双阶受力干式装配梁-柱节点抗震性能试验研究

研究提出了一种双阶受力干式装配梁-柱节点(DADBJ)。该节点的关键组件是摩擦铰(RFH)和预设缝防屈曲钢板(SBRSP),具备2个受力工作阶段和损伤集中易修复的特性。为了验证DADBJ构造的合理性,揭示其双阶段受力工作机理,设计加工了DADBJ试件,以SBRSP的预设缝隙宽度作为试验变量,进行了2个工况的低周往复拟静力试验。结果表明:提出的DADBJ构造实现了预期的双阶段受力特性,第一阶段由RFH提供节点的力学性能,第二阶段由RFH和SBRSP共同提供节点的力学性能;DADBJ的损伤集中于芯板,通过更换SBRSP芯板对节点快速修复,节点的性能可恢复到初始状态;SBRSP的预设缝隙宽度可直接决定DADBJ第二阶段的启动位移;提出的DADBJ双阶屈服荷载理论公式和二阶启动位移理论公式精确度好。该研究可为装配式框架结构和多阶受力型结构的设计和研究提供参考。

钢结构半刚性连接节点研究现状

半刚性连接具刚度、延性和载荷能力,抗震性能优越,施工难度低,是实用且经济的连接方式。但半刚性连接受力复杂,力学特性分析难度大,且国内规范中缺乏针对性的分类标准和设计方法。综合国内外文献规范,简述了梁柱节点的分类及特点,详细介绍了钢结构半刚性节点连接类型、研究方法和研究成果,通过分析当前研究进展,指出未来所需研究的问题与方向,为钢结构半刚性节点研究、设计与实际运用提供思路与参考。

基于角钢连接的GFRP梁柱T形节点性能研究

采用设置上下角钢的连接形式,设计了不同类型的GFRP梁柱T形节点,通过对八个节点构件进行单调加载试验,并结合有限元分析,研究了角钢类型、螺栓排距、螺栓端距以及螺栓排数对GFRP梁柱T形节点承载力及变形性能的影响。研究结果表明:与未设置加劲肋相比,增加加劲肋可显著减小角钢转角处的变形,设置三角形加劲肋提高了GFRP梁柱T形节点的承载能力和转动刚度;节点的极限承载力随螺栓排距的增大而提高,随螺栓端距的增大而降低,随螺栓排数的增加先提高后降低;转动刚度则随排距和端距的增加呈现先增大后降低的趋势。在本文分析的参数范围内,GFRP梁柱T形节点采用设置两排螺栓的角钢连接可获得较优的力学性能,同时排距为45~50 mm,端距为55 mm较为合理。

高强螺栓连接铝合金框架梁柱节点抗震性能试验研究及数值分析

为研究高强螺栓连接铝合金框架梁柱节点的抗震性能,设计了采用铝合金和不锈钢两种材料角型连接件的节点循环加载试验。结果表明,全铝合金角型件节点的延性发展严重不足,延性系数最大仅为2.25,破坏征兆不明显,在抗震结构中偏不安全。顶底不锈钢角型件节点最大塑性转角均在0.04rad以上,满足美国规范FEMA350不小于0.03rad的延性设计要求,表现出良好的塑性变形及耗能能力。对于顶底不锈钢角型件节点,梁腹板采用铝合金或不锈钢角型件对滞回全过程及各项性能指标无显著影响。采用有限元分析软件ABAQUS对节点抗震性能试验进行有限元模拟,有限元分析和试验结果吻合良好,可以很好地模拟节点的受力全程。

钢框架梁腹板开孔型连接节点力学性能试验研究

钢框架梁柱节点的连接性能研究引起国内外的广泛关注,尤其是通过改善节点的变形性能从而提高结构的延性已成为钢结构研究的焦点。依据“强柱弱梁”的抗震设计原则,按照控制塑性铰位置的思路,对梁腹板上开孔的节点形式进行了反复荷载历程下的五个试件试验研究,探讨了梁柱节点区域内截面应力分布规律、滞回性能、节点破坏模式及极限承载能力,并利用ANSYS进行详细计算和对比分析。此外,通过一个单跨框架结构利用ABAQUS有限元程序计算分析,初步探讨了不同塑性铰位置对结构延性的影响。理论计算及试验结果表明,合理采用此类节点,可以使节点破坏模式从脆性破坏转变为梁的局部屈曲破坏,降低连接焊缝脆性破坏的可能性,达到了控制塑性铰位置的目的,从而改善框架结构的整体延性。

