圆钢管混凝土柱-钢梁削弱式节点抗震性能研究

为探究圆钢管混凝土柱-钢梁结构体系中梁柱削弱式节点的抗震性能,建立翼缘犬骨削弱和腹板圆孔削弱两种形式的节点在水平往复荷载作用下的有限元计算模型,对两种节点的破坏模式、能量耗散性能和节点延性进行对比研究。计算结果表明,不同削弱形式的节点翼缘板均发生弯扭破坏,腹板区域发生屈曲破坏。两种削弱形式极限承载力和刚度退化规律相似,建议对梁翼缘犬骨削弱范围不大于0.25bf,梁腹板圆孔削弱范围不大于0.35hb。相对于翼缘削弱节点,腹板削弱节点在水平往复荷载作用下易发生面外失稳,但其具有更好的耗能能力。实际工程中,对面外稳定性有更高要求时可采用翼缘削弱式节点,对于梁端约束且削弱区段可替换情况下可采用腹板削弱式节点,以满足不同的梁柱节点对抗震性能的要求。

悬臂梁段不同拼接方式下延性节点静力性能分析

为了解决装配式钢结构的抗震问题,提出3种适用于模块化装配式钢框架的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点,通过拼接区的滑移或者削弱梁段的塑性变形实现节点良好的延性性能.为减少强震作用对梁柱连接焊缝的破坏,对3种不同的节点提出了各自的抗震设计要求.在对3组试件进行足尺静力试验的基础上,对节点进行了单调加载有限元分析.获得了节点的弯矩-转角曲线以及节点的破坏模式,并和试验结果进行了对比,得到了接触面摩擦力和螺栓拉力的变化规律.通过推导的简化计算公式对节点的初始转动刚度、滑移荷载和屈服荷载进行了计算.结果表明:节点静力加载的破坏模式为靠近拼接区域的悬臂梁下翼缘或者削弱梁段单独或者同时发生较大的局部屈曲变形,节点在破坏前经历了充分的塑性变形,属于延性破坏,3种试件都有良好的延性性能和塑性转动能力.节点简化计算公式得到的结果和试验结果吻合良好.

框架结构典型梁柱节点的抗连续倒塌性能

建立精细化有限元模型,得到了传统栓焊(WUFB)节点、盖板式(WCPF)和狗骨式(RBS)节点在连续倒塌过程中的失效过程,并从能量角度推导了3种节点的动力响应.结果表明:盖板式节点的转动刚度大、拉结能力强,梁机制和悬链线机制承载力均很高,结构的吸能能力好,抗连续倒塌性能优越;狗骨式节点的转动能力强,结构的悬链线效应和吸能能力提高,但结构的外力功增大,抗连续倒塌承载力略有降低.梁柱节点在连续倒塌工况中和地震作用下的受力状态差异大,连续倒塌工况下节点的极限转角远高于节点在地震作用下的转动能力.

狗骨式钢结构梁柱节点的冲击荷载试验研究和有限元分析

设计采用FEMA标准过焊孔构造的2个削弱型狗骨式全焊连接的钢结构梁柱节点试件,对试件施加落锤冲击荷载来模拟结构的动态倒塌效应,考察狗骨式节点削弱程度对钢框架梁柱节点抗冲击性能的影响。通过试验获得节点试件的破坏形态及其冲击荷载和位移时程曲线,分析试件冲击过程动态响应规律以及节点动态转角和耗能能力。试验结果表明:节点试件的主要破坏形态是钢梁塑性铰截面上翼缘屈服的面外变形和腹板扭曲变形;2个节点试件均具有良好的抗冲击转动能力,其最大转角均远远超过FEMA350标准抗震设计的转角限值(θ=0.077 rad)要求;削弱型狗骨式全焊连接节点相对普通全焊接节点的耗能能力和延性均明显提高。采用ABAQUS软件建立了狗骨式梁柱节点子结构的有限元分析模型,通过分析狗骨式梁柱节点在冲击作用下内力发展规律可知,狗骨式节点设计有助于构件向悬链线效应转换。

方钢管混凝土柱-削弱钢梁端组合梁节点受力性能研究

利用三维实体单元,对"带内隔板的方钢管混凝土柱-削弱梁端的钢与混凝土组合梁框架节点"建立了考虑几何非线性和材料非线性的有限元理论分析模型,通过对已有试验模型的模拟分析,验证了有限元方法的正确性,进而模拟分析了"框架节点"在单调和低周反复荷载作用下的受力性能,深入研究了其荷载-位移曲线、节点区梁端的应力分布规律、耗能能力及破坏特征.研究表明:混凝土楼板的组合作用可以适当提高节点的承载力和刚度,且对削弱梁端节点区的应力分布影响较小;梁端削弱组合梁各节点的承载力和刚度均比梁端无削弱组合梁节点的有所降低,但降低幅度不大;梁端削弱组合梁各节点均表现出良好的延性及耗能能力.

