钢框架异型节点核心区的受剪机理及承载力计算

为了研究钢框架异型节点的抗震性能以及节点两侧梁的截面高度比和轴压比对核心区抗剪承载力的影响,对6个"强构件弱节点"型式的异型节点进行了低周反复加载试验,获得了异型节点的破坏模式、滞回性能和承载能力。理论分析和试验结果表明,异型节点在加载过程中上核心区先发生屈服,紧接着下核心区屈服,最终破坏模式有4种;异型节点下核心区对上核心区有约束作用,使得上核心区屈服以后,其所受的剪力仍可以增大,直到下核心区屈服;常规节点核心区的抗剪承载力计算公式对异型节点核心区已不适用。根据试验结果,推导了异型节点核心区的抗剪承载力计算公式。

新型钢管柱-H形梁铸钢模块化节点的概念设计与抗震性能评估

介绍了铸钢件在钢结构体系尤其是梁柱框架中的应用和研究现状。基于利用节点域稳定塑性耗能的理念提出一种适用于方(矩)形钢管柱-H形梁框架连接的铸钢模块化节点型式及其设计方法。对铸钢模块化节点和传统焊接节点进行了单调加载和循环往复加载非线性有限元模拟,并引入断裂指数对节点在塑性大变形条件下发生延性断裂的倾向大小作出评价。从刚度、承载力、延性、耗能能力、耗能机制、塑性变形模式等多角度分析论证了铸钢模块化节点不同于传统焊接节点的性能特点。研究结果表明,新型铸钢模块化节点的抗震性能优于传统焊接节点,可以在不损失延性的情况下充分发挥抗震钢结构体系的耗能能力。

考虑节点域变形效应的空间支撑钢框架结构二阶弹塑性分析

详细推导了基于非线性连续介质力学理论和考虑剪切效应的稳定插值函数所建立的严格三维梁柱单元虚功增量方程和切线刚度方程, 该方程包含了轴向、剪切、双向弯曲与扭转及其各耦合效应。提出的三维单元简化塑性区模型可模拟塑性扩展。建立了考虑支撑效应的节点域剪切变形模型, 该模型可更真实地反映节点域的变形影响。使用包括几何、材料非线性和节点域变形影响的数值算例来检验本文方法和所编计算机程序的可行性、有效性与精确度。算例表明: 利用该程序, 每个构件只需一个单元即可准确预测三维结构的极限荷载与失稳模态, 可提高结构非线性空间性能的分析效率。该程序可用于三维结构的非线性全过程分析, 为建立高层钢结构的高等分析方法奠定了基础。

矩形钢管柱-H形梁外加劲铸钢模块节点抗震性能试验研究

对矩形钢管柱-H形梁连接外加劲铸钢模块节点进行概念设计,并对该新型节点实施了循环往复加载的足尺试验,考虑了不同柱轴压比对节点抗震性能的影响。研究表明,提出的外加劲铸钢模块节点具有优良的延性、稳定高效的耗能能力、较大的承载力、合适的刚度,能充分利用节点域稳定剪切塑性耗能。经分析验证,现行节点域极限承载力公式经修正后可适用于外加劲铸钢模块节点;通过控制梁与节点域的相对强弱,可实现对节点屈服时序的控制。

钢结构异型节点受力性能及非线性有限元分析

利用ABAQUS对钢结构异型节点进行非线性有限元分析,求得了节点核心区的应力分布和剪切变形,并对上核心区和下核心区不同的受力状态进行了分析与比较.与试验结果的对比表明,计算结果是可靠的.由分析可知,弹性阶段上核心区的应力比下核心区的应力大得多;塑性阶段核心区的剪应力成为影响其Mises等效应力的主要因素;上核心区和下核心区的剪切角都可以超过0.03,均具有较强的耗能能力;上核心区和下核心区不是作为一个整体工作.最后提出了设计异型节点的一些建议.

外伸端板节点抗火设计方法

为外伸端板节点的抗火设计提供参考,提出了一个外伸端板节点抗火设计方法.结合我国现行的GB50017-2003《钢结构设计规范》和CECS200:2006《建筑钢结构防火技术规范》,考虑结构钢高温下的力学性能,对常温下外伸端板节点的承载力进行分析和改进.提出了高温下高强螺栓,外伸端板,柱翼缘和节点板域抗火承载力计算公式.通过计算两个外伸端板节点的临界温度和耐火极限与试验结果对比,验证了方法的可靠性.

