蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点抗震性能研究

目的 提出一种蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点,探究节点抗震性能及不同因素对其影响规律,为相关设计提供借鉴。方法 理论分析蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点传力机制,建立并验证蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点ABAQUS模型,研究端板厚度、开孔率对节点初始转动刚度、承载能力、耗能能力、延性、刚度退化及破坏形式影响规律。结果 蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点弯矩最终由柱腹板与正向端板抗弯、柱翼缘与侧向端板抗剪承担;剪力最终由高强摩擦型螺栓连接面间摩擦力承担;端板厚度及开孔率越大,节点耗能进入蜂窝梁耗能阶段越早,连接刚度足够时节点抗震性能主要取决于蜂窝梁。结论 提出了蜂窝梁H型柱绕弱轴向端板连接节点弯矩路径传递分配系数计算方法,建议节点端板厚度应大于1倍柱翼缘厚度,开孔率取值为60%~65%。

带PEC柱钢板剪力墙结构(弱轴连接)抗震性能有限元分析

为研究边缘柱为部分外包混凝土组合柱的钢板剪力墙结构(弱轴连接)的抗震性能,使用有限元软件ABAQUS完成1榀边缘柱为H型钢柱、5榀边缘柱为PEC柱的钢板剪力墙结构(弱轴连接)在循环荷载作用下的有限元数值模拟,得到结构的应力分布、破坏模式、滞回曲线、耗能性能、骨架曲线以及刚度退化曲线,并完成了1榀带PEC柱的钢板剪力墙结构(弱轴连接)的试验,验证了有限元模拟的正确性.分析表明在钢板剪力墙结构中(弱轴连接),将PEC柱作为剪力墙的边缘框架柱,同样可以很好的约束屈曲后的钢板剪力墙,使其充分发挥屈曲后的性能,显著提升整体结构的抗侧刚度、承载力以及耗能性能.

PEC柱(弱轴)–削弱截面钢梁端板连接组合框架抗震试验研究

设计制作了1榀卷边PEC柱(弱轴)–削弱截面钢梁端板连接组合框架结构底部两层单跨1∶2缩尺模型试件,并对其进行拟静力抗震试验研究。结合试验过程现象记录和实测数据整理,对试件滞回特性、刚度退化、节点连接性能、抗震延性与耗能能力、损伤发展进程和破坏模式等进行分析。结果表明:采取卷边措施有效改善了常规PEC柱弱轴方向的抗侧刚度;梁端削弱截面实现了梁端塑性铰形成位置远离节点区,试件滞回曲线较为饱满,且在梁与端板焊缝存在缺陷条件下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比仍达到3.77%(推)/3.37%(拉)、2.94(推)/3.23(拉)和0.281,即试件变形、抗震延性与耗能能力良好;端板预拉对穿螺栓和节点加强板设置使得节点区形成混凝土斜压带传力模式,改善了节点区剪切性能;试件破坏模式为梁端削弱截面和PEC柱脚形成塑性铰的理想塑性机构,变形与耗能能力发挥充分。

箱形节点域外伸端板弱轴连接的滞回性能研究

提出了一种适用于H形柱的箱形节点域外伸端板弱轴连接,利用有限元软件ABAQUS对8个不同构造形式的端板连接进行了研究,分析了节点的破坏形式、弯矩-转角滞回曲线、承载能力及转动能力等。结果表明:8个不同构造形式的端板连接均为半刚性节点;在循环荷载作用下,箱形节点域端板连接节点的破坏均出现在端板上,而柱子节点域基本完好;当层间位移角为0.04rad时,各节点的承载力均大于0.8倍钢梁全截面塑性弯矩;端板外伸加劲肋的设置使节点的极限承载力提高10%左右,但耗能能力却下降了4%,建议外伸端板不另设加劲肋;端板厚度为16mm,即与蒙皮板厚度相差较小时,节点的承载能力、耗能能力较好;提升端板材性能提高节点承载能力,但端板材性提升过大反而会降低节点耗能能力,建议端板材性只提高1个等级。