方钢管混凝土柱--削弱钢梁端栓焊连接节点受力性能

采用三维实体单元,对"带内隔板的方钢管混凝土柱-削弱梁端钢梁栓焊连接框架节点"建立了考虑几何非线性、材料非线性和接触非线性的有限元理论分析模型,将有限元模型与试验模型进行对比分析,规律方面吻合较好,进而对"框架节点"在单调和低周反复荷载作用下的受力性能进行了数值分析,深入研究了其荷载-位移曲线、节点区梁端的应力分布规律、耗能能力及破坏特征。研究表明:各种梁端削弱节点P-Δ曲线的初始刚度和梁端无削弱节点的初始刚度基本相同;梁端削弱节点的承载力比梁端无削弱节点的承载力有所降低,但降低幅度不大;梁端削弱节点均能够将塑性铰外移致梁端削弱区域;各种削弱形式的梁端削弱节点均表现出良好的延性及耗能能力,具有较好的抗震性能。

近场加载制度下狗骨式钢框架子结构抗震性能的试验评估

为评估狗骨式钢框架子结构在近场加载制度下真实的抗震性能,改变钢梁翼缘和腹板的板件宽厚比设计了2榀单跨狗骨式钢框架子结构试件。通过对狗骨式钢框架子结构试件按Krawinkler提出的用于模拟近场带速度脉冲的加载制度进行拟静力试验,重点评估了狗骨式钢框架子结构的破坏形态、变形能力及累积耗能能力等性能。试验结果表明:试件钢梁端部焊缝未出现脆性断裂,狗骨式钢框架子结构均可通过近场加载的抗震性能检验。两个试件的钢梁翼缘削弱部位均在近场加载制度阶段出现延性塑性铰,并形成了理想的塑性屈服机构。具有较小板件宽厚比的试件Frame-1在延性系数、累积延性比、累积滞回耗能及等效能量耗散系数等方面均大于板件宽厚比较大的试件Frame-2。

方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能研究

翼缘削弱型节点可将塑性铰外移到梁端,从而有效地保护节点,避免发生脆性连接破坏。基于ABAUQS软件,参照目前钢框架节点的削弱参数取值,对方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能的影响进行了数值模拟,结果表明:合理选择相应的翼缘削弱参数,可在承载力降低不明显的情况下实现此类节点塑性铰外移,且位移延性有所提高。基于前述模型,对此类节点的翼缘削弱参数对其承载力和位移延性的影响进行了参数分析,最终建议了此类节点削弱深度的合理取值范围。

方钢管混凝土柱-焊接腹板削弱钢梁节点选型及设计

根据钢框架强柱弱梁、强节点弱构件的抗震设计原则,常采用削弱梁将梁端塑性铰外移至削弱区域。本文采用三维非线性有限元分析腹板开孔的削弱梁形式,并和传统的狗骨式节点(RBS)受力性能进行对比,通过各种节点的承载力与应力分布情况比较提出两种有效的梁腹板削弱构造形式(腹板开圆孔和长圆孔),并且参照国家规范给出了此类节点的设计建议方法。

带内隔板的方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁节点抗震性能研究

梁柱节点作为结构受力的关键部件,对结构体系的受力和抗震性能至关重要。在合理选取混凝土及钢材材料模型的基础上,本文采用ABAQUS有限元软件建立了方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁(RBS)内隔板式节点数值分析模型,分别进行了单调加载和往复加载下滞回性能的数值模拟,并将有限元模型计算结果与已有试验结果进行了对比,总体上吻合良好。基于此数值模型,对该类节点在低周往复荷载作用下的滞回性能进行了分析对比,并研究了翼缘削弱深度对RBS节点抗震性能的影响。结果表明,对梁翼缘进行削弱,不仅符合"强柱弱梁"的设计要求,还能明显改善普通钢管混凝土柱-钢梁内隔板式节点的延性,提高其抗震性能。并根据计算结果,本文对翼缘削弱深度的取值给出了初步建议。

