可控转角摩擦型铰节点滞回耗能研究

提出一种可控转角摩擦型铰节点,介绍了该节点的构造。利用既有试验对有限元软件ABAQUS模型材料参数进行验证,结果表明,试验结果与数值模拟结果吻合较好。建立25个不同参数的节点模型,探究螺栓预紧力、拼板间摩擦系数、梁固定端距销轴轴心距离、梁连接端肋板厚度、梁连接端肋板外伸长度、节点处肋板厚度、节点处肋板外伸长度共7个变化参数对节点滞回耗能的影响。通过拟合获得的数据,建立了节点摩擦反力提高系数与摩擦系数、节点安全储备系数与摩擦系数的关系曲线。结果表明:当节点转角大于设定转角后,节点产生的限位接触使节点反力大幅增加,实现限制节点转角的目的;摩擦系数在0.35左右耗能最大;在节点转角小于设定转角时,滑动摩擦反力与螺栓预紧力的比值约等于摩擦系数;节点最终破坏的总耗能随螺栓预紧力的增加而增大;螺栓预紧力超过规范规定的设计值时,对节点的累积耗能提高程度不明显;梁固定端距销轴轴心距离在梁高的0.95至2倍时耗能最佳;梁固定端距销轴轴心距离过大时,将降低节点的极限反力;梁连接端肋板厚度、梁连接端肋板外伸长度、节点处肋板厚度和节点处肋板外伸长度对节点滞回性能影响不显著。

基于改进简化拉-压杆模型的钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力计算方法

在简化拉-压杆模型(Simplified softened strut-and-tie model,SSSTM)基础上,考虑轴压比对混凝土斜压杆倾角的影响,修正斜压杆倾角计算公式,并基于剪滞模型,考虑裂缝面纤维数量及纤维取向特性,建立裂缝面单位面积纤维拉应力计算公式,从而提出适用于钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力计算的改进简化拉-压杆模型(Modified simplified softened strut-and-tie model,MSSSTM).采用MSSSTM模型、SSSTM模型对36个钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力进行计算.结果表明:MSSSTM模型、SSSTM模型的试验值与计算值之比的平均值分别为1.01、1.05,变异系数分别为0.04、0.09;按照MSSSTM模型计算得到的钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力试验值与计算值吻合较好,离散性较小,且该模型亦能较合理地反映轴压比、混凝土强度等对节点受剪承载力的影响.

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。

错位缺陷对钢桥中厚板斜十字接头静力性能影响研究

为了解错位缺陷对钢桥中厚板斜十字接头静力性能的影响,以某主跨200 m的简支系杆拱桥拱-梁节点为背景进行研究。采用理论分析与有限元计算相结合的方法,分析错位量和斜交角度对厚板斜十字接头热点应力的影响,并提出考虑错位缺陷的厚板斜十字接头应力集中系数的计算方法。结果表明:错位缺陷对斜十字接头的静力性能影响较大,负错位缺陷比正错位缺陷更不利;斜十字接头竖向支承板焊缝处最大热点应力与错位量近似正线性相关,并与斜交角度正相关;提出的应力集中系数的计算方法与有限元计算结果拟合较好,可应用于钢桥施工阶段产生错位缺陷的厚板斜十字接头受力情况的初步估算。

用角钢外传力的钢管柱框架节点性能分析

实际工程施工中,钢管柱标高定位的错误时有发生,导致柱内隔板与柱外梁截面错位,使得内隔板失效,柱壁直接承受梁端传来的拉压力和剪力,节点性能急剧下降。针对实际工程柱标高错误的情况,利用有限元软件ABAQUS建立16个四等高梁钢管柱-钢梁框架加固型节点模型进行对比。通过对荷载-位移曲线、Mises路径应力分布及柱外壁路径变形的分析,讨论角钢传力件不同参数对钢框架节点工作性能的影响。结果表明:在一定范围内角钢边厚和变宽的增加以及棱角间距的减小可以明显改善节点性能,超出范围改善则不明显。角钢传力件参数建议取值为:梁翼缘厚度为边厚,0.8倍的梁翼缘宽度为边宽,棱角间距取为梁翼缘厚度。依此可显著提高框架节点的承载能力,明显降低梁柱交接焊缝处应力,有效地约束节点柱壁处的凹凸变形,塑性铰外移,从而使节点在承受荷载时不会首先破坏,实现了强节点弱构件的目的。

