节点域对多层钢结构动力损伤的影响

为明确节点域对多层钢框架整体结构性能的影响,针对4组研究模型,运用动力弹塑性时程分析,从整体结构的层间位移、耗能、建筑塑性变形能量速度换算值、滞回曲线、最大延性比和最大累积塑性延性比研究了节点域对整体钢框架的影响。研究结果表明:考虑节点域影响之后,首层层间位移显著降低,且各层位移趋于均匀;节点域耗能显著且各层均匀;塑性变形能量速度换算值、最大延性比和最大累积塑性延性比均增大;以上分析均表明节点域的影响在整体结构中起着积极的作用,结构设计不可忽略。

基于预选屈服机制的钢框架中心支撑结构抗震性能化设计

以1栋9层钢框架中心支撑结构为背景,采用YJK软件建立有限元模型并进行了弹塑性分析,对塑性铰分布、可能出现的塑性耗能区和拟设定的塑性耗能区进行对比研究。结果表明:塑性铰的开展机制和预设吻合较好。设计时构件的实际性能系数满足最小性能系数,能够满足塑性耗能区应具有的延性。钢框架中心支撑结构体系整体在高烈度区滞回曲线不饱满,底层支撑破坏后,刚度退化较大,导致底层柱的损伤累计效应较大,破坏较严重。

含减震外挂墙板装配式混凝土框架结构混合试验研究

在外挂墙板与主体结构间引入耗能连接可形成减震外挂墙板。现阶段缺乏对含减震外挂墙板装配式混凝土结构动力响应和减震效果的试验研究。为此,该文章设计了一榀6层3跨含减震外挂墙板平面框架结构(简称“减震结构”)以及一榀作为对比的纯框架结构(简称“抗震结构”),取底部中跨两层作为试验子结构,其余部分作为数值子结构,开展了两结构的混合试验。基于试验结果,分析了含减震外挂墙板装配式混凝土框架结构的损伤模式和动力响应,揭示了外挂墙板与主体结构协同工作的减震机理。结果表明:减震结构与抗震结构的损伤模式基本一致,均为梁端、柱底先后出现塑性铰,减震外挂墙板未改变主体结构的损伤演化模式;试验过程中,外挂墙板本身以及墙板与结构连接处均未出现裂缝,墙板可将结构层间变形有效传递至消能器;设防、罕遇和极罕遇地震下,减震结构的最大层间位移角较抗震结构分别减小了12.59%,17.68%和10.34%,具有较好的减震效果。

轻质混凝土拼装墙板填充钢框架协同抗震性能试验研究

为了研究墙板与钢框架结构之间的协同抗震性能,对采用不同墙框连接节点的轻质混凝土拼装墙板填充钢框架进行了低周往复荷载试验.通过对比试件的承载力、滞回性能、刚度、耗能以及延性性能,探讨了轻质混凝土拼装墙板及其整体性对结构抗震性能的影响.结果表明:填充墙板钢框架结构的最终破坏形态以墙板挤压开裂,框架梁柱端部翼缘屈曲为主;轻质混凝土拼装墙板与钢框架协同工作,有利于提高结构整体的承载力和变形能力,减轻钢框架在平面内的屈曲破坏;与刚性节点相比,采用柔性节点连接墙板与钢框架对结构的承载力、层间刚度和耗能能力更为有利;增强拼装墙板的整体性,有助于提高结构整体刚度、变形和耗能能力.研究结果可为轻质混凝土拼装墙板填充钢框架结构的抗震设计提供参考.