钢框架变形分析──考虑节点板域剪切变形影响

应用钢框架节点板域剪切变形的线性模型计算框架的水平位移，据节点板域和梁、往的刚度矩阵理论分析和实验结果，编制了考虑节点板城剪切变形的框架分析程序，应用此程序计算了单跨3层钢框架结构，与文献9结果进行了对比分析。

仿古建筑圆钢管柱-工字钢截面双梁节点抗剪承载力研究

为了研究仿古建筑圆钢管柱-工字钢截面双梁节点的抗震性能以及轴压比和节点约束效应对节点核心区抗剪承载力的影响,对4个全焊双梁-柱节点进行了水平低周反复加载试验。将节点域分为上、中、下3个小核心区,通过观测试件在侧向力作用下的破坏形态,研究双梁-柱节点的受力机理,得到节点域下核心区的剪力-剪切变形滞回曲线。从试验的滞回曲线可以看出,节点下核心区最先屈服且下核心区剪切角最大,上核心区次之,剪切变形发展均较为充分。试验结果表明,仿古建筑圆钢管柱-工字钢截面双梁节点破坏形式主要为沿节点下核心区对角线的剪切破坏。根据试验和理论分析结果,提出一种考虑轴压比和约束效应影响的双梁-柱节点的抗剪承载力计算公式。

左右梁高不同外加强环式钢框架节点力学性能

为了研究左右梁高不同的圆形钢管柱-H型钢梁外加强环式框架异形节点的力学性能,利用非线性有限元软件ABAQUS建立了三维空间外加强环式钢框架异形节点有限元模型,并进行弹塑性有限元分析.对比分析了不同几何参数对外加强环式钢框架节点的承载能力及初期刚度的影响.结果表明:随着左右梁高度比的增加,节点域的承载力降低,初期刚度增加;增加柱壁厚度和梁翼缘厚度,导致节点域的承载力增加;随着轴压比的增加,节点域的承载力随之降低;柱壁厚度、梁翼缘板厚度以及轴压比对节点域的初期刚度影响较小.

过焊孔对H型钢柱梁节点受力性能的影响

针对过焊孔对柱梁节点受力性能影响的相关研究较少,通过试验和有限元分析,研究过焊孔对T形柱梁节点各组成部分的力学性能的影响。结果表明:增大节点域的强度,不利于构件的变形性能,但可以提高构件的最大承载力。柱梁节点处过焊孔影响分析模型(analysis model,AM)的梁弯矩荷载分布。在梁柱节点的梁端部位,因过焊孔应力易集中,梁腹板弯矩荷载偏大。在梁端轴向0~80 mm范围内,梁腹板弯矩荷载相对小,其中,梁端轴向接近35 mm处的梁腹板弯矩荷载最小。在梁端轴向0~80 mm范围内,梁翼缘弯矩荷载相对大,这是由于受过焊孔影响引起的梁腹板承载能力递减、过焊孔周围应力易集中及外荷载作用不变等原因导致的;且梁腹板承担的荷载越小,梁端轴向对应处的梁翼缘承担的荷载越大。节点域强度变化与AM模型的梁端腹板承担的剪力荷载呈正相关,节点域强度越小,梁端腹板承担的剪力荷载也越小。

薄柔钢框架刚性端板连接节点的设计方法

通过对已有试验结果的分析、公式推导和节点参数计算,指出影响端板连接节点刚度的关键因素是节点域刚度,提高节点刚度最有效的措施是提高节点域刚度.提出薄柔钢框架中刚性端板连接节点的设计方法,根据薄柔构件的特点,在现行规范基础上对节点组件的设计作了修改和补充,对节点增加了刚度计算和刚性判断.当初步设计的节点不满足刚接要求时,提出了加厚节点域柱腹板的调整措施.按照此方法设计的端板连接节点可以被认为是刚性节点.

方钢管-H型钢梁隔板贯通节点核心区抗震性能研究

对3个十字形隔板贯通节点进行柱顶恒定轴力和梁端横向往复荷载作用下的试验。3个足尺试件设计变化的参数为隔板厚度和核心区柱壁厚度。基于试验结果,采用有限元软件ABAQUS对试件进行非线性分析和计算,得到梁端荷载-位移滞回曲线并与试验进行对比,且利用有限元软件对试验过程应力分布进行分析。试验结果及有限元分析表明:对于隔板贯通节点,其隔板的厚度以及核心区柱壁的厚度对核心区的承载力有重要影响;梁端塑性铰破坏模式与核心区凹曲剪切破坏模式下,试件的滞回曲线均饱满而稳定,且耗能能力均能满足要求;核心区在受剪破坏模式下,其承载力和性能基本上只与核心区柱腹板和隔板厚度有关,而与核心区柱翼缘厚度无关。

