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%。

钢框架梁柱外伸式端板连接的非线性有限元模拟

钢框架梁柱外伸式端板连接作为一种典型的半刚性连接方式,其受力性能较为复杂。为全面了解该连接方式下的受力特性,采用ANSYS Workbench软件建立有限元分析模型,在考虑材料非线性、几何非线性、状态(接触)非线性的情况下,分析连接节点在高强度螺栓预紧力及竖向位移荷载作用下的受力性能。研究结果表明:1)在预紧力作用下,螺栓与端板的接触压力集中分布在螺栓孔的周边,分布面积约为螺栓杆截面面积的10倍;2)设置柱腹板加劲肋及端板加劲肋是外伸式端板连接节点必不可少的构造措施;3)受拉区高强度螺栓受到较大的拉力和剪力,受压区螺栓在弹塑性阶段也会承受较大的剪力。本文成果可为钢框架梁柱外伸式端板连接的分析与设计提供一定的借鉴与参考。

全栓接蜂窝梁柱端板连接空间节点梁铰机制有限元分析

目的提出一种全栓接蜂窝梁柱端板连接空间节点并探究节点强弱轴向蜂窝梁成铰机制的影响因素及梁铰发展规律,为工程应用提供参考。方法在验证ABAQUS模型精确度良好的基础上,建立36个蜂窝梁柱端板连接空间节点模型,分析连接刚度(端板厚度)、蜂窝梁节点转动贡献率(开孔率、开孔位置)对节点力学性能及破坏形式的影响,基于等效T型件法及组件法分析了弱轴向节点组件的节点转动贡献率。结果柱弱轴向弯曲变形及环端板对柱翼缘的约束使强轴向端板的抗弯承载能力降低,连接刚度及蜂窝梁节点转动贡献率足够时,强弱轴向最终均可形成梁铰机制,并具备良好的承载能力。结论强弱轴向端板厚度分别宜大于t_(cf)(柱翼缘厚度)与0.75 t_(cf),建议强弱轴向蜂窝梁开孔率分别为60%~65%和65%~70%,蜂窝梁节点转动贡献率可作为节点破坏模式的识别指标,并给出相应的计算方法。

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。

带可更换梁段钢框架端板式梁柱节点初始转动刚度计算模型

带可更换梁段的钢框架端板式梁柱节点(RSFEBJ)是一种地震失效后可更换和修复的新型节点,该RSFEBJ与柱和梁端均采用端板式连接。通过组件法来研究RSFEBJ的初始转动刚度,综合考虑了柱腹板拉、压、剪变形及翼缘弯曲变形、梁柱端板受弯变形、连接端板(1、2)拉压及弯曲变形、梁腹板受剪及螺栓受拉变形对其的影响,建立了简化的弹簧模型,并在此基础上提出各组件的刚度计算公式。通过与课题组已开展的不同削弱形式下的RSFEBJ抗震性能有限元分析结果对比,理论值与有限元值之比均值为0.98,标准差为0.07,二者最大误差小于15%,表明公式具有较好的计算精度。最后开展了节点初始转动刚度的影响因素分析,结论表明:增大梁柱和连接端板厚度是提高节点初始转动刚度的有效手段。

