7时,承载力将会明显降低。

混凝土梁柱节点带锚固板钢筋锚固性能试验研究

为研究混凝土梁柱节点带锚固板钢筋锚固性能,共设计33个满足现行规范构造要求的拟梁柱节点试件,通过静载试验分析混凝土强度、锚固长度、锚固板尺寸、箍筋间距等参数对带锚固板钢筋锚固承载力的影响;通过拟合试验数据得到带锚固板钢筋锚固力经验公式,提出带锚固板钢筋锚固长度设计建议,并基于试验数据库对建议公式以及中国规范公式进行了统计分析。结果表明:混凝土强度、钢筋锚固长度和锚固板面积对带锚固板钢筋锚固承载力有较大的影响,而承载力对箍筋间距不是很敏感;锚固板分担的锚固力占总锚固力的70%以上,中国规范对锚固板分担占比的规定偏小,对锚固长度的规定偏于不安全;建议现浇框架中间层梁柱角节点带锚固板钢筋的锚固长度调整为0.45 l_(ab)(l_(ab)为中国规范的基本锚固长度),中间层梁柱边节点的锚固长度可不作调整。

原竹抱口梁柱节点抗弯性能研究

竹材作为一种新型的绿色环保建筑材料,梁柱连接是现代竹结构推广需要考虑的重要问题。为了丰富原竹节点的形式,探究不同构造措施下梁柱节点的刚度和承载力,设计制作了3种形式的原竹抱口梁柱连接节点,按照金属连接件构造的不同命名为简易钢夹节点J1、贯通螺栓节点J2和自攻螺钉节点J3。每一种节点内部依据不同原竹等级设计3组试件,通过单调加载试验,探究节点弯曲力学性能及破坏特征,得到了3种节点的弯矩-转角曲线。基于弯矩-转角曲线变化特征,提出三折线刚度分析模型拟合节点分段刚度参数值,应用欧洲钢结构规范节点类型判别方法,对节点的半刚性程度进行了验证。结果显示:贯通螺栓节点J2和简易钢夹节点J1属于半刚性节点;自攻螺钉节点J3属于铰节点。研究表明:原竹等级对于简易钢夹节点J1和自攻螺钉节点J3的抗弯性能影响不敏感;对于贯通螺栓节点J2的抗弯性能影响显著,等级为T8时与连接件的协同工作性能最优。研究成果可为现代竹结构应用提供理论依据。

连柱摇摆钢支撑抗震性能研究

为了提高连柱摇摆钢支撑的耗能能力,提出了支撑跨柱脚采用开椭圆孔截面的新型构造措施。采用有限元分析软件ABAQUS建立连柱摇摆钢支撑框架结构模型,进行了低周往复加载,对比分析了耗能连梁长度、框架跨度、框架高度等不同设计参数对结构抗震性能的影响。分析结果表明:连柱摇摆钢支撑主要由耗能连梁及耗能柱脚进入塑性来耗散能量,结构具有合理的破坏模式;连柱摇摆钢支撑结构具有较好的耗能能力,滞回曲线为饱满的梭形;结构的极限承载能力随着耗能连梁长度的增加呈现出先增大后减小的趋势,结构的累积滞回耗能能力也逐渐降低;耗能连梁应宜采用剪切屈服型,建议耗能连梁长度的取值范围为(1.2~1.5)Mp/Vp;增大框架跨度和减小框架高度等可以显著提升结构的耗能能力、刚度和承载能力。基于小变形假定和虚功原理,分析了连柱摇摆钢支撑结构在极限状态的典型屈服机制,推导出极限承载力计算公式,与有限元计算结果比较吻合,验证了公式的合理性,可为工程应用提供参考。

残余应力对建筑高强H型钢梁柱的承载力影响

在建筑领域中钢结构的残余应力是一个不可忽视的因素。为研究其对建筑高强H型钢梁柱的承载力影响,首先进行残余应力分析,确定不同轴屈曲时的临界应力。再将钢材本构关系划分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段,分析不同阶段的应力-应变关系。最后将梁截面划分为多个矩形块,根据平截面假定计算加固梁截面曲率,采用积分法求总弯矩,进而构建构件内部残余应力对承载力的影响模型。结果表明:残余应力对建筑高强H型钢梁和柱的影响均在翼缘两端最明显,且残余应力增加,H型钢柱承载力降低,残余应力越大,承载力下降越明显。

