Flexural Capacity Formula of Diaphragm-Through Joints of Concrete-Filled Square Steel Tubular Columns

Finite element analysis and parametric studies were performed to investigate the flexural capacity of the panel zone of diaphragm-through joints between concrete-filled square steel tubular columns and H-shaped steel beams. Through the comparisons of failure modes, load–displacement curves, and bearing capacity, it was found that the flexural capacity of the panel zone of diaphragm-through joints was determined by the tensile action and influence of the web of H-shaped steel beams, and the axial load should be taken into account. The steel tube and the diaphragm were the major parts of the joint that resisted the bending moment. The contribution of in-filled concrete had little influence on the flexural capacity of the panel zone of the joint and could be neglected. According to the results of these numerical studies, a formula that considered the influence of the web of H-shaped steel beams and the axial load was developed based on the yield lines in the diaphragm and the steel tube. The results of the proposed formula were in good agreement with the numerical data of this investigation. © 2017, Tianjin University and Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

大跨无柱地下车站梁-柱节点受力性能的局部多尺度有限元方法

岗厦北综合交通枢纽核心换乘区的中庭51.2 m×48.0 m(南北长度×东西长度)范围为无柱设计范围,其跨度在全国尚属最大。梁-柱节点是该结构传力关键,但数量繁多、类型复杂,且建造过程存在多重体系转换,必须确保节点传力顺畅。基于多点约束方程法(MPC),提出一种局部多尺度有限元方法(LMFEM)。采用LMFEM方法,进一步研究梁、柱贯通方式对本文依托工程典型梁-柱节点受力性能的影响,发现柱贯通节点整体应力较低,传力顺畅,应力集中不显著,更适用于岗厦北大跨无柱地下空间结构。基于现场监测,将节点受力状态实测值与不同方法所得计算值进行对比分析。研究结果表明:相比于传统局部精细化有限元方法(LRFEM),LMFEM方法具有建模工作量小、边界条件易于满足圣维南原理、可兼顾计算精度和计算效率的特点;在同等建模规模和网格细度情况下,LRFEM2模型计算值与实测值的最大相对误差为11.8%,LMFEM模型计算值与实测值的最大相对误差为12.5%,但后者具有更少的节点数量和更短的计算时间,而LRFEM方法的计算精度受边界条件和单元网格细度影响较LMFEM方法的大;本文提出的LMFEM方法具有计算精度高、计算效率高、边界条件易明确等优势,可应用于大型复杂工程结构的节点局部受力性能分析。

拱形钢桁梁桥结构分析与构造细节设计

钢桁架结构通常节点密集,设计复杂多样。现结合绍兴市某拱形下承式钢桁梁桥,介绍其总体布置、结构设计,并基于有限元分析理论,采用通用有限元软件ANSYS对该桥的活荷载计算模式、上下弦杆节点、梁端节点、横肋与下弦杆及小纵梁相交节点的构造细节设计进行计算对比分析。研究表明,整体式节点设计中节点板处竖杆腹板采用渐变断开式设计,可满足应力、屈曲稳定的要求;拱梁结合点处的应力集中范围与大小受圆弧半径、支点相对位置的影响,支点靠近拱梁结合点对结构受力有利;支撑桥面板的横肋下翼缘可与小纵梁、下弦杆采用半刚性节点,虽一定程度上会增大翼缘断开范围腹板应力,但整体应力水平较低。

隔板贯通式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点抗震性能

目的 研究隔板贯通式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁(DTSCFSTC-SCB)节点的抗震性能,为工程应用提供设计依据。方法 应用有限元分析软件ABAQUS对比DTSCFSTC-SCB节点与隔板贯通式方钢管混凝土柱-钢梁(DTSCFSTC-SB)节点的抗震性能,分析不同参数对其抗震性能的影响。结果 DTSCFSTC-SCB节点的承载力较DTSCFSTC-SB节点的承载力降低10%,延性系数提高6.8%;钢材强度、梁柱线刚度比对其抗震性能影响较大(25%~138%);隔板内(外)伸宽度仅在一定范围内对其延性影响较明显(13%~18%),隔板厚度仅在一定范围内对其承载力影响较明显(7%~8%),开孔率对其最大承载力、耗能能力影响较明显(4%~12%);轴压比、混凝土强度等级、含钢率、孔间距、孔壁距离对其抗震性能影响很小(1%~5%)。结论 该节点具有工程可行性,钢材强度、梁柱线刚度比是影响其抗震性能的主要因素。