箱形节点域不锈钢端板连接梁柱弱轴节点受力性能

为了探究不锈钢弱轴节点的静力性能和抗震性能,设计并加工了4个端板连接不锈钢梁柱弱轴节点试件,包括奥氏体型和双相型两种不锈钢牌号试件各两个,且均设置了箱形节点域进行加强。对节点试件分别开展单调静力和低周反复加载试验,得到了节点的整体受力性能和局部受力特征,包括节点在单调静力和低周反复荷载作用下的失效破坏形态、荷载-位移曲线和螺栓力发展过程,以及节点在低周反复荷载作用下的刚度、强度退化和耗能能力。结果表明:在静力和循环荷载作用下,节点的最终破坏形态为柱子蒙皮板与柱翼缘的对接焊缝出现断裂,奥氏体型不锈钢节点的初始刚度约为双相型不锈钢节点的90%,塑性承载力约为双相型不锈钢节点的60%~70%;节点在循环荷载作用下,滞回曲线较为饱满,无明显捏拢现象,出现了刚度和强度退化,奥氏体型不锈钢节点的累积耗能约为双相型不锈钢节点的3倍。设置箱形节点域之后,弱轴端板连接节点受力性能对焊缝质量要求更高,焊缝的提前断裂导致不锈钢材的优良延性未能充分发挥。采用有限元软件ABAQUS建立了精细数值模型对试验节点的受力性能进行模拟,并基于试验结果验证了所建立模型的准确性。得到的试验结果和建立的有限元模型可为后续箱形节点域不锈钢弱轴节点受力性能研究提供参考。

杭州南站站台雨棚变截面柱异型节点分析

研究目的:针对站台雨棚结构体系布置,设计了一类变截面柱异型节点,为使该节点具有良好的受力性能,对其构造布置进行多方案优选,并利用ABAQUS对钢结构异型节点进行非线性有限元分析,通过对比几种不同截面形式及连接方式对节点受力性能的影响,给出不同圆钢管混凝土柱端板的厚度及其内置加劲肋的高度,改变加劲肋的布置角度等几种方案,对上部方钢管及下部圆钢管混凝土柱的受力进行分析。研究结论:(1)端板的厚度、加劲肋的高度合理取值、加劲肋的布置方向与受力较大梁连接的管壁对齐,可满足节点受力要求;(2)节点设计自由度大,外形设计容易满足建筑造型要求;(3)节点的强度、局部稳定和节点的变形满足设计规范;(4)通过合理设置节点壁厚、内加劲肋等,可有效降低应力、增强节点刚度、避免局部变形,满足设计要求;(5)所设计的异型节点可用于同类雨棚的设计中。

钢结构梁柱刚性节点抗震设计探讨

钢框架梁柱刚性连接节点是强震作用下的主要破坏位置,总结了梁端削弱式和加强式节点的应用特点,指出梁端加强式节点方案在实际应用时,由于加强梁端截面,在强柱弱梁抗震设计时,为满足规范相关计算要求,一般会造成柱截面加大或节点域腹板加厚。基于工程实践,提出相关的设计建议。

钢梁柱节点域受力性能影响因素的有限元分析

利用大型通用有限元软件,建立有限元模型,在单调加载作用下,分析了柱翼缘以及横向加劲肋的厚度变化对节点域受力性能的影响,得出相关的结论。

关于钢框架节点域厚度的讨论

基于节点域是钢框架体系中的薄弱环节,介绍了节点域厚度和节点域刚度的关系,并以美国抗震规范和我国规范对节点域厚度公式进行了比较分析,探讨了节点域厚度的变化对高层框架层位移和层间位移的影响,指出适中的节点域变形对提高梁柱连接的延性有很大作用。

方钢管柱-H形钢梁隔板贯通节点核心区弹性刚度计算方法研究

对方钢管柱-H形钢梁隔板贯通节点梁端承受弯矩时的核心区弹性刚度进行研究,分析核心区的变形机制,在合理假定的基础上,进行理论推导,提出以剪切变形为核心区主要变形机制的隔板贯通节点核心区弹性刚度计算式。基于经试验验证的有限元模型,对隔板贯通节点进行参数化分析,将计算所得理论值与有限元结果进行对比,两者吻合良好,表明所提出的计算式能够准确地计算隔板贯通节点核心区弹性刚度。

H型钢柱梁节点试件的抗震性能分析

为明确不同节点域强度H型钢柱梁节点试件的抗震性能,通过5组不同节点域强度H型钢柱梁节点试件的加载试验,从试件的滞回曲线、骨架曲线、承载能力、刚度退化及能量耗散系数等多方面开展研究。结果表明:随着节点域强度提升,试件的屈服强度和初始刚度提升,而变形能力递减。节点域与梁强度比Rpjb在0.8~0.95范围内时,试件的延性较好;同时,Rpjb≥0.8的各试件的最大承载力值接近;建议Rpjb控制在0.9左右。

外伸端板节点的实用防火设计

梁柱节点对钢结构在火灾中的性能产生显著影响,这一点尽管已经广为人知,但是一直以来都没有一种方法可以分析评估火灾中外伸端板节点的性能。本文基于中国钢结构设计规范[中国钢结构设计规范,2003]和建筑钢结构防火技术规范[中国建筑钢结构防火技术规范,CECS,2006],分析了火灾中外伸端板节点的承载力,考虑了钢材在温度升高时的力学特性。基于组合节点包括螺栓、外伸端板、柱翼缘和节点域等,在温度升高时的承载力,提出了一个用于节点防火计算和评估的实用方法。采用此法对2个外伸端板节点的临界温度进行了预测。通过与试验结果的对比验证了该方法的有效性。