某超高层公寓楼大偏心梁柱节点受力性能研究

以某超高层公寓项目中梁平柱边的典型大偏心梁柱节点为例,通过有限元软件ABAQUS模拟梁柱偏心节点在低周反复荷载的受力性能,探讨梁柱偏心所产生的附加扭矩对节点核芯区抗剪承载力的影响;基于有限元分析结果,提出梁平柱边的大偏心梁柱节点有效宽度计算公式,并将其应用于具体工程项目中。结果表明,采用节点有效宽度公式取值得出的节点核芯区抗剪承载力与有限元计算结果基本一致。针对项目中的T形梁柱节点,定量分析了梁柱偏心所产生的附加弯矩对柱端弯矩的影响;结果显示,附加弯矩在竖向荷载作用下可减小柱端弯矩约50%,在地震作用下增大柱端弯矩约86%。

多阵列屋面分布式光伏电站中光伏支架结构的分析研究

针对建设在钢筋混凝土屋面上方的多阵列屋面分布式光伏电站,以其光伏支架结构设计中的若干影响因素为研究对象,从光伏支架的结构组成及设计流程出发,结合其受力特点和方式,研究阵列排布方式、相邻立柱间距、檩条间距、斜撑支撑点位置、光伏支架倾角、相邻光伏支架间距这6种因素对光伏支架承载力的影响。研究结果表明:在采用同样材料、规格光伏支架的前提下,这6种影响因素对光伏支架的承载力均存在具有一定规律的影响。1)同样列数的情况下,优先选用“竖向组件2行”的阵列排布方式,对应的光伏支架承载力性能较优且排布更为合理;2)相邻立柱间距设置在光伏组件长边水平投影长度的60%~70%范围内时,对应的光伏支架承载力性能较优;3)檩条间距设置为光伏组件长边水平投影长度的70%左右时,可以保证光伏组件自身的刚度和较大的承载力,且方便施工时的安装操作;4)当斜撑支撑点位置与斜梁高侧端点的距离为整个斜梁长度的35%~60%时,对应的光伏支架承载力性能较优;5)当采用配重式支架基础时,光伏支架倾角通常采用5°~20°的小角度,以减少产生的光伏附加荷载,从而确保光伏支架主体结构的安全性;6)当相邻光伏支架间距采用光伏组件短边长度的150%~200%(即每榀光伏支架承担约1.5~2.0块光伏组件)时,对应的光伏支架承载力性能较优,且经济性较好。所得结论和规律可为后续多阵列屋面分布式光伏电站的光伏支架结构设计提供参考。

装配式混凝土建筑梁柱节点加固方法研究

建筑梁柱节点是受力最多的部位,外力破坏下最先发生破坏,对此提出装配式混凝土建筑梁柱节点加固方法.使用芳纶纤维布实现梁柱节点加固,按照加固层数与加固方式不同制备4种试件,利用千斤顶向试件施加荷载模拟外力破坏,测试各个试件的承载力,同时构建有限元模型计算并绘制试件的滞回曲线、骨架曲线与延性变化.试验结果表明,缠绕两层芳纶纤维布并在节点位置二次加固的试件C具有良好的承载力,从滞回曲线与骨架曲线变化效果可以确定该试件能够承载较为严重的外力破坏,同时该试件延性系数提高率达到21.92%,加固性能良好.