腹板开孔型钢框架梁柱节点抗震性能试验

介绍了梁腹板开孔型钢框架梁柱节点,以及12个足尺试件的拟静力破坏试验的试验结果.对节点破坏模式和滞回曲线的比较分析表明,按现行规范设计的全焊型梁柱节点在地震作用下可能会出现连接焊缝的脆性破坏,满足不了抗震设计的延性要求;腹板开孔型节点可以有效的将塑性铰外移到距节点区较远的梁截面上,在强震作用下,其破坏形式是梁翼缘板、腹板的局部变形,满足抗震设计的延性要求;当梁腹板削弱量合适时,节点的承载力不会发生较大减小.因此,腹板开孔型节点具有良好的抗震性能.此外这种节点应用于房屋体系时,水暖管线可从梁中穿过,降低结构空间占用成为可能,并且腹板开孔型节点也便于加工制作,是一种值得推荐的新型节点形式.

不同跨度比下腹板双角钢连接抗倒塌性能研究

基于备用荷载路径法,以腹板双角钢连接的3个不同跨度比(1.0∶0.6、1.0∶1.0、1.0∶1.4)两跨三柱型钢框架梁柱子结构为研究对象,通过单调静力加载试验和数值分析探究了其在连续倒塌条件下的破坏模式、力学形态、抗力机制和节点失效机理。结果表明,试件破坏均为失效柱与梁相连的两侧角钢因受拉在螺栓孔处发生断裂,且梁轴力、梁端节点转角以及角钢尺寸等是影响角钢肢断裂破坏的主要因素。3个试件具有相似的变形形态和破坏模式,其最大荷载峰值接近,但最大荷载峰值对应的失效柱水平位移随跨度比的增大而依次减小。对不等跨试件,变形较大时梁柱子结构因短梁梁端转角远大于长梁,使得内力重分布时线刚度较大的短梁将承担较多的水平荷载而先发生破坏,且不等跨试件的梁端塑性转角大于等跨试件。3个试件的抗力机制发展过程均可划分为梁机制与悬链线机制的混合阶段、悬链线机制阶段,且悬链线机制的充分发挥需要梁柱间具有可靠的拉结力。通过数值分析,考虑梁柱子结构材料和几何非线性、接触非线性及钢材的断裂,其结果与试验吻合较好;在此基础上,深入分析了周边构件对该连接梁柱子结构的边界约束作用,当边柱刚度足够时,周边构件的轴向约束对梁柱子结构抗倒塌承载力的影响不大。

新型钢框架梁柱节点抗震性能试验研究

根据钢框架强柱弱梁的抗震设计原则,按照有效控制梁上塑性铰位置的思路,采用在梁腹板进行开孔削弱的节点形式促成塑性铰的形成,进行了反复荷载历程下的五组试件破坏试验,测试了构件相关的力学性能,探讨了梁柱节点的滞回性能及其极限承载力。结果表明,采用腹板开孔的构造形式,可以控制节点处的塑性铰形成位置,降低了连接焊缝发生脆性破坏的可能性,较大程度地改善了节点抗震性能。

工字梁与H型钢柱腹板连接节点性能分析

利用ANSYS对工字梁与H型钢柱腹板连接节点进行有限元分析,建立梁翼缘连接板剪切变形和梁连接板部分弯曲变形理论分析模型,推导出梁翼缘连接板剪切变形的等效刚度公式,根据楔形梁段假定推导出梁连接板部分的抗弯刚度公式,并通过有限元分析确定刚度系数。根据对梁柱腹板连接节点各部分刚度和强度分析,建立腹板连接节点模型。这个简化模型可以用来分析单向荷载和循环荷载作用下梁柱腹板连接节点的响应。