大跨度下承式拱桥拱梁结合段设计

根据下承式系杆拱桥结构体系受力特点,本桥拱梁钢混结合部采用混凝土拱座进行连接,连接传力模式采用全截面连接完全承压式。拱梁结合部构造复杂,受到主拱肋、主梁和横梁和系杆荷载的共同作用,具有荷载大,作用区域重叠的特点,传力途径不清晰。根据结构受力特点,采用精细化有限元进行计算分析,根据计算结果指导设计,有利于保障结构安全。

梁贯通式圆钢管混凝土柱-混凝土梁边节点的抗震性能

通过4个梁贯通式圆钢管混凝土柱-混凝土梁边节点试件的低周反复荷载试验,研究了此类型边节点的抗震性能.试验结果表明:随着环梁与框架梁配筋率比值、环梁宽度与圆柱直径比值的减小,试件破坏区域由框架梁根部向环梁转移,并出现框架梁根部塑性铰破坏、框架梁与环梁交界处破坏、环梁区破坏3种不同的破坏形式;梁贯通式节点的梁端内力能够可靠传递至节点核心区,环梁节点可与框架梁、钢管混凝土柱协调工作;按"强节点"设计试件塑性铰出现在框架梁根部,滞回曲线饱满,延性系数较大,环线刚度曲线呈下凹型趋于收敛,耗能能力也较大,体现出良好的抗震性能;通过合理设计的梁贯通式圆钢管混凝土柱-混凝土梁边节点受力安全可靠,可实现"强柱弱梁,节点更强"的抗震设计原则.

钢梁-钢筋混凝土柱连接节点试验研究

介绍了三个钢梁-钢筋混凝土柱连接节点在梁端往复加载的试验。试验结果表明,采用的梁贯通型连接具有良好的抗震性能,能够实现“强柱弱梁”、“强核芯弱构件”的抗震概念设计要求;提出了钢梁-钢筋混凝土柱连接设计建议。

隔板贯通式梁柱节点抗震性能试验研究

设计了低周反复荷载作用下3个十字形足尺隔板贯通式梁柱节点试件(其中2个节点的柱子浇筑了混凝土,1个为空钢管)的拟静力试验。通过研究拟静力试验所得的滞回曲线求得该节点的等效阻尼比,衡量它的耗能能力。从恢复力特性曲线得到了和一次加载相接近的骨架曲线,节点的初始刚度和刚度退化等参数。通过这些从强度、变形和能量等三方面判别和鉴定隔板贯通式梁柱节点的抗震性能,并得出了一些具有参考价值的结论。

钢次梁-混凝土主梁贯入式节点试验

提出一种在钢次梁梁端焊接锚固端板,并完全贯入混凝土主梁的新型钢次梁-混凝土主梁贯入式节点.为研究在弯矩作用下该节点的受力性能和破坏过程,对单边钢次梁-混凝土主梁贯入式T型节点进行1∶2缩尺的静力加载试验.试验结果表明:按混凝土梁受扭承载力略大于钢次梁抗弯承载力原则设计的节点,其破坏表现为钢次梁上翼缘受拉屈服,可完全发挥钢次梁的抗弯承载力,试验承载力略大于承载力理论计算值;试验过程中,节点区域锚固良好;节点有较好变形能力,转角延性系数可达5.11.

节点性能对分层装配支撑钢框架抗震性能的影响研究

该文以分层装配梁贯通式支撑钢框架为对象,通过引入节点弯矩-转角本构模型的数值模拟方法,研究节点刚度和承载力设置对结构体系抗震性能的影响。分析结果表明,节点刚度对结构自振频率影响不大,但影响结构在静力推覆下的失效演进模式和地震作用下的滞回特性,节点刚度小于4倍相邻柱线刚度时,结构不能满足罕遇地震下的层间位移角限值要求;节点承载力对静力推覆下结构的极限承载力影响很小,对罕遇地震作用下的结构滞回特性和层间位移分布几乎没有影响。