角钢连接的装配式异形柱框架边节点抗震性能研究

装配式异形柱混凝土框架是城镇建筑适用的结构形式,采用角钢连接预制梁和柱比现浇节点更方便、环保,节点的力学性能是实现框架结构抗震性能的关键因素,因此研究角钢连接的装配式异形柱框架节点抗震性能十分必要。设计制作了角钢连接的装配式异形柱框架结构边节点足尺模型,通过拟静力试验和数值分析相结合的方法,研究了其破坏机理和力学性能参数,提出了其用于整体结构分析的简化模型。研究表明:角钢连接的装配式异形柱框架边节点与现浇节点有相同的梁铰破坏机制,装配式节点刚度小于现浇节点,而延性和耗能能力略优于现浇节点;装配式框架结构整体内力分析结果与现浇框架不同,应按照半刚性节点框架的内力分析结果确定预制构件的配筋;将螺栓孔灌实的顶底角钢连接的装配式框架节点与现浇节点力学性能几乎相同。

考虑半刚性的耐候钢角钢K形节点抗弯性能有限元分析

耐候钢角钢K形节点是输电铁塔中的重要节点,其受力性能直接影响耐候钢输电铁塔的承载能力。以输电塔角钢K形节点的试验数据为依据,通过增大有限元模型单元接触面摩擦系数以及螺栓与螺栓孔的间距来反映钢材的耐候钢电化学腐蚀特性。以能够与试验现象和试验数据拟合良好的有限元模型为基础,分析螺栓直径、螺栓间距、主角钢厚度、主角钢肢宽、偏心距和节点板厚度的变化对耐候钢角钢K形节点抗弯性能的影响。研究结果表明:螺栓直径和螺栓间距对节点抗弯性能的影响最大,与螺栓直径为16 mm时相比,螺栓直径为18 mm、20 mm和22 mm时节点承载力的增幅分别为28%、52%和64%;与螺栓间距为70 mm时相比,螺栓间距为80 mm、90 mm和100 mm时节点承载力的增幅分别为8.46%、17.85%和34.28%。主角钢厚度和主角钢肢宽对节点抗弯性能影响有限,偏心距和节点板厚度对节点抗弯性能影响不大。

角钢耗能自复位混凝土框架节点的耗能性能

提出角钢耗能自复位混凝土框架设计方法,建立节点的有限元数值模型,并试验验证其有效性。对抗弯承载力比φdes预应力筋不同的节点进行模拟分析,研究其在地震作用下的自复位性能、耗能能力和材料损伤等性能指标。为提高该类节点耗能能力,通过改变角钢竖肢螺杆标距做进一步研究。结果表明:角钢耗能节点具有良好的自复位性能,但耗能能力不足;减小抗弯承载力比φdes,自复位能力降低、残余变形加大,但耗能能力增强。与混合连接节点相比,应适当降低节点抗弯承载力比φdes的最低取值,以弥补其耗能能力的不足。角钢竖肢塑性变形是节点的主要耗能方式,且集中在竖肢的螺栓孔高度和竖肢转角位置;减小竖肢螺杆标距,且保持材料其他参数不变,将导致抗弯承载力比φdes减小、截面抗弯承载力提高,节点耗能能力将随之增强。

预埋角钢连接件的叠合板-钢梁装配式梁板节点抗震性能研究

为优化预制底板伸出胡子筋造成运输难度大、施工不便等问题,提出了一种带预埋角钢连接件的叠合板-钢梁装配式梁板节点,并将其与出筋的装配式梁板节点和不出筋的装配式梁板节点进行了低周往复荷载加载试验,并分析3组试件的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、割线刚度以及能量耗散的差异性,并基于有限元建立了单调荷载下梁板节点模型,将其与往复荷载下的节点横向抗剪承载力对比。结果表明:角钢连接件减小了钢梁与叠合板之间的相对滑移,起到抗剪连接件的作用,提高了钢与混凝土之间的组合效应和抗震性能;设置角钢连接件,避免了叠合板底板伸出胡子筋带来的施工不便等问题。往复荷载下的梁板节点的横向承载力比单向荷载下降低了20.6%;横向荷载下,角钢连接件的根部应力最大,角钢上的钢筋也参与了抗剪工作,起到了增强预制层与现浇层的叠合性能的作用。

