钢框架梁柱节点焊缝损伤性能研究Ⅰ：试验研究

选取20个钢框架全焊接梁柱节点局部试件进行单向拉伸和拉压循环试验,记录了试件的破坏模态和应力 应变曲线,分析了材料强度、加载方式、板件厚度、宽度等参数对节点局部焊缝性能的影响,研究了焊缝开裂对节点损伤的影响。试验表明,循环加载会显著削弱焊接试件承载能力和变形能力,导致焊缝的开裂和破坏;焊缝在循环荷载作用下,受压的塑性发展会削弱焊缝延性;焊缝开裂和板件屈曲是节点损伤的两大主要因素,焊缝中裂纹发展导致节点承载力下降和刚度损伤;板件屈服后的局部屈曲对节点的损伤有待进一步研究。     

H形梁翼缘与端板非全熔透焊接的节点性能试验研究

对H形梁翼缘与端板分别采用全熔透焊接和非全熔透焊接的节点进行了对比试验。选择板件宽厚比、端板厚度、翼缘板与端板平面的夹角等设计参数,对24个试件进行了单调加载试验,6个试件进行了反复加载试验。试验结果表明:节点无一例发生焊缝破坏,焊缝形式对连接的最大荷载、翼缘近焊缝端应变以及滞回性能等无明显影响;在以局部屈曲为主要控制模式进行设计的轻型门式刚架中,无论对单调静力荷载还是反复荷载,H形梁翼缘与端板的连接都可采用非全熔透焊接。     

Study on damage behavior of weld of beam-to-column connection in steel frame 11 ： theoretical analysis and finite element simulation

采用断裂力学理论,依据9个钢框架全焊接梁柱节点局部试件的单向拉伸试验结果,对节点试件的焊缝损伤进行了理论分析和有限元模拟。理论计算表明,简化计算式能够简洁地反映节点开裂情况,但对约束条件、裂纹尺寸的简化会影响计算精度。有限元分析结果表明,焊接孔附近的应力集中和热影响区材料的退化导致节点焊缝断裂易发生在梁腹板焊缝位置和梁翼缘焊缝热影响区,两处开裂概率接近,与试验结果吻合;试件开裂位置由初始缺陷的尺寸、位置和材料断裂韧性共同决定;弹塑性有限元分析能够较准确分析试件开裂位置和启裂荷载,精度较高,为研究梁柱节点焊缝损伤性能提供了一种损伤判断方法和准则。     

不锈钢焊接H形截面柱滞回性能试验研究

为了研究不锈钢焊接H形截面柱的滞回性能,对10个不锈钢焊接H形截面柱进行了循环加载试验,分析了轴压比、翼缘宽厚比和腹板宽厚比对试件的破坏形态、承载力、耗能能力、塑性发展能力和延性的影响。结果表明：所有不锈钢焊接H形截面柱试件的破坏过程均为翼缘首先发生局部屈曲变形,然后腹板发生局部屈曲变形,屈曲变形形状均呈半正弦波状;板件宽厚比越大,试件达到破坏时的位移级和等效黏滞阻尼系数越小,位移延性系数和塑性发展系数越小,承载力退化越快;轴压比对试件的抗震性能影响显著,其影响规律与板件宽厚比的相似。对于不锈钢结构的抗震设计,建议在规定H形截面柱宽厚比限值时考虑轴压的影响。     

钢框架梁柱节点焊缝损伤性能研究Ⅱ：理论分析和有限元模拟

采用断裂力学理论,依据9个钢框架全焊接梁柱节点局部试件的单向拉伸试验结果,对节点试件的焊缝损伤进行了理论分析和有限元模拟。理论计算表明,简化计算式能够简洁地反映节点开裂情况,但对约束条件、裂纹尺寸的简化会影响计算精度。有限元分析结果表明,焊接孔附近的应力集中和热影响区材料的退化导致节点焊缝断裂易发生在梁腹板焊缝位置和梁翼缘焊缝热影响区,两处开裂概率接近,与试验结果吻合;试件开裂位置由初始缺陷的尺寸、位置和材料断裂韧性共同决定;弹塑性有限元分析能够较准确分析试件开裂位置和启裂荷载,精度较高,为研究梁柱节点焊缝损伤性能提供了一种损伤判断方法和准则。     