钢框架弱轴梁端翼缘侧板加强式节点滞回性能有限元分析

钢框架梁端翼缘侧板加强式节点旨在改善梁柱节点的抗震性能.本文基于新型节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的研究成果,提出梯形侧板加强式节点的滞回性能研究.利用有限元软件对此类节点进行低周反复荷载作用下的有限元变参模拟分析,研究梯形侧板长度、宽度及坡度对该类节点力学性能的影响.研究结果表明:梯形侧板加强式节点均在距蒙皮板约2/3梁高处梁全截面发生明显的屈曲变形,形成明显的塑性铰并有效外移.节点域处应力较小且形状保持完好,具有"强节点域"特征.侧板长度对节点的抗弯能力有明显的影响,坡度主要影响延性及塑性变形能力,而侧板宽度对节点的滞回性能影响相对不明显.建议侧板长度取梁高的0.6~0.75倍,坡度取1∶2~1∶3.

波折腹板钢梁柱弱轴半刚性连接性能研究

为研究波折腹板钢梁柱弱轴半刚性连接的性能,采用有限元软件ANSYS建立三维实体有限元模型,对连接进行加载模拟,得到弯矩-转角曲线、最大荷载时的节点区位移和von Mises应力云图、端板及节点附近柱腹板应变和变形,分析连接的受力性能。讨论了梁腹板高度、端板厚度和螺栓直径对弯矩-转角曲线的影响。研究结果表明:与梁受拉翼缘连接处的端板及与节点区域柱上加劲肋附近的腹板变形是梁柱产生相对转动的主要因素;梁腹板高度对连接的初始转动刚度及抗弯承载力有显著的影响;当板厚度与螺栓直径较小时,端板厚度与螺栓直径的变化对节点连接性能有较大的影响;随着外荷载的增加,弯矩-转角曲线由线性特征转为非线性。

带U形连接件的加强式梁柱弱轴端板连接节点抗震性能研究

对带U形连接件的肋板加强式钢梁-H形钢柱弱轴端板连接节点的抗震性能开展数值研究。在验证有限元模型准确性的基础上,分析了U形连接件厚度、加强肋板长度、加强肋板高度和梁端端板厚度对该节点破坏模式、抗弯承载力及抗震性能的影响。结果表明:该节点属于典型的梁柱半刚性连接节点,具有较好的转动能力;在H形钢柱弱轴设置U形连接件可使其与柱腹板和翼缘形成箱形节点域,增大节点域体积和抗剪切变形能力,提高节点抗弯承载力。U形连接件厚度取为0.83tf~1.16tf(tf为柱翼缘厚度)时,梁端形成塑性铰并先于U形连接件发生破坏;设置端板加强肋板可使梁端塑性铰远离节点区,避免钢梁与端板连接处焊缝应力集中,满足“强节点、弱构件”的抗震设防目标。同时提出了梁端端板厚度和加强肋板构造的建议取值,可供工程设计参考。

PEC柱弱轴方向钢梁端板和顶底角钢连接节点抗震性能对比分析

通过对比分析了PEC柱弱轴方向型钢梁端板和顶底角钢连接节点抗震性能,旨在选择出较优性能的弱轴方向连接节点,并为实践提供试验依据和分析.试验以节点区板件厚度为主要研究因素设计制作了5个不同构造的节点试件,并对其进行了低周反复的水平荷载试验.分析了各试件的破坏形态,极限荷载,滞回曲线,骨架曲线,延性及刚度和承载力退化等.结果表明:端板节点和顶底角钢节点的破坏模式均为延性破坏,二者均表现出良好的滞回性能、延性、和耗能能力;与端板节点相比,顶底角钢节点滞回曲线更饱满,耗能更优,刚度退化稳定,位移延性系数最大值达到6. 3,大于端板节点的4. 5,但承载力低于端板节点.

