钢框架中钢梁高强螺栓拼接摩擦耗能的试验研究

为了探索将钢框架中的钢梁高强度螺栓拼接节点按照摩擦耗能节点进行设计的可行性,进行了三个试件的循环加载试验。所有试件的梁柱连接都采用焊缝连接,钢梁拼接按照拼接中心处的实际受力设计,翼缘和腹板拼接全部采用10.9级高强螺栓摩擦型连接,螺栓孔采用长圆孔。试验结果表明:三个试件都能够实现拼接中心的摩擦耗能作用,而且梁柱连接焊缝不会提前破坏;所有试件都表现出了良好的耗能性能;但试验也发现了一些值得注意的问题,如在循环加载作用下,拼接节点的承载能力和耗能能力下降较多,长圆孔的开孔长度对节点的转动能力和耗能能力影响较大等。     

钢框架翼缘加强互形装配式节点力学性能研究

钢框架翼缘加强互形装配式节点在悬臂梁下翼缘与框架梁上翼缘交互布置拼接板,一侧用焊缝连接,另一侧用高强螺栓连接,另外梁柱连接根部用角钢加强.节点的焊接在工厂完成,现场用高强螺栓拼接.为研究翼缘拼接板宽度和厚度对节点滞回性能、骨架曲线、耗能性能、延性性能、应变分布规律等的影响,设计了 3个试件进行低周往复循环荷载试验.此外,还用ABAQUS软件建立7个模型,进行了有限元分析.结果表明:各试件的滞回曲线饱满,节点具有较好的耗能能力;梁柱根部用角钢加强可使翼缘拼接板与框架梁之间得到充分滑移,试件的延性系数均达到5.0以上;随着翼缘拼接板厚度的增加,试件的极限承载力提高,极限位移增大,刚度退化速率减缓,耗能能力明显增强;翼缘拼接板宽度的增大,对承载力、刚度和滞回性能影响不明显.节点设计时,建议翼缘拼接板的厚度比翼缘厚度多2～4 mm,宽度比翼缘宽30～50 mm.     

翼缘双盖板装配式钢结构梁柱节点静力性能有限元分析

基于损伤控制的思想,提出了一种翼缘双盖板装配式钢结构梁柱节点,其由带悬臂梁段圆钢管柱、中间梁段及两者的连接装置组成。通过控制翼缘盖板的厚度、中间排螺栓间距等参数,可协调翼缘盖板处的连接刚度,从而利用螺栓的摩擦滑移和翼缘盖板的塑性变形共同耗能,确保梁柱等主要构件不发生塑性破坏。对6个节点的静力性能进行了非线性有限元分析,通过变化中间排螺栓间距、翼缘盖板狗骨削弱区尺寸、悬臂梁段翼缘厚度、翼缘连接盖板厚度及材料等参数,研究各参数变化对节点静力性能的影响规律。分析表明:节点设计中需综合考虑连接盖板、螺栓间距及悬臂梁段尺寸等参数并合理选取,从而在保证节点承载性能的同时,充分发挥该节点利用连接装置耗能以确保梁柱等主要构件不发生塑性破坏的优势,利于结构震后修复的实现。     

带悬臂梁段端板连接装配式钢结构节点非线性静力分析

提出了一种适用于施工现场快速装配的带悬臂梁段的方钢管柱-H型钢梁拼接节点形式。将悬臂梁与H型钢梁的翼缘通过螺栓连接、腹板采用端板螺栓连接,不仅能够利用摩擦滑移、螺栓杆与孔壁的挤压耗能,同时又能利用受力时端板之间的顶紧作用有效的传递内力。通过变换端板厚度、螺栓孔径和翼缘拼接处螺栓个数3个参数,在考虑几何、材料和状态三重非线性的基础上,利用ANSYS软件,分析了此类节点的破坏模式及受力机理,得到了弯矩-转角曲线,并在此基础上对节点做了刚性评价;通过对此类节点的受力分析提出了一些参数设计建议:端板厚度取8~10 mm为宜,端板拼接处螺栓数取4~6个为宜,翼缘拼接处螺栓数取4~6个为宜。     