基于土体破坏的路侧护栏立柱水平承载力计算

由路边地基土体滑动造成的护栏立柱承载力失效是护栏系统丧失阻拦偏离道路汽车能力的原因之一,因此确定与土体滑动破坏有关的立柱水平承载力非常重要,本研究基于塑性极限理论对此进行了研究。首先,基于参考《公路交通安全设施设计细则》(JTG/T D81-2017)中计算立柱背面土重量方法建立了土体滑动几何体模型,在此基础上给出了几何体的静力平衡条件,采用摩尔-库伦准则描述几何体滑动面上剪应力与正应力的关系,推导得到立柱水平承载力的计算公式。由于公式是在几何体滑动满足几何容许场条件下获得的,根据塑性极限分析的上限理论,得到的公式为立柱水平承载力上限解,因此需要通过数值分析得到与理论精确解最为接近的解。对比表明,本研究给出的基于土体滑动失效的护栏立柱承载力公式计算结果与护栏立柱顶推试验结果符合良好。

桩柱一体结构环梁节点力学性能试验研究

在既有建筑增设地下空间的托换过程中,传统钢管桩或锚杆静压桩方法存在吊装焊接不便或桩基过密等缺陷。据此,提出了桩柱一体技术,将钻孔灌注桩同时作为桩基和立柱,保证了施工质量和效率。桩柱一体结构体系中梁柱节点的力学性能是影响其安全性的关键,故设计了3种桩柱一体结构与环梁节点的界面连接形式,进行了现场荷载试验。试验结果表明,桩柱一体结构体系中梁柱节点的破坏模式为环梁的弯剪破坏,荷载下梁柱界面未发生滑移,证明了桩柱一体技术的安全性。对试验结果分析后,表明灌注桩-环梁节点的配筋设计可参考现有的钢管桩-环梁节点相关规范,并得到了桩柱一体结构体系承载力计算的实用公式。

带裂缝胶合木梁柱螺栓-钢填板加固节点的抗弯性能研究

对于带裂缝胶合木梁柱螺栓-钢填板连接节点,提出了运用钢箍、碳纤维布和自攻螺钉三种加固方案。在考虑裂缝影响的基础上,利用ABAQUS有限元软件对加固节点进行精细化模拟,分析加固节点的应力分布与变形情况,研究加固节点的抗弯性能,并与完好节点、未加固带裂缝节点进行对比。结果表明,加固节点的承载力和刚度可有效恢复,不同加固节点的抗弯承载力可恢复至完好节点的954%-1018%,初始刚度可恢复至完好节点的979%-1026%,其中抗弯承载力相比于未加固节点提高约644%-756%。另外,钢箍、碳纤维布和自攻螺钉均可有效地限制既有裂缝发展,提高加固节点的延性,恢复节点的耗能能力。

隔震技术在既有砌体建筑抗震加固中的应用分析及梁柱节点研究

文中以既有砌体建筑结构为研究主体,采用有限元分析法评价梁柱节点特性,总结隔震技术应用经验。经由明晰抗震加固点位、完善抗震加固方案、上部结构优化设计、合理安装隔震支座等实践运用路径,进一步有效改善既有砌体建筑结构的抗震性能。

燕尾榫梁柱节点有限元分析及弯矩-转角关系研究

为研究传统榫卯连接方式应用于现代木结构的可行性,设计包含榫头、卯口、塞木和木楔片的燕尾榫梁柱节点,利用ABAQUS软件分析杉木燕尾榫梁柱节点的破坏模式、应力发展和弯矩-转角关系。通过分析梁柱节点受力机理,建立榫头四个挤压区域的几何、物理和平衡关系,推导初始刚度和极限弯矩的表达式,提出基于幂函数模型的燕尾榫梁柱节点弯矩-转角关系公式。验算结果表明,该公式计算的节点初始刚度、极限弯矩,与有限元分析结果仅相差6.46%、2.09%,可用于预测燕尾榫梁柱节点的极限承载力。

大悬挑钢梁支柱式支撑在某工程的应用研究

由于悬挑部位层高较高,施工难度高,对工期影响较大,必须要优选施工中可操作性强,承载力及稳定性好,有利于经济控制成本的施工方案,结合工程实际情况,采用大悬挑钢梁支柱式支撑,从施工难点分析到方案的确定、实施,到实施效果检查几个过程进行研究。