腹板双角钢梁柱连接的滞回性能

为了研究腹板双角钢梁柱连接的滞回性能,在考虑材料、几何和接触状态非线性基础上,采用三维实体单元对腹板双角钢梁柱连接进行了循环加载有限元模拟.系统研究了角钢厚度、角钢长度、与柱连接角钢肢螺栓中心线到与梁连接角钢肢背距离以及高强螺栓直径和级别等参数对连接承载能力和滞回性能的影响.有限元分析结果表明:大部分连接在循环荷载作用下表现出良好的延性,转角超过0.04 rad,抗弯强度不大,可作为铰接节点;少部分连接具有相当的抗弯能力,在结构分析中,须考虑节点抗弯强度对框架性能的影响,不能简单作为铰接处理.建议在设计时,螺栓的线距在满足构造要求同时,取最大线距值;连接在满足抗剪要求的前提下,螺栓中距和端距应取最小构造间距,以保证角钢长度取值较小.

波纹腹板H型钢梁柱刚接节点静力性能

波纹腹板H型钢能以较薄的钢板获得较高的抗剪屈曲能力,从而可以大量节约钢材。但传统的H型钢梁柱刚接节点的构造形式不适用于波纹腹板H型钢梁,为此提出了2种构造形式的波纹腹板H型钢梁柱刚接节点的构造形式。通过静力试验考察这2种节点的承载力以及各截面的内力分布,并对比了试验结果与有限元分析结果及实用设计公式的计算结果,验证了有限元分析的合理性以及实用设计公式的可靠性。使用有限元分析软件ABAQUS对节点进行了参数分析,研究了端板厚度、连接板厚度与波纹断点对节点承载力的影响。

钢框架腹板双角钢连接梁柱子结构抗倒塌性能分析

腹板双角钢连接作为梁柱节点的一种常用连接方式大量使用于钢结构工程中,其节点的受力性能和破坏方式与钢框架的抗倒塌性能密切相关.采用显式动力准静态法分析了腹板双角钢连接梁柱子结构在大变形下的抗力机制转换及破坏模式,并通过试验结果进行了分析验证.通过对影响钢框架梁柱子结构抗倒塌性能的主要因素(梁跨高比、连接角钢厚度及节点螺栓布置)进行参数分析,获得了一些有价值的结论,为同类连接形式的钢框架结构抗倒塌分析和设计提供参考.

钢管混凝土双肢柱改进型单腹板肩梁承载能力试验研究

针对宝钢三期1580热轧、1420/1550冷轧及二炼钢连铸等工程中改进的钢管混凝土双肢柱单腹板肩梁,进行了4个轴压比为0.1,缩尺比为1∶3的单腹板肩梁模型试件的水平单调加载试验研究.对单腹板肩梁的试验现象进行了描述,分析了肩梁腹板的主应变分布规律,得到了肩梁试件的承载力和破坏模式,并将试验结果与现行的肩梁设计方法进行了比较,以期对这种肩梁形式的受力性能和设计方法有进一步的认识.

钢梁柱半刚性节点顶底角钢弱轴连接的有限元分析

空间钢框架结构的高等分析必须考虑梁柱弱轴连接的抗弯特性。为研究钢梁柱节点弱轴连接的弯矩-转角性能,进行3个顶底角钢弱轴连接大尺寸试件的单调加载试验,并建立有限元分析模型,有限元分析考虑几何大变形、材料非线性和接触非线性。为与试验结果对比,有限元分析采用的构件几何尺寸、材料特性、摩擦系数等参数和加载过程均与试验相同,对比显示有限元分析结果和试验结果吻合较好。这进一步明确了顶底角钢弱轴连接的应力分布、塑性发展、变形特点、接触摩擦状态和破坏模式。研究表明:顶底角钢弱轴连接具备一定的弯矩承载能力和良好的转动变形能力,顶角钢可以形成3个塑性铰机构;角钢弱轴连接与角钢强轴连接不同的是,柱腹板过于薄弱可以改变弱轴连接的变形模式;顶底角钢弱轴连接在使用荷载作用下接触状态稳定。