基于不同螺栓扭矩的钢框架预制混凝土外挂墙板新型连接节点试验研究

提出满足钢框架与预制混凝土外挂墙板变形协调的新型连接节点,用于连接预制混凝土墙板和钢框架主体结构。为了研究不同螺栓扭矩对预制混凝土外挂墙板结构体系在地震作用下抗震能力的影响,设计了3榀单跨钢框架外挂预制混凝土墙板试验试件,并进行拟静力试验。对比了3榀试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化及累积耗能等。研究结果表明:试件在加载初期,结构体系初始刚度大、位移变形较小,随着位移的不断增加,上部连接件间发生剪切滑移,有效地保护了结构整体的安全性;随着上部连接件中螺栓预紧力的增加,整体结构的刚度退化速度会减慢,结构整体的承载能力会显著提高。

节点域对抗弯钢框架抗震性能影响研究

为探究抗弯钢框架中节点域对其抗震性能的影响,以美国SAC钢结构计划中提出的20层抗弯钢框架结构为原型,基于ABAQUS建立了能够考虑节点域剪切变形的结构模型(M1-PZ)和不考虑节点域的线性中心模型(M2-noPZ)。将针对美国洛杉矶地区3种超越概率(50年超越概率50%、10%、2%)下设计谱选出的3组各20条地震波作为输入,进行非线性时程分析。对比分析表明,各超越概率下M1-PZ所得各层剪力均大于M2-noPZ。从结构位移反应来看,考虑节点域的剪切变形可更好地体现高阶振型的影响,这种优势会随着结构非线性程度的增加而增大。当地震强度不高时,两种模型结构在底部薄弱层的位移反应相差不大,但当结构非线性程度较高时,M2-noPZ无法准确反映实际出现杆端最大弯矩的位置,使得预估结构最大位移反应偏大。综合分析认为,建立分析模型时有必要考虑节点域的剪切变形。

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。

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.

加劲板对钢空腹夹层板剪力键节点静力特性影响分析

剪力键节点域是保证钢空腹夹层板空间协同工作的关键节点。为研究加劲板对剪力键节点域静力特性的影响,基于通用有限元分析软件,建立4组考虑材料非线性的节点域平面受剪状态数值模型。分析了设置加劲板对节点域受力及变形状态的影响,并选取加劲板宽度、方钢管厚度、剪力键高度作为变量进行参数化分析。分析结果表明,加劲板可以有效降低节点域方钢管的应力,保证节点域整体变形的特性,避免出现反弯点。根据不同因素的影响程度,发现加劲板的宽度对节点域的静力性能影响最大,提出了加劲板设置的合理尺寸范围的建议值,分析结论可为类似工程应用提供参考。

钢结构梁柱连接节点域剪切变形计算方法

针对钢结构梁柱连接节点域剪切变形全过程曲线(即弯矩-剪切转角(M-φs)曲线),提出了三线性模型并给出了相应的计算方法。通过与国外已有方法和相关国内外试验结果进行对比分析可知,该方法既可以准确地计算节点域剪切变形初始转动刚度,又可以很好地计算节点域剪切变形全过程曲线,为钢结构设计中梁柱连接节点域剪切变形特性的分析计算提供了可靠依据。

考虑楼板影响的钢框架结构节点域数学模型

为研究混凝土楼板对钢框架结构节点域受力性能的影响,在有限元分析基础上,确定影响节点域性能的楼板有效宽度.根据对弹性和塑性阶段节点域的受力分析,提出了考虑组合效应的节点域数学模型,推导出相应的抗剪刚度和强度计算公式,并与有限元结果进行对比分析.研究结果表明:该数学模型能够很好地模拟考虑楼板影响的节点域的受力性能;在梁端弯矩相同情况下,作用在考虑楼板影响的节点域上的剪力比不考虑楼板影响的情况小.

利用柱腹板屈曲后强度的钢框架节点板域抗震性能试验研究

利用腹板屈曲后强度 ,可以充分发挥钢材的性能 ,降低钢材用量。为检验利用柱腹板屈曲后强度的钢框架节点板域的抗震性能 ,设计了边柱和中柱节点 ,对其进行了低周反复荷载下的试验 ,本文介绍了试验概况 。

节点域对钢框架梁柱连接受力性能的影响

在对30层钢框架进行预设计的基础上,选定梁柱栓焊连接试件进行有限元分析。经过对该连接试件及其节点域的滞回性能和应力分布进行有限元分析后得出,节点域具有非常稳定的非线性变形能力和耗能能力,对连接的塑性转动能力贡献较大。建议设计中允许节点域发生非线性变形,以降低对连接的塑性转动能力要求。节点域的剪应力在节点域中心最高,向四角逐渐降低,节点域剪切屈服后,几乎所有的柱轴力都转移到柱翼缘上。建议设计时选用翼缘宽大的柱截面,以保证柱翼缘能够承受因节点域剪切屈服而由柱腹板转移的压力。