梁贯通型RCS组合结构梁柱节点抗连续倒塌研究

为研究钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)组合结构在拆除底层第2根侧边柱工况(最危险工况)下节点的抗连续性倒塌性能与机理,试验以梁翼缘切割式的梁贯通型RCS结构节点构件为研究对象,通过梁跨度差异模拟第2根侧边柱失效时剩余结构抗侧移刚度及梁端约束能力不同的特点,采用静力加载的方式模拟非对称倒塌破坏全过程。研究试验曲线特征与破坏模式,分析试件节点控制截面内力发展情况与抗力机制。结果表明:底层第2根侧边柱失效后的梁贯通型RCS结构节点的受力薄弱部位出现在梁上翼缘,且易首先在侧向刚度较小一侧的上翼缘出现局部屈曲,结构的抗力机制由梁抗弯机制转变为抗弯机制与悬链线机制共同作用,之后由于该侧上翼缘及腹板发生严重局部屈曲,导致结构在充分发挥悬链线效应之前发生非对称破坏。

方钢管混凝土框架抗震性能试验研究与非线性有限元分析

为研究采用穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的抗震性能,制作了3榀方钢管混凝土框架试件,通过低周反复荷载试验,研究了框架的抗震性能,分析了轴压比、梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。在考虑几何、材料及接触非线性的基础上,采用有限元软件ABAQUS 6.10对试验框架进行了低周反复荷载作用下的精细化数值模拟。与试验结果的比较表明,数值分析结果与试验结果吻合较好,具有较好的精度,可用于方钢管混凝土框架的分析。基于数值分析结果,剖析了框架梁柱连接节点、柱脚等关键受力部位的应力发展过程,明确了框架的受力机理和破坏机制。

方钢管混凝土柱-外包钢混凝土组合梁隔板贯通节点抗震性能研究

在钢管混凝土柱与钢梁连接节点形式的基础上,结合外包U形钢混凝土组合梁的构造和受力特点,提出两种新型的方钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁连接节点形式:隔板贯通部分钢筋贯穿式节点和隔板贯通钢筋截断式节点。设计多个节点试件,并利用软件ANSYS对节点试件进行低周反复荷载作用下的非线性有限元分析,研究两种不同构造形式节点的抗震性能。研究结果表明:两种节点的受力特征和破坏模态基本一致,均为梁端塑性铰破坏,其中钢筋截断式节点承载力略大于部分钢筋贯穿式节点;两种节点的滞回曲线形态相似,滞回环较饱满,节点的等效黏滞阻尼系数均大于0.35,节点具有良好的延性和耗能能力。

贯穿式方钢管混凝土-H型钢梁柱节点抗震性能分析

目的分析不同参数对贯穿式方钢管混凝土-H型钢梁节点的抗震性能的影响.方法采用ABABQUS软件对不同参数的该类节点分别进行单调加载及往复加载,并与试验结果进行对比,研究轴压比、钢管壁厚度、隔板厚度及外伸长度等参数对该类节点受力性能的影响规律.结果塑性铰一般出现在梁端且与隔板的外伸尺寸密切相关,"滞回环"很饱满.通过对比分析,笔者建议节点轴压比应小于0.4,隔板的外伸长度取值范围60~100 mm,隔板厚度取8~10 mm.结论节点的抗震性能的增强是随着隔板外伸长度的增加而增加的,虽然隔板厚度对组合节点的抗震性有一定程度的影响,但作用效果不明显.轴压比越大,位移延性和承载力下降越快.另一方面随着钢管壁厚度的增加节点的耗能也在不断增加.

方钢管混凝土柱-钢梁双侧板贯穿式节点抗震性能试验研究

双侧板贯穿式节点是基于钢管混凝土柱横向受力特点而提出的一种新型梁柱连接节点。对6组17个十字形节点进行静力和拟静力试验研究,分析节点核心区的受力特点及抗震性能,结果表明:塑性铰均发生在穿心板外的钢梁上,调整竖向穿心板长度可以控制塑性铰发生的位置;双侧板贯穿式节点可有效地减缓钢梁上翼缘与钢管柱连接处的应力和应变梯度,减小节点核心区所受剪力,削减梁柱连接焊缝应力峰值,从而提高结构体系的耗能能力;所有节点试件的滞回曲线饱满,强度和刚度退化不明显,延性好,耗能能力强;不同类型和尺寸竖向穿心板的节点试件整体抗震性能差别不大。研究成果可供矩形钢管混凝土组合结构抗震设计参考,丰富钢管混凝土柱-钢梁节点的类型,促进钢管混凝土组合结构在工程中的进一步推广应用。