梁柱剪力板柔性连接计算的探讨

钢结构节点设计中,梁与柱弱轴方向的柔性连接常采用剪力板高强螺栓连接,螺栓群所承受的荷载有竖向力和偏心力矩。但国内设计资料对偏心值e的取值不同。文章建立了梁与柱腹板以剪力板柔性连接的分析模型,推导出偏心缩减值er的计算公式,与美国设计公式的计算结果进行比较,并以实际工程节点算例证明公式的可行性。

翼缘削弱型外伸端板H形柱弱轴连接的力学性能分析

为解决H形柱外伸端板弱轴连接抗震性能不足的问题,提出了一种翼缘削弱型外伸端板梁柱弱轴连接。利用有限元软件ABAQUS对削弱型端板节点和普通端板连接节点进行了低周反复荷载下的力学性能比较分析,并研究翼缘削弱几何参数对削弱型端板节点受力性能的影响。研究结果表明:削弱型端板节点的塑性转动能力平均值约为0.05 rad,与普通端板连接节点相比具有较好的抗震性能;削弱型端板节点破坏出现在远离节点域的削弱区域,而柱子基本完好,满足"强柱弱梁"的抗震设计理念,按照欧洲标准EC 3的连接刚度分类,削弱型端板节点属于半刚性连接;翼缘削弱几何参数中,削弱区距柱端板的距离、削弱长度以及削弱深度对削弱型端板节点的极限转角,塑性转动能力等方面均有显著影响,应合理选择削弱参数;根据美国标准FEMA-350中对削弱参数的规定,给出了翼缘削弱几何参数的建议取值范围。

工字形柱弱轴盖板连接边框节点滞回性能影响因素分析

为了使盖板可以应用于工字形柱弱轴连接,提出了一种新型的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接形式.首先,对盖板节点在循环荷载作用下的受力性能进行有限元模拟和试验对比验证;然后,对新型弱轴盖板连接边框节点进行低周反复荷载作用下的一系列有限元变参数分析,研究各种因素的变化对该类节点滞回性能的影响.研究结果表明:新型弱轴盖板连接节点在低周反复荷载作用下,塑性转动能力可达0.03 rad,塑性铰出现在盖板末端的梁截面上,节点域基本处于弹性状态,能较好地满足"强柱弱梁"和"强节点域"的抗震设计理念.建议新型弱轴连接节点选用矩形盖板,盖板最大长度取0.5倍梁截面高度,盖板厚度取0.5倍梁翼缘厚度,且设计中宜控制钢柱的轴压比不超过0.6.

梁翼缘削弱型弱轴连接边框节点抗震性能影响因素分析

提出了一种新型的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接,基于此节点形式设计梁翼缘削弱型边框架节点足尺试件进行单调荷载试验研究。采用通用有限元软件ABAQUS对此类节点在单调荷载作用下的受力性能进行模拟对比验证后,对此类节点进行低周反复荷载作用下一系列有限元变参数模拟分析,研究各削弱参数对该类节点滞回性能的影响。研究结果表明:梁翼缘削弱型新型弱轴连接节点在低周反复荷载作用下,塑性转动能力达到0.03 rad,塑性铰出现在削弱处,柱子节点域基本处于弹性状态,能较好地满足"强柱弱梁"和"强节点域"的抗震设计理念;不同削弱参数对节点的承载力、刚度、转动能力和延性有一定影响。对新型弱轴连接的削弱参数建议取值:削弱部位距蒙皮板的距离a取值为0.5~0.75倍的梁翼缘宽度,削弱区段长度b取值为0.65~0.85倍的梁截面高度,削弱深度c取值为0.2~0.25倍的梁翼缘宽度。

箱形节点域工字形柱弱轴盖板加强连接的设计方法

为了实现"高延性-高弹性承载力"的抗震设计思路和推广盖板加强型连接在工字形柱钢框架中的应用,提出了一种适用于箱形节点域工字形柱弱轴盖板加强连接的设计方法和设计步骤。通过一个多层钢框架工程实例的设计,验证了所提盖板加强型连接设计方法的可靠性。采用ABAQUS有限元软件对实际工程的内框架十字形节点在循环荷载作用下的力学性能进行分析,研究了节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性系数和耗能能力。结果表明:新型箱形节点域工字形柱弱轴盖板加强连接的设计方法合理、可靠,应用该方法设计的工字形柱弱轴连接节点能够实现梁上"塑性铰"外移,节点具有较强的塑性变形能力和耗能能力,能够满足抗震规范中"强柱弱梁"和"强节点弱构件"的抗震设计理念。