梁翼缘削弱式钢框架考虑节点域剪切变形的力学性能研究

钢框架采用翼缘削弱型节点(RBS)可以提高结构延性,满足结构抗震设计要求。考虑框架节点域的剪切变形,导出连带节点域的RBS梁、柱单元刚度矩阵,利用计算软件MATLAB对RBS节点钢框架结构的内力及变形进行了分析和计算。分析结果表明:在水平荷载作用下节点域剪切变形对RBS节点钢框架变形影响较大,层位移、层间位移以及节点总转角的增量均随层数的增加而相应增大,节点域剪切变形对框架内力的影响较小;工程设计中应考虑节点域剪切变形对RBS节点钢框架侧向刚度的不利影响。

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。

自定心钢框架抗震性能研究进展

自定心(Self-Centering,SC)钢框架是一种新型的抗震结构体系。其中,预应力构件提供了结构在地震作用下的复位功能,角钢、摩擦件等构件则提供了耗能能力。主体结构在地震作用后可基本保持完好,并且无残余变形(或很小),附属构件的更换或修复也非常方便。介绍了自定心钢框架的构造和工作原理。节点试验、自定心抗弯钢框架(SC-MRF)、自定心中心支撑钢框架(SC-CBF)的动力试验结果表明,自定心钢框架具有良好的抗震性能和自复位能力,有望发展成为实用的结构形式。指出了自定心钢框架结构体系中需进一步研究的问题。

钢框架结构节点域分析简化模型

节点域起着传递梁柱之间力和弯矩的作用,这样就使得节点域的应力状态非常复杂．节点域 的剪切变形对整个钢框架的性能有着重要的影响,基于1978年Krawinkler提出的模型和一维边界面 理论,建立节点域的力与变形的非线性关系模型．通过与试验比较证明所建模型可以很好地模拟节点 域力与变形的关系．

石化加热炉钢结构设计方法研究

针对目前带壁板钢结构传统设计中不考虑壁板侧向刚度从而导致经济性不佳的问题,以某石化行业加热炉钢结构为工程背景,提出了考虑壁板作用的加热炉钢结构设计方法。讨论了壁板与周围构件的连接方式、壁板加劲肋的合理布置和构造措施、框架柱计算长度系数的取值方法等关键设计问题。结果显示应力比控制在0.85以内(框架柱0.75)时,新设计方法与传统设计方法相比,结构用钢量可以节省20%。

钢框架结构典型震害的计算机模拟研究

为模拟钢框架结构的典型震害,本文基于ANSYS软件建立了钢框架结构简化模型。该模型可以考虑楼板对钢框架结构整体性能的影响,并且进一步考虑了楼板与钢梁之间的滑移、节点域变形,以及梁柱节点焊缝的断裂等因素。应用本文建立的钢框架结构模型对北岭地震中Blue Cross大厦的震害进行了模拟,与实际震害对比的结果表明,该模型能够比较精确地模拟地震作用下钢框架结构的响应。钢框架结构模型对节点焊缝断裂的钢框架结构震害研究有着重要的意义。

门式刚架转角节点域受力性能的试验

目的解决门式刚架节点域设计中存在的问题,为工程施工提供借鉴.方法通过在门式刚架转角处节点域设置斜向加劲肋,与无斜向加劲肋的试件进行对比,研究其受力性能.结果对比荷载位移曲线,当转角外缘受压时,节点域内设置斜向加劲肋的构件承载力最高,比没有设置斜加劲肋的节点域承载力提高了约60%.结论在门式刚架节点域中设置斜向加劲肋,可以提高试件的承载力.当工程中门式刚架转角节点处,梁、柱处于正弯矩作用即转角节点域外翼缘受压时,建议架设斜加劲肋以防止结构失稳.