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。

超大截面钢管混凝土柱分配梁构造节点下轴压荷载传递试验研究

为保证超大截面矩形钢管混凝土柱中钢管和混凝土的共同工作性能,在前期研究的基础上对荷载作用于管壁的超大截面矩形钢管混凝土柱1∶5缩尺模型进行轴压承载力试验研究,试件在节点核心区采用压力分配梁构造参与荷载传递,试验参数考虑钢管宽厚比、压力分配梁刚度。结果表明:所有试件试验承载力均基本达到90%以上名义承载力(Nu=fyAs+fckAc),表明采用压力分配梁构造具有良好的荷载传递性能;竖向荷载通过界面黏结强度及滑动摩擦力传递至核心混凝土非常有限,主要通过分配梁传递至核心混凝土;分配梁刚度的变化会导致试件破坏模态的转变,分配梁H200×100×10×10试件为混凝土压溃破坏,分配梁H130×70×6×6试件为钢梁剪切撕裂破坏,且分配梁刚度相对较小时尽管试验承载力达不到名义承载力,但具有更好的延性性能;采用分配梁构造无法保证钢-混凝土之间变形协调,主要原因是分配梁加载过程中产生较大塑性变形,但试验荷载-位移曲线及破坏模态表明分配梁与钢梁周围混凝土的组合作用能够保证竖向荷载直接有效地传递至核心混凝土。

方钢管混凝土柱-钢梁节点的非线性有限元分析

利用三维实体单元,对“带内隔板方钢管混凝土柱-钢梁节点”建立了同时考虑几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、各种材料非线性等因素的有限元理论分析模型,模拟分析了单调加载和低周反复加载时节点的受力性能,较为精确地分析了节点区应力分布和混凝土开裂情况,以弥补试验中无法直观地了解各细部受力情况和改变各种参数进行对比的缺陷;考察了轴压比大小、混凝土强度等因素对节点受力性能的影响,根据理论与试验结果分析,提出了设计和改进建议。

巨型钢管混凝土柱分配梁构造下竖向荷载传递机理研究(Ⅱ):数值分析

为研究超高层建筑结构中大型转换梁(或转换桁架)与巨型钢管混凝土柱连接处采用分配梁构造时的钢-混凝土共同工作性能,文中结合试验结果进行精细化数值分析。首先,采用ABAQUS软件建立设置分配梁构造的巨型钢管混凝土柱精细化数值模型,得到的轴压荷载-位移曲线、混凝土工作承担系数曲线和破坏模态均与试验结果吻合良好,验证有限元模型的有效性。其次,进一步针对分配梁构造下巨型钢管混凝土柱的屈服承载力、极限承载力进行参数分析,共考虑47种分配梁截面,涵盖5种不同截面尺寸的巨型柱。结果表明,由分配梁构造传递至核心混凝土的竖向荷载,屈服承载力略大于分配梁自身的全截面抗剪承载力,极限承载力小于分配梁自身的全截面抗拉极限承载力。同时,明确了分配梁受力机理及破坏模式。最后,为模拟分配梁构造在实际工程中的性能,建立设置分配梁的十四层足尺钢管混凝土巨型柱精细化有限元计算模型并对其共同工作性能进行分析,表明采用该构造能够基本保证巨型钢管混凝土柱中钢管与混凝土的平截面假定共同工作状态。

冷弯薄壁方钢管梁柱节点抗震性能试验研究

冷弯薄壁钢管结构房屋施工速度快,适合在抗震设防烈度高的地区及震后重建中使用。因管壁较薄,梁柱节点连接方式及其力学性能还需进一步研究。依据"强柱弱梁,强节点弱杆件"的抗震设计思想,按照控制塑性铰位置的思路,在梁端加设加腋板;依据减少反复焊接次数可降低节点脆断的性能,采用纵向梁焊接于横向梁方式减少对柱施焊次数。共开展三种类型12个节点在不同轴压比下的低周往复加载试验,探讨节点滞回耗能和承载力等力学性能,结果表明:①普通焊接节点破坏前所经历循环次数较少,节点部位焊缝及附近板件发生断裂;②加腋节点极限承载力比普通焊接节点提高很多,耗能能力也较强,破坏时加腋端梁截面局部屈曲,屈曲点位于节点核心区外;③分散焊缝连接节点所经过加载循环次数较多,屈服后累计耗能能力较强,破坏时C形钢腹板局部屈曲,节点发生延性破坏;④轴压比对普通焊接节点和加腋节点的滞回性能、承载力及刚度退化影响较大,但对分散焊缝连接节点影响较小。