螺栓拼接节点数值计算模型研究

采用迭代平衡的方法对高强螺栓施加标准预紧力,并考虑高强螺栓预紧力的影响、螺栓帽与盖板之间摩擦的影响、盖板与翼缘或者腹板之间摩擦的影响、螺栓杆与板件孔壁之间非线性接触承压的影响,以非线性通用有限元软件MSC Marc为平台建立了考虑接触摩擦、摩擦滑移和接触承压的高强螺栓拼接三维非线性有限元分析模型。首先模拟了高强螺栓连接的单块板件,并与试验对比验证了模型的可靠性,证实有限元模型可以较好地模拟螺栓的滑移荷载和拼接的极限荷载;然后模拟了高强螺栓梁段拼接节点,并与试验对比证实模拟结果与试验骨架线吻合良好。所提出方法可以较好地模拟拼接节点中高强螺栓的全过程受力性能,可以用于高强螺栓拼接节点的分析和计算。     

一种可恢复功能的装配式钢结构梁柱节点受力机理研究

提出了一种可恢复功能的装配式钢结构梁柱节点,该节点由带悬臂梁段的圆钢管柱、中间工字形梁段、翼缘连接盖板、L形板及高强螺栓群组成。通过控制翼缘连接盖板的厚度、盖板中间两螺栓间距等参数,可调节翼缘连接盖板处的截面刚度;通过翼缘连接盖板的塑性变形进行耗能,确保梁柱等主要构件保持弹性不发生破坏,以实现节点的震后快速修复。通过对6个节点的有限元数值模拟研究,获得了节点的承载能力、破坏模式及螺栓拉力等数据,主要分析了翼缘连接盖板中间两螺栓间距、双翼缘盖板连接形式、翼缘连接盖板厚度和螺栓孔形式等参数对节点力学性能的影响规律。研究表明:通过合理设计相关参数,能够使节点的承载能力满足要求,同时梁柱等主要构件不发生破坏,节点在震后可以实现快速修复。     

基于损伤可控的梁柱节点受力性能的试验研究

提出一种基于损伤可控的梁柱节点(Web-Connected and Prestressed节点,简称WCP节点)。通过在梁端腹板设置连接钢板、摩擦耗能螺栓以及预应力筋,将梁柱连接在一起。为了研究该类节点的滞回性能、自复位能力和损伤特征,设计、制作并完成了4个足尺节点试件的低周往复试验,分别考虑了预应力筋的初始张拉力、高强度螺栓的预紧力以及拼接板的表面处理方式对节点性能的影响。试验结果表明:该类节点的破坏主要集中在拼接部分;节点通过螺栓的滑移变形提供了较好的耗能能力;预应力筋能够增强节点的刚度,降低节点的残余变形,提供一定的自复位能力,且预应力筋的初张拉力越大,节点的复位性能越明显;高强度螺栓预紧力越大,节点的承载力越大,耗能性能越好;采用普通表面处理的试件比采用喷砂处理的试件承载力大,耗能性能好。     

L形钢管混凝土柱-H型钢梁Z字形拼接节点抗震性能研究

研究了一种L形钢管混凝土柱-H型钢梁Z字形拼接节点的抗震性能,包括翼缘和腹板均拼接的节点和设置上、下部翼缘加劲肋替代腹板处拼接板的节点.通过对节点的拟静力试验和研究,获得了节点的滞回曲线、滑移荷载、屈服荷载、极限荷载、耗能能力、延性与刚度退化规律,分析腹板处拼接板和翼缘加劲肋对节点抗震性能的影响.研究结果表明:腹板处拼接板可以提高节点的屈服荷载和极限荷载.增加翼缘高强螺栓数量可以提高节点的滑移荷载,但会降低节点的延性性能.垂直加劲肋可以提高节点的屈服荷载、极限荷载和延性.对比有无上、下翼缘加劲肋的两组节点可知,上、下翼缘加劲肋可以提高节点的承载能力,有效传递拼接区的剪力,可代替腹板连接,该节点具有良好的延性和塑性转动能力.     

梁柱“上焊下栓”节点受力性能

为研究"上焊下栓"节点梁塑性铰与拼接区滑移出现的先后顺序及拼接区耗能所占的比例,通过改变翼缘拼接板的截面面积,设计了2组试件,利用有限元软件ABAQUS对其进行了单调荷载和低周往复荷载作用下的有限元分析;同时以梁柱"上焊下栓"节点的BASE试件为例,对比分析了梁柱"上焊下栓"节点BASE试件与相同参数的"互"字形节点和传统栓焊混合节点的破坏模式、滞回曲线以及骨架曲线。结果表明:当翼缘拼接板为翼缘截面面积的2/3倍～1.0倍时,拼接区的板件变形和滑移能得到充分发展;当翼缘拼接板为翼缘截面面积的1.0倍～4/3倍时,梁拼接区的板件变形和滑移未能得到充分发展;在低周往复荷载作用下,2组"上焊下栓"节点的破坏模式相似,当梁端位移角约为0.024 rad时,梁下翼缘与拼接板开始出现滑移;当梁端位移角约为0.036 rad时,塑性铰出现在悬臂梁上;在整个加载过程中,梁拼接区的板件变形和滑移的耗能占总耗能的39%～45%;梁柱"上焊下栓"节点BASE试件的延性、耗能性能以及变形能力低于相同参数的"互"字形节点,但略高于传统栓焊混合节点。     