冷弯薄壁方钢管梁柱节点抗震性能试验研究

冷弯薄壁钢管结构房屋施工速度快,适合在抗震设防烈度高的地区及震后重建中使用。因管壁较薄,梁柱节点连接方式及其力学性能还需进一步研究。依据"强柱弱梁,强节点弱杆件"的抗震设计思想,按照控制塑性铰位置的思路,在梁端加设加腋板;依据减少反复焊接次数可降低节点脆断的性能,采用纵向梁焊接于横向梁方式减少对柱施焊次数。共开展三种类型12个节点在不同轴压比下的低周往复加载试验,探讨节点滞回耗能和承载力等力学性能,结果表明:①普通焊接节点破坏前所经历循环次数较少,节点部位焊缝及附近板件发生断裂;②加腋节点极限承载力比普通焊接节点提高很多,耗能能力也较强,破坏时加腋端梁截面局部屈曲,屈曲点位于节点核心区外;③分散焊缝连接节点所经过加载循环次数较多,屈服后累计耗能能力较强,破坏时C形钢腹板局部屈曲,节点发生延性破坏;④轴压比对普通焊接节点和加腋节点的滞回性能、承载力及刚度退化影响较大,但对分散焊缝连接节点影响较小。     

带裂纹翼缘板加强型节点局部试件力学性能试验研究

为研究带裂纹钢框架梁柱节点在地震过程中的抗震性能,设计制造了5个梁柱节点局部试件进行拉卸循环加载试验,研究初始裂纹缺陷位置对局部试件力学性能的影响.试验结果表明:带初始裂纹缺陷的加强型节点局部试件的承载力和延性性能均有所降低;初始裂纹缺陷位置不同会对试件产生不同程度的影响,缺陷位于加强板端部角焊缝中间时所造成的影响更为突出.     

管桁结构直接焊接节点焊材损伤累积演化规律试验研究

管桁结构直接焊接节点焊缝容易发生损伤累积,造成节点局部失效。为此,针对管桁结构直接焊接相贯节点的连接焊缝,制作标准试件进行低周疲劳试验,得到其应力 应变滞回曲线、循环应力幅退化曲线和累积耗能变化曲线,研究节点焊材的损伤累积演化规律。结果表明：循环荷载下焊材表现出循环软化现象,与其母材循环特性存在差别,节点抗震分析中应区别考虑二者本构关系;焊材的损伤累积演化规律主要表现为随着循环周数的增加,其循环应力幅值、卸载刚度和耗能能力逐渐减小;焊材损伤累积破坏分三阶段,其中裂纹萌生和破坏阶段应力幅退化较快,裂纹扩展阶段变化较慢;加载应变幅对损伤累积速率的影响表现为加载应变幅值越大,其损伤退化越快,在母材为Q235的焊材中影响更明显;焊缝形式的影响较小,表现为角焊缝的损伤累积稍大于全熔透焊缝。有限元分析中考虑损伤累积影响,得到的焊材损伤累积演化规律与试验结果较为吻合。     

冷弯薄壁方钢管混凝土梁柱节点抗震性能试验研究北大核心CSCD

冷弯薄壁型钢结构房屋中杆件壁板较薄,梁柱节点连接区域常发生柱板件被拉裂现象。向薄壁柱内灌入低强度混凝土,可有效提高梁柱节点抵抗外荷载的能力。开展4种类型共8个节点在不同轴压比下的低周往复加载试验,探讨节点抗震性能。结果表明:普通空钢管柱焊接节点破坏前所经历的循环次数较少,节点域部位焊缝及焊缝附近板件发生断裂;加腋节点极限承载力比普通焊接节点提高很多,耗能能力较强,破坏时加腋端梁截面局部屈曲,其承载力比螺栓贯穿式节点承载力高;钢管混凝土柱直接焊接节点在一定程度上抑制了节点域柱板件断裂,螺栓贯穿式节点梁端板件发生断裂和梁与端板连接的焊缝也被拉裂;轴压比对空钢管柱节点的抗震性能影响较大,但对钢管混凝土柱节点影响较小。     