钢结构腹板开洞型节点的参数分析

运用弯剪共同作用理论分析了削弱半径对腹板开洞型节点的影响;利用非线性有限元方法分析了理论得出的结果,认为这一理论方法用于估计截面的抗弯能力以及确定腹板开洞型节点的临界削弱半径是有效的;并分析了削弱截面离柱距离与削弱半径的相互关系。对该类节点的设计具有一定的指导意义。

楔形翼缘连接板腹板连接节点断裂性能

为定量确定采用楔形翼缘连接板的钢框架结构梁柱腹板连接节点焊缝应力强度因子与初始缺陷深度之间的函数关系,采用断裂力学与有限元分析相结合的方法.判断焊缝开裂的依据是一型应力强度因子,应力强度因子通过J积分的方法求得.通过有限元计算研究初始裂缝深度、梁截面尺寸、柱截面尺寸、梁柱长度和翼缘连接板伸出柱边缘的长度对腹板连接节点焊缝应力强度因子的影响.采用正交设计法进行研究方案设计,根据参数分析结果归纳出应力强度因子计算公式.结果表明,梁下翼缘焊缝比上翼缘更容易开裂,采用楔形翼缘连接板可以明显改善焊缝边缘的断裂性能,应力强度因子与梁截面参数是增函数关系,与柱截面参数是减函数关系.

基于DICM的钢管混凝土框架梁柱连接的转角测量与分析研究

由于钢管混凝土框架梁柱连接形式的多样性和受力形式的复杂性,目前还未能建立实用、有效的连接区工作性能的评判标准。连接的转角是其研究的重要指标,因此连接转角测试方法的实用性和有效性对连接工作性能研究的深入开展有非常重要的影响。数字图像相关方法(DICM)具有非接触、无附加质量、精度高和全场测量的优点,但局限于有限变形和小转角测试。基于以上两点,结合钢管混凝土框架钢加强环式梁柱连接的模型实验,利用改进的数字图像相关方法,对该连接的弯矩-转角关系进行了测试。根据梁柱及其连接的变形特点,采用基于全局坐标的形函数,测得了管壁处、加强环边及一倍梁高处截面的弯矩-转角关系,该方法适用于精确测试发生较大刚体转动及形变的试件。通过该模型实验,验证了该方法用于测试钢加强环式连接转角的可行性,并为进一步分析钢加强环式连接的工作性能提供了实验依据。

新型钢框架梁柱节点滞回性能试验研究及有限元分析

通过模型节点滞回试验研究和有限元分析,探讨了一种新型钢框架梁柱耗能节点的力学性能和耗能能力。该节点是利用螺杆对角钢节点进行改善的半刚性节点,并基于控制结构损伤仅限于角钢和螺杆进行设计。6个模型节点的对比实验研究表明,试验节点因角钢塑性损伤、裂缝扩展和螺杆屈曲及疲劳断裂而出现性能退化。螺杆连接的节点转动能力和破坏模式取决于螺杆的抗疲劳断裂能力,采用良好延性螺杆的节点具有更好的耗能能力。节点有限元模型可以较好地模拟试验节点在出现明显强度退化或螺杆断裂前的滞回性能和变形模式,验证了角钢垂直度偏差引起的预应力刚化效应、角钢塑性区分布和螺杆屈曲引起的节点性能退化。最后,分析了这种新型梁柱耗能节点的优缺点,并提出了进一步改进节点和深入研究的建议。

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。

新型预制装配框架梁柱节点低周反复荷载试验研究

在凝练国内外已有的研究基础上,创新性的提出了一种新型预制装配混凝土框架梁柱节点,为了能够研究新型节点的抗震性能,对2个预制装配混凝土框架梁柱节点及一个现浇节点进行低周反复荷载试验,新型节点与现浇节点的不同点在于新型节点梁的受力钢筋采用预应力钢绞线进行了替代,2个预制节点的不同点在于梁柱节点核心区处是否设置附加钢筋。通过试验对2个预制节点以及现浇节点的极限承载力、滞回曲线、耗能、层间位移、刚度以及延性进行了测试分析,试验发现预制试件的极限承载力优于现浇试件,滞回环的面积与现浇构件滞回环面积基本相当,说明预制节点的耗能能力及延性基本等价于现浇试件。验证了新型节点可以应用于有抗震设防要求的地区。