穿心构造的钢管混凝土柱–钢梁节点抗连续性倒塌性能分析与评估

火灾、爆炸、撞击等突发事件可能造成建筑物发生连续性倒塌,二十世纪以来,随着国际上恐怖活动逐年增多,各国专家学者开始重视建筑防倒塌规范的制定和结构抗连续性倒塌性能的研究。目前,钢管混凝土柱–钢梁外环板式节点已被广泛应用于工程实例中,但其因在钢管外壁焊接外加强环板占用大量建筑空间,影响建筑物使用功能,而钢管混凝土柱–钢梁穿心式节点即钢梁整体或部分穿过钢管及钢管内填充的混凝土,大大节省建筑使用空间。为研究穿心型钢管混凝土柱–钢梁节点在连续性倒塌工况下的机制,利用ABAQUS有限元软件建立5个穿心构造的钢管混凝土柱–钢梁节点及1个全焊接节点模型,考察节点在连续倒塌工况下的抗力机制、变形模式及内力变化,并评估其节点的抗连续倒塌能力。结果表明:穿心型钢管混凝土柱–钢梁节点的连续倒塌破坏模式可分为钢梁倒塌破坏模式和柱壁倒塌破坏模式两种类型,柱壁倒塌破坏虽有更好的延性及承载力,但钢管壁鼓曲具有不稳定性。节点的竖向承载力主要由抗弯机制及悬链线机制提供,其中抗弯机制提供前期抗力,悬链线机制决定后期极限承载力。新型穿心构造的钢管混凝土柱–钢梁节点具有良好的抗连续倒塌能力,其节点抗连续倒塌性能评估指标高于其余钢梁倒塌破坏节点。

方钢管混凝土柱—钢梁节点形式探讨

方钢管混凝土柱—钢梁节点的结构性能直接影响钢管混凝土结构在住宅建筑工程中的推广和应用。为了使设计人员对方钢管混凝土柱—钢梁节点形式有一个较为全面的了解,本文按铰接、半刚接和刚接三种节点类型分别介绍了目前常用节点的构造型式和受力特点,并简要介绍了刚接节点的研究现状。在此基础上提出了两种新型刚接节点—隔板贯通式节点和外肋环板节点,最后结合工程建设中的实际情况,对方钢管混凝土柱—钢梁节点今后的研究方向提出一些看法和建议。

钢筋贯通式钢管煤矸石混凝土节点的试验

目的研究钢筋贯通式钢管煤矸石混凝土节点,分析其受力性能、试件的破坏过程和形态,验证其可靠性.方法对钢筋贯通式钢管煤矸石混凝土节点在低周往复荷载作用下的试验测试,得出梁端的力和位移的滞回曲线、钢筋的变形曲线以及节点区管壁的变形,分析试件的延性和耗能能力.结果梁端的力和位移滞回曲线比较饱满,钢筋贯通式钢管煤矸石混凝土节点的位移延性、耗能能力比较理想,抗震性能良好,符合抗震设计的要求.结论试验表明,该节点传力线路明确、合理,受力性能良好.为节点在工程中的应用提供了参考.

分层装配式钢结构工业化住宅体系研发与应用

分层装配式钢结构工业化住宅体系是一种新型低层工业化住宅结构体系,其主要特点为密柱、梁贯通、柱梁铰接、水平力主要由柱间支撑承担、模数化集成设计及标准化生产和装配式施工安装。从体系研发背景、体系组成及设计原理与主要构造、各种主要性能试验研究、工程应用实例等几方面对该产品的特点、性能和产品推广应用前景进行了分析和介绍。

隔板贯通式圆钢管混凝土柱-翼缘削弱钢梁连接节点的参数分析

采用有限元软件ANSYS对隔板贯通式圆钢管混凝土柱-翼缘削弱钢梁连接节点的参数进行分析。在参照SAC推荐标准的基础上,验证隔板贯通式节点狗骨处参数的取值范围,并细化。结果表明:狗骨处的三个参数——削弱深度c、削弱端至焊缝的距离a和削弱长度b对节点的极限承载力的影响依次降低。当a=(0.5～0.65)bf;b=(0.65～0.85)db;c=(0.20～0.25)bf时,该节点的性能最优。