高强度钢材箱形柱滞回性能试验研究

为研究Q460高强度钢材箱形柱的抗震性能,对5个足尺试件进行了水平往复加载试验研究,分析了板件宽厚比、轴压比等因素对试件的承载力、破坏模式、耗能能力、变形能力和延性的影响。试验结果表明,Q460高强度钢材箱形柱具有很好的耗能能力和抗震性能,适用于抗震钢框架;除试件HB-1外其他试件本身及其柱脚节点均未发生焊缝开裂,证明设计合理、质量合格的Q460高强度钢材焊缝连接具有足够的承载力和良好的抗震性能;板件宽厚比越大,试件局部屈曲出现得越早,最大荷载对应的位移级越小,达到破坏时的位移级也越小;试件发生局部屈曲的范围及屈曲中心位置相对于试件截面高度的比值依次减小,所有试件最大屈曲位置距固定端0.25B~0.50B（B为等边箱型截面外边长）,塑性区范围距离固定端0.72B~1.06B。根据试验结果,建议在轴压比不大于0.2时,Q460钢材箱形截面压弯构件板件宽厚比限值不应大于30;同时,钢框架柱在进行抗震设计时,其板件宽厚比限值应与轴压比相联系,轴压比越大,板件宽厚比限值应越小。     

钢管桁架结构K形搭接节点抗震性能试验研究

按钢管桁架结构K形搭接节点隐藏焊缝焊接情况制作了4个足尺试件,通过对其进行拟静力试验,研究K形搭接节点内隐藏焊缝在焊与不焊情况下的试件变形、破坏模式、节点的耗能性能等。得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性性能、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明：K形搭接节点内隐藏焊缝对试件的承载能力影响不大;节点的破坏模式主要是搭接支管的变形与屈曲以及搭接支管与被搭接管、主管之间连接焊缝的破坏;隐藏焊缝不焊接节点试件的滞回耗能优于隐藏焊缝焊接的节点试件;隐藏焊缝不焊接节点试件的变形是隐藏焊缝焊接节点试件的1.1~1.2倍。     

外包钢板-混凝土组合连梁试验研究(Ⅰ):抗震性能

对6根外包钢板-混凝土组合连梁试件进行了拟静力加载试验,试件变化参数有连梁跨高比、钢板厚度和弯剪比。连梁钢板的破坏包括连梁端部钢板的开裂和钢板的局部屈曲。试件承载力的下降主要由梁端钢板的开裂和裂口扩展引起。所有试件的连梁钢板开裂后,裂口迅速扩展,在钢板开裂或开裂后的下一级位移循环时荷载达到峰值。连梁钢板的局部屈曲分为连梁端部钢板的受压局部屈曲和钢腹板的剪切局部屈曲。局部屈曲的发生和形态主要受钢板厚度、连梁的跨高比和钢板开裂的影响。所有试件的内填混凝土均未发生明显的受压破坏。混凝土的开裂程度与裂缝分布与外部钢板的变形程度相一致。采用连梁钢腹板无对接焊缝构造试件的变形能力明显优于连梁钢腹板有对接焊缝构造试件的变形能力。所有试件的滞回曲线饱满,具有稳定的耗能能力。     

工厂加工制作的特殊构造梁柱节点抗震性能试验研究

为研究工业用途的某特种钢结构的抗震性能,选取其中3个特殊构造梁柱节点,即柱强轴方向带悬臂梁段的端板螺栓节点(试件I)、柱强轴方向有梁的弱轴方向异型盖板焊接节点(试件II)、柱强轴方向无梁的弱轴方向异型盖板焊接节点(试件III),制作足尺试件,进行循环荷载作用下的拟静力试验,研究端板连接、空间加载制度以及特殊的构造形式对节点破坏形态、承载力、塑性转角、延性及耗能能力的影响。试验结果表明:3种形式节点试件的梁端最大塑性转角均能达到0.025 rad,位移延性系数大于4.0,累积塑性转角可达最大塑性转角的20~30倍,承载力可达到梁全截面塑性承载力的1.0~1.3倍;试件II的最大层间位移角达到0.035 rad,最终因梁中发生局部屈曲而破坏,而试件I和试件III的最大层间位移角可达0.040 rad,满足美国钢结构抗震设计规范中对特殊抗弯钢框架梁柱节点转动能力的限值要求,破坏形态分别为螺栓拉断、盖板出现延性开裂。研究结果表明,试件II和试件III抗震性能良好,试件I因端板螺栓连接承载力不足,导致其耗能能力较差,因此需从设计上加以改进。     