带有盖板的H型钢梁柱弱轴连接节点试验及有限元分析

为研究H型钢梁柱的弱轴连接节点的性能,对有盖板的H型钢梁柱弱轴连接节点以及梁柱是否偏心节点进行了试验研究和有限元校核模拟,并对8组盖板参数不同的梁柱连接节点的受力性能进行有限元分析。研究结果表明:无偏心和偏心弱轴连接节点的试验现象分别为梁翼缘至腹板的开裂和悬臂梁段的平面外失稳;有限元的分析结果与试验结果吻合较好,能够正确反映节点的受力情况;盖板的高度能够一定程度地加强节点的初始转动刚度;盖板能够明显改善钢柱节点域的局部应力集中,加强节点的刚度,并提升柱的屈服承载力;偏心弱轴连接节点在有、无盖板的情况下可分别视作刚性连接节点和半刚性连接节点;盖板的设置能够显著地提升节点的转动刚度和耗能能力。

PEC柱(弱轴)对穿螺栓端板连接抗震性能研究

为了研究部分包裹混凝土组合(PEC)柱(弱轴)与型钢梁对穿高强螺栓端板连接节点的抗震性能,考虑端板厚度、盖板厚度以及节点构造形式3个参数,设计了两种不同构造的梁柱节点,对其进行低周往复荷载试验和有限元模拟,分析了各设计参数对试验节点滞回性能、承载能力、节点刚度、延性和耗能能力等指标的影响。研究结果表明:盖板厚度由14mm增加至16mm时,节点承载力提高了33.91%,初始刚度提高了14.9%,延性降低了18.9%;端板厚度由12mm增加至14mm时,节点承载力提高了19.93%,初始刚度提高了15.1%,延性系数增加了3.13%;各试件的承载力退化系数基本稳定在1.0左右,延性系数在3.17~3.96之间,等效黏滞阻尼系数平均值介于0.303~0.334之间。增加盖板厚度与端板厚度能显著提高节点的承载力和初始刚度,两种构造形式的节点均具有良好的延性和耗能能力。

PEC柱弱轴-H型钢梁节点抗震性能研究

通过对四个设置不同构造的节点试件进行低周反复试验,观察PEC柱弱轴-H型钢梁节点域设置竖向加劲肋后抗震性能的改变和节点域不设加劲肋单纯增加盖板厚度或端板厚度的抗震效果。结果表明,PEC柱弱轴-H型钢梁节点域设置竖向加劲肋后,其破坏形式和节点域关键部位应变分析结果理想,节点的承载力、延性、刚度和耗能能力明显提高,更好地满足了＂强节点＂的抗震设计要求。在不设加劲肋的情况下,单纯增加盖板厚度节点的破坏形式和节点域关键部位应变分析结果理想,节点的承载力提高,但延性和耗能能力会降低;单纯增加端板厚度节点的破坏形式没有发生改变,节点域关键部位应变分析不理想,节点承载力没有明显改变,延性和耗能能力会降低。

不同锚栓布置的外露式柱脚弱轴方向力学性能研究

为了研究弱轴方向不同锚固构造及锚栓布置的外露式柱脚受力性能,以锚栓直径、锚栓位置及底板厚度为参数,设计了7个足尺试件并进行水平低周往复加载试验,对不同外露式柱脚试件典型破坏模式、抗弯刚度、延性和耗能能力等进行研究。研究结果表明:外露式柱脚节点属于半刚性连接,具有良好的延性和耗能能力,设计时应对螺栓直径、底板厚度及柱脚焊缝高度进行匹配,避免脆性破坏;相较于内部布置锚栓方案,外部布置锚栓能有效提高柱脚的受弯承载能力,但延性会降低;增大锚栓直径能有效提高锚栓内部布置节点的受弯承载能力。基于有限元模型分析不同试件典型破坏部位的应力变化,并进行参数化分析,研究不同参数对外露式柱脚抗弯性能的影响。分析结果显示:锚栓外部布置和锚栓内部布置的柱脚节点均对轴压比、锚栓直径较为敏感,其受弯承载力变化幅度均在20%以上;相较于锚栓外部布置的柱脚节点,采用锚栓内部布置的节点对强轴及弱轴锚栓间距、底部钢板厚度更敏感,其受弯承载力变化幅度大于采用锚栓外部布置方式的。