钢框架梁端翼缘扩大型节点低周反复荷载试验研究

针对钢框架梁端翼缘扩大型节点进行4个1∶2缩尺比例的模型试验,深入研究梁端翼缘侧板加强型节点和梁端翼缘圆弧扩翼型节点在低周往复荷载作用下节点的屈服荷载、极限荷载、滞回曲线、骨架曲线、延性和耗能能力等抗震性能。为了比较分析,还设计制作了1个普通栓焊节点试件。试验结果表明,4个梁端翼缘扩大型梁柱节点均达到了抗弯钢框架连接的抗震要求,而普通栓焊节点试件由于梁柱焊缝根部的脆性破坏制约了梁柱节点的塑性发展;梁端翼缘侧板加强型节点由于侧板与梁翼缘对接焊缝的影响使得焊接热影响区母材变脆而发生脆性撕裂,致使节点的耗能性能受到影响;梁端翼缘圆弧扩翼型节点的抗震性能优于梁端翼缘侧板加强型节点。建议在实际工程中,采用圆弧渐进式过渡的梁端翼缘扩翼型节点,可以有效保证梁柱节点连接的塑性变形和耗能能力。     

设置悬臂梁段拼接耗能的钢框架抗震性能试验研究

为了检验设置悬臂梁段拼接的钢框架抗震性能,对3榀1/2缩尺的一层半单跨钢框架进行了低周往复加载试验,研究拼接节点对整个钢框架抗震性能影响.拼接处翼缘和腹板拼接板均采用8.8级高强度摩擦型螺栓连接,研究了3种钢梁拼接设计方法对结构抗震性能的影响,得到了钢框架的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、刚度退化、层间侧移角、拼接梁段竖...     

L形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓装配节点抗震性能研究

为同时实现梁柱之间和柱柱之间装配,提出一种适用于多高层钢结构的异形钢管混凝土柱与H型钢梁的全螺栓连接节点.上柱、下柱、L形件与H型钢梁4个模块在工厂制作完成,在施工现场通过螺栓进行装配,可实现梁与柱、柱与柱之间的快速连接.通过改变盖板螺栓数量、加劲肋种类设计了4个节点,对其进行了拟静力试验与有限元分析,获得了节点的滞回...     

钢板攻丝高强螺栓连接钢框架节点力学性能试验研究

对采用钢板攻丝高强螺栓连接的钢框架节点分别进行了高强螺栓拉伸及剪切试验、钢柱法兰连接节点静力及拟静力试验、梁柱半刚性连接静力试验.基于试验数据对节点连接的承载能力、失效模式以及刚度特征等关键问题进行了分析.研究结果表明:由自攻螺纹钢板及高强螺栓构成的连接形式具有良好的抗拉、抗剪性能,以螺杆断裂为最终破坏模式;钢柱法兰连...     

外伸式端板连接蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点抗震性能试验研究

通过7个1∶2比例外伸式端板连接蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点的低周反复加载试验,研究不同螺栓数目、直径及排列方式的外伸式端板连接蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点在各受力阶段的抗震性能和合理的节点构造形式。基于试验数据,分析了节点在反复荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性和耗能性能等。试验结果表明：试件的破坏形态和变形与螺栓数目、直径及排列方式有关,外伸端板螺栓连接中螺栓数目多、直径大的节点连接形式的承载力高,抗震性能较好;8个端板螺栓4行2列的排列形式为最合理的抗震节点形式;外伸端板螺栓数量为8个时的延性和耗能性能都能满足抗震的要求。     