狗骨式钢框架子结构节点的累积变形及耗能能力

目的研究在不同加载制度下狗骨式钢框架子结构中节点的累积塑性转角、累积延性比及累积耗能能力的计算方法,为钢框架结构基于性态的抗震设计理论提供参考.方法基于所完成的6榀狗骨式钢框架子结构的拟静力试验,给出了钢框架子结构中典型狗骨式节点的滞回曲线,归纳了所有狗骨式节点的破坏模式、累积塑性转角、累积延性比及累积耗能能力,重点考察加载制度、板件宽厚比对其性能的影响.结果钢梁板件宽厚比对钢框架子结构中狗骨式节点的显著屈服转角有一定影响,钢梁板件宽厚比越大,则狗骨式节点越易发生先屈曲后屈服现象.加载制度对钢框架子结构中狗骨式节点的累积塑性转角及累积耗能能力有显著影响,所施加的循环位移越小,其累积塑性转角及累积耗能能力越大.结论通过统计分析回归了狗骨式节点的累积塑性转角、累积延性比及累积塑性耗能能力的计算公式,对提出狗骨式钢框架结构基于性态的抗震设计方法具有指导意义.

钢管混凝土柱-削弱钢梁节点受力性能研究

提出了翼缘开圆孔和翼缘、腹板均开孔的方钢管混凝土柱-钢梁削弱梁端新型节点形式.建立考虑几何非线性和材料非线性的有限元模型对此新型节点形式在单调及低周反复荷载作用下的受力性能进行数值分析,并和实验及传统的狗骨式节点(RBS)在荷载-位移曲线、节点削弱端应力分布、承载力、延性及耗能能力等方面进行对比.结果表明:此类削弱方式与狗骨式节点的刚度和承载力均基本相同;塑性铰均能外移至削弱区域;削弱节点表现出良好的延性和耗能能力,具有较好的抗震性能.

RC环梁式圆钢管约束SRC柱-狗骨式钢梁节点抗震性能研究

对RC环梁式圆钢管约束型钢混凝土柱-狗骨式削弱型钢梁节点在低周反复荷载作用下的抗震性能开展数值研究。在验证有限元模型正确性的基础上,研究了狗骨式梁端翼缘削弱参数、梁柱线刚度比和柱轴压比对该节点破坏模式、滞回性能、骨架曲线等的影响。结果表明:对钢梁梁端进行狗骨式削弱,可使节点塑性铰位置明显外移,起到保护RC环梁及节点区的作用,从而更好地满足“强节点弱构件”的抗震要求;梁端削弱参数对RC环梁的破坏程度和梁端塑性铰位置影响较大;在合理削弱参数范围内,狗骨式节点基本试件的最大荷载较未削弱型节点的最大荷载降低了5.95%,节点位移延性系数均大于4.4,表明狗骨式节点具有良好的抗震性能;随着梁柱线刚度比的增大,RC环梁破坏越严重;节点最大荷载和延性随柱轴压比的增大而降低,建议轴压比取值不大于0.7。

不同构造形式节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接削弱型节点抗震性能分析

首先采用ABAQUS有限元软件,结合国内已通过试验验证的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接以及已有的焊接节点试验,验证了有限元模拟的有效性。在通过有限元软件ABAQUS模拟几种不同构造形式的削弱型节点,并与标准型节点在单调荷载作用下的承载力、循环荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线、强度与刚度退化曲线、断裂指数等方面进行了对比分析,研究结果表明:节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接节点局部削弱可以改善节点的破坏形态,实现塑性铰的外移,防止节点脆性断裂;当采用节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的节点形式,由于弱轴方向本身抗侧刚度较大,同时考虑建筑功能要求、抗震效果及经济性等指标,弱轴方向宜采用削弱型节点,其中腹板开孔型节点承载力及刚度没有过多的下降,且滞回曲线饱满,耗能性能及延性较好。而狗骨削弱型节点存在侧向失稳的问题,因此建议节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接削弱型节点应采用腹板开孔型节点。