箱形节点域不锈钢端板连接梁柱弱轴节点受力性能

为了探究不锈钢弱轴节点的静力性能和抗震性能,设计并加工了4个端板连接不锈钢梁柱弱轴节点试件,包括奥氏体型和双相型两种不锈钢牌号试件各两个,且均设置了箱形节点域进行加强。对节点试件分别开展单调静力和低周反复加载试验,得到了节点的整体受力性能和局部受力特征,包括节点在单调静力和低周反复荷载作用下的失效破坏形态、荷载-位移曲线和螺栓力发展过程,以及节点在低周反复荷载作用下的刚度、强度退化和耗能能力。结果表明:在静力和循环荷载作用下,节点的最终破坏形态为柱子蒙皮板与柱翼缘的对接焊缝出现断裂,奥氏体型不锈钢节点的初始刚度约为双相型不锈钢节点的90%,塑性承载力约为双相型不锈钢节点的60%~70%;节点在循环荷载作用下,滞回曲线较为饱满,无明显捏拢现象,出现了刚度和强度退化,奥氏体型不锈钢节点的累积耗能约为双相型不锈钢节点的3倍。设置箱形节点域之后,弱轴端板连接节点受力性能对焊缝质量要求更高,焊缝的提前断裂导致不锈钢材的优良延性未能充分发挥。采用有限元软件ABAQUS建立了精细数值模型对试验节点的受力性能进行模拟,并基于试验结果验证了所建立模型的准确性。得到的试验结果和建立的有限元模型可为后续箱形节点域不锈钢弱轴节点受力性能研究提供参考。

采用BP-ANN模型的梁柱平齐端板连接节点极限抗弯承载力预测研究

筛选文献中报道的143组试验数据,采用误差反向传播人工神经网络(BP-ANN)建立和训练了1个2层BP-ANN模型,对梁柱平齐端板连接节点的极限抗弯承载力进行了预测。该模型利用20个组件特征参数作为输入,以极限抗弯承载力作为输出。通过与传统机器学习算法预测结果对比,验证了方法和模型的有效性,并依据模型推导出一个实用简化的极限抗弯承载力数学表达式。统计分析结果显示:经过训练的BP-ANN模型,在测试集上的平均绝对百分比误差(MAPE)为5.28%,均方误差(MSE)为5.79×10^(-4)。另外,对特征参数进行敏感性分析,得到了组件特征对节点极限抗弯承载力的影响程度。研究结果表明:采用BP-ANN模型能够综合考虑组件特征对节点极限抗弯承载力的影响,预测结果较为准确;该模型为梁柱连接性能评估和改进提供了智能化的解决方案,可作为数值模拟和结构试验研究的有力补充。

钢框架梁柱端板连接的非线性有限元分析

运用通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型,对8个不同形式、不同构造的钢框架梁柱端板连接进行了非线性有限元分析(FEA),并与相应的试验结果进行了全面对比分析。比较结果表明:该文的有限元模型不但能够准确地分析计算各种类型和不同构造的钢框架梁柱端板连接节点的整体受力特性,包括承载力、弯矩-转角(M-φ)曲线、极限变形状态等,还能有效地分析计算节点及其组件的细部受力特性,包括高强度螺栓的预拉力,端板和柱翼缘之间的接触状态,以及节点域、端板、螺栓、端板加劲肋、节点域加劲肋等组件的受力状态,为进一步运用该模型对各种形式和构造的端板连接进行全面的有限元参数分析计算提供了正确性依据。同时,有限元分析还给出了螺栓预拉力引起的接触面预压力分布、荷载作用下接触面的摩擦力分布以及节点的主应力流分布等对于全面和深入理解端板连接节点受力特性非常有意义但是又难于通过试验进行测量的结果。

扩翼式连接钢框架抗震性能试验研究

为了深入研究扩翼式连接钢框架的抗震性能,设计制作了一榀1∶2缩尺比例的两层扩翼式连接钢框架,采用试验和有限元分析方法研究了扩翼式连接钢框架在低周往复水平荷载作用下的荷载-位移滞回性能、刚度及强度退化、塑性铰变形能力、耗能以及破坏模式等抗震性能。研究结果表明,扩翼式连接钢框架在低周往复水平荷载作用下,塑性铰自梁柱连接焊缝位置移出,塑性铰中心在扩翼段变截面以外位置形成,达到保护梁端连接焊缝防止发生脆性断裂的延性设计目标;扩翼式连接钢框架的荷载-位移滞回曲线表现出较好的塑性变形和耗能能力;进入屈服后随荷载增加受二阶效应影响结构的强度退化呈加快趋势;梁端翼缘截面扩大后,梁端承载力相应提高,但节点域刚度有所降低,设计中应采取构造措施对节点域进行补强,避免出现"强梁弱柱"现象。

钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点静力性能试验研究

通过对8个钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点进行轴拉及弯剪加载试验,考察了约束拉杆构造措施对节点核心区整体性的影响规律,同时对单边螺栓的工作性能进行了分析研究.试验结果表明:单边螺栓具有良好的力学性能,工作性能安全可靠;方钢管混凝土柱设置约束拉杆能有效限制管壁变形,显著提高节点核心区整体性,减少破坏区域;圆钢管因为管壁稳定性较好,设置约束拉杆对改善节点力学性能效果不明显;穿芯螺栓节点核心区整体性最好;在弯剪加载条件下,单边螺栓节点表现出良好的转动能力.试验结果可供同类研究参考与比较.

新型卷边钢板组合PEC柱-钢梁中节点抗震性能试验研究

为研究新型卷边钢板组合PEC柱-钢梁连接节点的抗震性能,采用端板预拉对穿高强螺栓连接方式,以组合柱布置方式与梁端削弱截面设置作为设计参数,设计制作了3个中节点1∶1.6缩尺模型,对其进行低周循环荷载试验,重点分析试件的滞回性能、承载能力与转动刚度退化、延性与耗能能力和破坏模式。试验结果表明:新型卷边钢板混凝土组合PEC柱较好满足了"双向等刚度"的要求;预拉对穿螺栓的设置使节点域充分实现混凝土斜压带传力功效,相应降低对节点域钢柱腹板的抗剪要求,且所有试件均表现出不同程度的自复位功能与良好的耗能能力;所有试件在承载能力下降至85%之前,节点转动均超过了0.035弧度;试件破坏模式为钢梁削弱截面或连接部位附近截面屈服。

H型钢梁(端板连接)火灾行为的试验研究

为研究钢结构抗火性能,对4根端板连接H型钢梁进行火灾行为的试验研究.全部火灾试验在自行研制的火灾试验炉上进行,采用足尺试验形式,考虑跨度、荷载大小两个主要因素.钢梁跨度分别为4 200,3 600 mm,荷载比率分别为0.48,0.78.得出钢梁的温度场分布、变形情况及端板连接、轴向约束对钢梁的影响.结果表明:H型钢梁在火灾作用下发生局部屈曲和弯扭屈曲现象;端板连接、轴向约束对H型钢梁的火灾行为影响明显;钢梁进入大变形阶段后,轴向约束压力变为轴向约束拉力,轴向拉力有阻止钢梁自身进一步变形的作用,即发生了悬链线作用.

外伸端板加劲肋对连接性能的影响

为考察外伸端板连接中不同端板加劲肋对节点性能的影响,采用接触问题的弹塑性大变形有限元分析方法,研究了钢梁柱外伸端板连接中不同长度和厚度的外伸加劲肋对节点刚度、承载力的影响,考察了端板变形和连接面受拉侧间隙的变化。研究发现,与梁腹板等厚的等边加劲肋会过早地拉剪屈服,受压侧加劲肋则过早屈服和屈曲。斜角为63.4°,加厚的加劲肋能增大节点的抗弯力臂,减小螺栓拉力,延迟梁受压翼缘的局部屈曲,并能够将梁端塑性铰移向加劲肋的尾部,从而明显提高端板连接节点的强度和刚度。

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.

超大承载力端板连接节点试验研究

在大跨或重载钢结构中,当梁柱之间需要采用螺栓连接时,如果普通构造的端板连接节点和大承载力端板连接节点不能满足承载力要求,则需要采用受拉区布置12颗或16颗螺栓的超大承载力端板连接节点。为研究该类型节点受力性能,进行4个超大承载力端板连接节点足尺试件的单调加载试验,得到各节点试件的弯矩-转角曲线,分析不同螺栓直径、端板厚度和螺栓布置形式下各节点的抗弯承载力、转动刚度和受拉区螺栓拉应变增量分布的特点。结果表明,在试验试件构造条件下超大承载力端板连接节点的弯曲失效模式为端板屈服后螺栓失效,端板厚度对节点承载力影响明显;各螺栓的拉应变增量分布不均匀,角部螺栓对节点抗弯承载力影响较小,建议在设计中移除或仅按抗剪螺栓考虑;建议节点域屈服承载力仍按照现行规范计算,该类节点的等效受拉螺栓数量取为7。