预制装配式混合框架屈曲约束狗骨式节点抗震性能试验研究

为充分发挥装配式混凝土结构施工便捷的特性及钢结构中狗骨式钢梁的抗震性能优势,提出了预制装配式混合框架屈曲约束狗骨式节点。该混合框架节点由预制钢筋混凝土柱和预制钢-混凝土混合梁通过高强螺栓连接而成,其中混合梁由屈曲约束狗骨式钢梁段与混凝土梁段采用高强螺栓连接。完成了2个框架中节点及2个框架边节点的低周往复加载试验。通过对节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化的研究,对节点类型及梁内是否布置预应力筋对该节点抗震性能的影响进行了分析。研究结果表明：该节点的拼装方式采用全螺栓连接,施工便捷;节点的破坏主要集中于钢梁段,达到了塑性铰外移的目的;节点梁内布置预应力筋能明显提高混凝土梁段的抗裂性能及节点整体抗震能力;提出了该节点中梁端受弯承载力计算方法,试验值与计算值吻合较好。     

复式钢管混凝土外钢管不连通环梁节点抗震性能试验研究

设计一种用于复式钢管混凝土结构的新型外钢管不连通环梁节点,介绍该新型节点的构造和制作过程,进行四个梁柱组合体低周反复荷载试验,研究新型节点的抗震性能。试验结果表明:新型节点具有较好延性和变形能力,增加环梁配筋率和柱内钢管尺寸可提高节点的承载力。通过合理的构造措施,外钢管不连通环梁节点中内钢管混凝土、竖向插筋和密排环箍以及周边环梁一起保持了钢管混凝土柱的连续性,节点整体性强,满足结构设计"强柱弱梁"及"强节点弱构件"的设计原则,具有较好的抗震性能。     

法兰连接钢管混凝土柱-钢梁外加强环节点受力性能研究

钢管混凝土柱-钢梁混合结构是工程常用的结构形式.为了有效减小钢管混凝土结构在施工现场的焊接工作量,提高钢管混凝土柱-钢梁节点的安装效率,提出了一种基于法兰连接和外加强环的钢管混凝土柱-钢梁连接装配方法,其特点是采用高强螺栓、刚性法兰盘、外加强环板在同一位置实现了钢管混凝土柱-柱连接、钢管混凝土柱-钢梁连接.对采用该方法...     

Performance of CFTST column to steel beam joints with blind bolts under cyclic loading

The objective of this research is to investigate the seismic performance of the composite joint consisting of square concrete filled thin-walled steel tubular (CFTST) column and steel beam with end plate and blind bolts. The cold-formed square tube in each CFTST column connection was fabricated by seam welding together four pieces of lipped angle with nominal wall thickness 1.5 mm or 3 mm. Four exterior joint specimens were tested under axially compressive load on the top of the columns and cyclic loads on the beam tip. The experimental parameters in the study were the thickness of the steel tube and the type of end plate. The seismic response of the blind bolted moment joints to CFTST columns was analyzed and evaluated in terms of the hysteretic behavior, failure modes, stiffness and strength degradation, ductility, and energy dissipation capacities of the joints. To improve the tension behavior of the blind bolted moment connections to the thin tube wall, the anchorage action of reinforcing rebar welded to the bolts with concrete-filled steel tubes was also investigated to consider the effect of cyclic loading. The experimental and analytical results indicated that when the end plate thickness is not less than 3 mm, the flush or extended end plate joints to CFTST columns exhibited large hysteretic loops and excellent seismic performance, such as ductility and energy dissipation capacity. The proposed innovative blind bolted joint was verified as a reliable and effective solution applied in mid- and low-rise buildings through properly design and detailing.     

Experimental study on seismic behavior of angle connection joints for concrete-filled square steel tubular column to steel beam

为了研究地震作用下方钢管混凝土柱-钢梁角钢连接节点的受力性能,设计了3个梁柱节点试件并对其进行低周往复循环荷载试验,分析了角钢短肢长肢比和角钢厚度对试件的刚度、承载力、耗能能力、延性性能及节点域剪切变形的影响。试验结果表明：角钢连接的塑性铰出现在角钢与柱壁相接触部位,往复荷载下最终破坏形态为角钢与柱壁焊接部位出现角钢撕裂现象,通过增加角钢短肢长肢比和增加角钢厚度可以将塑性铰外移,使角钢与柱壁相接触部位的撕裂程度减轻,从而有效保护节点核心区。增加角钢的厚度对节点的初始刚度及承载力影响明显,随着角钢厚度的增加,节点的初始刚度和承载力随之增加;增加角钢短肢长肢比能够提高节点的耗能能力和刚度。该节点具有较高的承载力、刚度及较大的变形能力,符合抗震设计理念。