混合干法框架梁柱节点的力学性能参数分析

为研究混合干法框架梁柱节点在静力荷载下的力学性能,文中利用ABAQUS软件,采用控制变量法,共建立了2组有限元模型共20个,对可能影响节点力学性能的几个因素展开大量的非线性有限元分析,研究顶底角钢厚度、连接处摩擦系数2个参数对混合干法框架梁柱节点力学性能的影响。结果表明,有限元计算结果与试验数据较为吻合。节点的初始刚度和抗弯承载力与顶底角钢的厚度变化相关,在一定范围内会随着角钢厚度的增加而显著增长;随着摩擦系数的增加,初始刚度和节点屈服抗弯承载力均呈线性增长。

钢悬链立管用柔性接头性能测试研究

为了验证钢悬链立管用柔性接头的各项性能是否满足设计要求,对Φ304.8 mm钢悬链立管用柔性接头进行了最大转动角度、电气连续性、低压氮气、背部密封压力、静水压完整性、带压转动刚度及最大静水压力等各项测试。结果表明,Φ304.8 mm钢悬链立管用柔性接头的各项性能符合设计要求,满足柔性接头结构完整性、功能性及规范技术要求,可应用于实际工程作业。同时依据钢悬链立管柔性接头工作状态,提出了钢悬链立管柔性接头验收测试方法,解决了柔性接头验收测试问题。

钢管角钢组合塔变坡节点承载力研究

为研究钢管角钢组合塔变坡节点特性，对2个相同尺寸、不同加载方式的变坡节点进行静力足尺试验，对受力性能、承载力和破坏模式的分析研究表明，节点破坏模式均为受压端节点板平面外失稳，说明节点板是薄弱区域。采用有限元软件ABAQUS建立三维实体模型，对影响变坡节点承载力的主要因素进行参数分析，结果表明，在一定范嗣内，节点承载力随节点板厚度的增大而提高，节点板厚度每增加2mm，承载力提高5％-9％，当厚度增加到一定限度。承载力提高30％左右，节点板得到充分利用。

角钢塔K形节点弯矩-转角曲线研究

为研究特高压角钢输电塔K形节点的弯矩-转角关系,进行了5个足尺的节点试验。试验结果表明:此类节点通常因连接主角钢和节点板的螺栓被剪断而达到极限弯矩。参数分析表明:在其他条件相同的情况下,螺栓个数对节点的极限弯矩和初始转动刚度影响很大;此类节点的形状系数的分布范围为1.97～2.10,绝大部分集中在2附近。并拟合出以上各参数的计算公式。对比表明,Kishi-Chen幂函数模型能够较准确地反映此类节点的弯矩-转角关系。

杭州大剧院的结构设计

杭州大剧院工程建筑设计新颖独特 ,给结构设计带来了很多新的课题 ,如斜桩设计、特殊体型结构的抗风设计、大跨度空间钢结构设计、大面积圆锥面玻璃幕墙设计、双墙声学缝设计等。文中介绍了杭州大剧院结构设计的基础设计、风洞试验和上部结构设计以及声学设计对结构的影响等主要内容。

复合阻尼钢板T型接头激光焊接工艺

为满足日益复杂的焊接构件,利用六轴五联动SESAMO型三维激光切割机床对复合阻尼钢板T型接头进行激光焊接试验,采用ANSYS仿真方法选用高斯热源模拟不同激光入射角和焊接速度下工件的温度场。结果表明:仿真获得的焊接熔池形状与试验结果基本吻合;不同激光入射角有最佳的焊接速度使工件间的焊接面积最大,在激光入射角为30°时,焊接速度最佳为30 m/h;任何焊接速度下激光入射角都不应大于45°;金相试验发现焊缝无裂缝和夹渣,证明T型接头激光焊接良好。