L-CFST柱-钢梁中节点抗震性能试验和有限元分析

基于高层L形钢管混凝土组合异形柱(L-CFST柱)住宅结构体系,对两侧连接形式不同的中节点试件进行抗震性能研究.首先,对2个轴压比不同的足尺节点试件进行往复加载试验,对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力及应变分布等进行对比分析.结果表明:试验的破坏主要发生在扩翼缘式端板连接处端板的鼓曲和拉裂,钢梁翼缘连接板圆弧过渡处的局部屈曲及开裂等,外肋环板式连接只出现了竖向肋板端部处钢梁翼缘连接板的轻微开裂.扩翼缘式端板连接与外肋环板式连接的刚度接近,但承载力相差较大.通过建立三维非线性有限元模型,并与试验结果进行对比分析,验证了有限元模型的准确性,并对影响扩翼缘式端板连接承载力的4种因素进行了参数化分析.

波纹腹板H型钢梁柱半刚性外伸端板连接性能研究

为研究波纹腹板H型钢梁柱半刚性外伸端板连接的性能,采用有限元软件ANSYS,对外伸端板连接进行单向静力加载模拟,得到弯矩-转角曲线和端板应力云图,分析连接受力特性;分别调整端板厚度和梁腹板高厚比,分析其对弯矩-转角曲线的影响。结果表明:随着弯矩的增加,弯矩-转角曲线由线性特征转变为非线性特征,连接刚度逐渐降低;端板厚度和梁腹板高厚比对连接的初始刚度及抗弯承载力均有显著的影响。

梁端翼缘扩翼型节点抗震性能分析

针对梁端翼缘扩翼型节点抗震性能,在试验研究基础上通过建立有限元分析模型衍生设计了2组16个试件,采用Ansys有限元分析方法深入探讨了梁端翼缘扩翼型节点的扩大宽度、扩大长度等参数对节点极限荷载、延性性能等抗震性能影响。根据试验及有限元模拟的试件破坏结果,对容易导致节点断裂发生的薄弱环节的开裂可能性进行了评估,通过引入等效塑性应变指数,从理论上分析了梁端翼缘扩翼型节点的断裂机理。介绍了梁端翼缘扩翼型节点扩翼参数的设计方法。

波纹腹板H型钢梁柱端板螺栓连接节点抗弯性能

提出了一种波纹腹板H型钢梁与普通H型钢柱采用端板螺栓连接的节点构造.基于高强螺栓抗拉性能的刚性端板模型和T形连接件理论,提出波纹腹板H型钢梁柱端板螺栓连接节点的设计方法.进行了2个波纹腹板H型钢梁柱端板螺栓连接节点的静力试验,并使用商用有限元分析软件ABAQUS建立节点的有限元模型,将设计弯矩下的高强螺栓最大拉力的试验结果与有限元计算结果进行对比,证明了高强螺栓拉力计算公式的可靠性;通过对比设计弯矩和有限元计算的端板屈服弯矩,证明了端板厚度计算公式的合理性.

钢框架梁柱端板连接腹板开孔型节点的受力特性

对梁柱端板连接标准型和腹板开孔型节点进行了非线性有限元分析,研究了腹板开孔参数对节点区应力分布、屈服时应力应变发展变化及节点的弹性极限承载力的影响,对不同开孔尺寸节点的力学性能进行了分析比较,探讨了端板厚度、螺栓、开孔参数对端板上应力分布的影响.结果表明,梁柱端板连接腹板开孔型节点的细部构造对其受力影响较大,采用合理的细部构造形式有利于降低应力集中,改善节点的应力分布,使之受力均匀合理.