钢框架梁柱狗骨式节点疲劳性能试验研究

对钢框架梁柱狗骨式节点在疲劳荷载作用下进行等比例试验,研究了狗骨式节点的破坏形式、滞回性能、梁截面削弱处和根部的应力应变情况及疲劳性能,并对结果进行了对比分析。试验结果表明对梁截面进行合理的削弱可以达到塑性铰外移的目的,具有更好的抗震性能;梁根部翼缘处的焊缝强度及质量是决定狗骨式节点疲劳性能的关键因素,只有具有良好的焊接质量才能充分发挥狗骨式节点在疲劳荷载作用下的抗震性能。

翼缘削弱型外伸式端板连接节点在梁柱弱轴方向的受力性能研究

通过ANSYS有限元程序,对翼缘削弱型端板连接节点进行了单调加载和低周反复荷载作用下非线性有限元分析,研究翼缘削弱型端板连接节点的破坏形式和受力性能。分析结果表明:在梁柱弱轴方向,翼缘削弱型端板连接具有较大的连接刚度和理想的滞回性能;梁翼缘处的焊缝强度是决定翼缘削弱型端板连接节点性能的主要因素,这为翼缘削弱型节点的研究和应用提供了理论依据。

钢管混凝土柱-混合梁节点抗震性能试验研究

提出适用于装配式大跨度组合框架结构的钢管混凝土柱-混合梁节点.为了研究节点的抗震性能及受力机理,对2个足尺中柱节点试件进行低周往复加载试验.2个试件分别采用混合梁端型钢翼缘削弱式(RBS)节点以及梁端普通型钢节点.对2个节点的破坏形态、耗能能力、承载能力、延性以及混合梁的应变分布规律进行对比分析.试验结果表明,对梁端型钢翼缘的削弱处理可以有效促进试件在翼缘削弱区形成塑性铰,避免梁端焊缝的脆性破坏.相比型钢未经处理的节点,翼缘削弱节点展现出更好的延性和耗能能力;梁底附加钢筋屈服后的黏结滑移会影响节点的耗能能力,在锚固长度满足规范要求的前提下,应适当增加其配筋率,以防止过早出现附加钢筋屈服后的黏结滑移.

典型钢梁与箱型柱采用梁翼切削或梁翼加盖板抗弯接头的破坏模式

本文主要介绍二十二组钢梁与箱型柱抗弯接头试体的耐震行为与破坏模式,其中十七组试体采用梁翼切削(reduced beam section,RBS)式接头,另五组以梁翼加盖板的补强(enlarged beam section,EBS)式接头,所有试体均为梁腹栓接、梁翼焊接(BWWF)的现场施作接头。试验结果显示,七组梁翼切削试体及三组梁翼加盖板试体具有4%弧度层间位移角或3%塑性转角以上的变形能力,此十组试体的平均梁塑铰应变硬化系数为1.22。由试体破坏形式归纳,造成梁柱接头变形能力不足的破坏模式包括:梁翼板全渗透焊道断裂、梁翼板于梁腹扇形开孔尖端附近断裂、梁翼切削段内断裂、柱内横隔板与柱板间焊道破坏、及柱板冷(氢)裂五类。探讨此试体破坏原因发现,在六组钢梁与柱内横隔板电溶渣焊焊道侧接合的试体中,三组试体破坏发生于电溶渣焊与柱板接合界面附近,破坏机率高达50%,此现象应值得钢构业重视。本研究成果也发现,高达55%试体未满足台湾钢结构设计规范3%塑性转角或美国AISC耐震特别规定4%层间位移角的变形需求,此显示钢梁与箱型柱采用梁翼切削或加盖板抗弯接头的设计、施工与检测技术有相当大的改善空间。

狗骨式节点考虑残余应力影响的性能分析

采用Ansys分析软件模拟狗骨式节点焊接过程,并计算了构件残余应力分布,对构件施加低周反复荷载,分析了狗骨式连接的滞回性能。结果表明:焊缝强度是影响节点滞回性能和极限承载力的主要因素。

美国钢框架结构抗震设计方法介绍

介绍了按美国规范进行钢框架抗震设计的要求与具体方法 ,重点介绍了缩小梁截面框架节点的设计 ,并结合工程设计实例详细地介绍了框架梁、柱、节点的计算过程 ,以供参考。