碳纤维布加固框架梁端部锚固方式试验研究

对采用不同梁端锚固方式的碳纤维布加固框架梁进行静载试验研究,在承载力、挠度及裂缝开展等方面进行了综合比较和分析。可以看出:采用角钢锚固的效果要比采用碳纤维布锚固好,梁根部的锚固也非常重要,可以避免类似碳纤维布被拉鼓现象的发生。

直角扣件钢管节点抗滑本构关系研究

进行了10个直角扣件连接节点的抗滑移试验研究,试验参数主要有:拧紧扭力矩的大小、新旧扣件的差异等。试验结果表明:螺栓的拧紧扭力矩对节点抗滑的初始刚度有较大影响;旧扣件在抗滑初始刚度上并不低于新扣件,但在后期刚度和承载力上却发生较大幅度降低。在试验基础上,采用Matlab软件,对试验结果进行回归分析,得到直角扣件钢管节点滑移-竖向力关系公式,为采用有限元进行整体承载力分析计算提供依据。最后针对试验结果和先行规范要求,提出了直角扣件在使用中的几点建议。

输电铁塔单变双拼角钢转换节点承载力研究

鉴于输电铁塔单变双角钢转换节点基础理论和设计规范的欠缺,开展单变双角钢转换节点承载力的数值仿真和设计理论研究。对工程常见构型的单变双角钢转换节点进行有限元建模及其仿真计算分析,探究该节点在受拉、受压荷载条件下的受力机理和破坏模式,以此获得转换节点各部件(上单角钢、下双拼角钢、上下靴板以及水平过渡板)匹配设计基本原则,为提出设计推荐公式提供重要依据;基于屈服线法理论提出单变双角钢转换节点整体承载力设计推荐公式,并借助“塑性分析,弹性设计”的思想对承载力的预测考虑合理的安全储备,便于工程设计;采用屈服线法设计公式和现行相关设计公式对相同构型的单变双角钢转换节点分别进行承载力计算。对比结果表明,屈服线法设计公式计算结果与有限元仿真最为接近,平均相差仅为0.82%,能较好地反映单变双角钢转换节点的整体承载力。研究成果可对现行设计规范及理论提供参考。

某钢框架-混凝土核心筒超高层结构设计中的关键技术

在超高层建筑中,外围的框架柱多为型钢混凝土柱或钢管混凝土柱,鲜有采用纯钢框架柱,为了探索钢框架-混凝土核心筒结构在超高层建筑中的应用,以实际工程为例,首先通过对比四种框架-核心筒结构方案,衡量建设期与运营期经济效益,并结合建筑工业化方面进行结构选型;其次简要介绍钢框架-混凝土核心筒超高层结构的常规分析;最后从层间位移角的控制、竖向变形差的控制、梁墙刚接加强节点的设计、外框钢柱的屈曲分析及弹塑性时程补充分析角度,重点论述钢框架-混凝土核心筒超高层结构设计所采取的一系列关键技术,以保证结构的安全性和合理性。

顶底角钢加强型节点在某加层钢框架中的抗震性能研究

基于ANSYS分析平台,建立了顶底角钢加强型加层钢框架梁柱节点及常规梁柱连接节点共6个有限元模型,对其进行恢复力特性分析,并讨论角钢肢长、厚度等对节点抗震性能的影响.结果表明：（1）顶底角钢加强能有效地减小上下柱对接焊缝处的应力,极限状态时,梁上塑性铰外移,柱未出现塑性铰,符合强柱弱梁,强节点弱杆件的抗震设计原则.（2）角钢肢长和厚度增加能提高节点承载力,但增加到一定长度后节点的滞回性能和耗能能力均有所降低.建议角钢参数取值范围为：肢长取梁高的0.6 ～0.8倍,厚度取梁翼缘厚度的1.2～1.5倍.（3）经加强后节点初始刚度、耗能能力和承载力均好于常规梁柱焊接节点,此类节点可用于地震区钢框架加层连接.