轴压或轴向往复荷载作用下方钢管焊接T型节点的承载性能研究

采用试验实测的方法,研究不同支管与主管宽度比(β)的方钢管焊接T型节点的静力与滞回性能,分析了节点的破坏形态、荷载-位移曲线、承载及耗能能力。结果表明:支管与主管宽度比对节点的静、动力性能有明显影响,如在支管轴向压力作用下,β=0.4,0.8时试件的破坏分别受主管上翼缘屈服和主管侧壁屈曲控制,支管的轴向往复加载会引起节点的开裂破坏,试件裂纹分别沿主管上翼缘和支管根部贯通;β=0.4的试件能耗系数比β=0.8时提高43.5%,这种提高与各试件的耗能机制不同有关。往复加载试件的受拉开裂会降低节点的承载力,但按GB 50017—2003《钢结构设计规范》设计的节点承载力具有足够的安全储备。     

带内隔板方钢管T型节点抗震性能的试验研究

通过2个T型方钢管节点和4个内隔板加劲节点的低周反复试验,研究内隔板加劲节点的破坏模式、节点的承载力、延性变形能力和节点局部刚度的变化规律。试验中2个未加劲T型节点试件在受拉时主管出现剪切破坏、节点延性差。设置内隔板后,节点试件的屈服荷载和峰值荷载明显增大;在受拉状态下,试件达到峰值荷载后的承载力削弱缓慢、试件的变形能力明显增强;在受压状态下,加劲节点的承载能力明显增大,但节点试件节点区焊缝和主管板件的开裂,导致试件的延性有所降低。     

覆板加强的方钢管T形节点轴向滞回性能试验研究

为研究采用覆板加强的冷弯方钢管T形节点的轴向滞回性能,对2组支管与主管的截面宽度比β分别为0.4和0.8的方钢管直接焊接节点和采用覆板加强的方钢管T形节点进行了轴向往复加载试验。详细介绍了试验节点的设计、试验过程及破坏形态,并对节点试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能和延性等性能进行了分析。试验中,试验节点经历了主管屈服、初始开裂、裂纹闭合、裂缝扩展、裂缝贯通五个主要阶段,但各试件的开裂位置并不相同。加强覆板阻止了裂缝向主管管壁发展,有效避免了主管管壁的撕裂破坏,使开裂后支管的受压荷载继续上升,因而节点开裂后受拉能力较未加强节点的好。支管与主管截面宽度比越小,试件的耗能能力和延性越好。但覆板加强处理降低了试件的耗能能力,且支管与主管宽度比越小其耗能能力的降低越明显。受拉裂缝会降低试件的延性,故轴拉循环的延性较对应的轴压循环的差。在β=0.8时,覆板加强对试件的抗震延性有所改善,但β=0.4时加强节点试件的位移延性系数低于未加强节点。覆板加强节点在支管轴向往复荷载作用下的拉压不均衡问题应引起重视。     

对接焊缝构造形式对高强钢梁柱节点断裂性能的影响

为研究对接焊缝构造形式对Q460高强钢梁柱节点断裂性能的影响,设计了4种不同构造形式的对接焊缝节点试件进行加载试验,采用拉卸循环加载方式,研究其承载能力、变形能力、破坏形态等性能,对比分析不同焊缝构造形式节点试件的断裂性能,对衬板双边焊缝构造形式节点试件进行了深入研究,分析了衬板双边焊缝间距对节点断裂性能的影响。结果表明:梁柱翼缘对接焊缝不同构造形式对试件断裂性能有一定影响,衬板采用双边焊缝构造形式可加强焊缝区域的强度,避免焊缝及热影响区发生断裂破坏,使试件破坏区域外移至母材区,试件的抗断裂能力较强;衬板采用双边焊缝的构造形式对试件的承载能力影响较小,对试件的变形能力影响较大,承载力及变形较衬板采用单边焊缝分别提高了3.3%,31.9%;增大衬板双边焊缝间距有利于加强焊缝区域强度,建议在构造允许的前提下,适当增大衬板宽度,降低焊缝发生开裂破坏的可能性。     

主管局部加固焊接方钢管T型节点滞回性能研究

β(支管与主管外径比)较大的焊接方钢管T型节点因主管连接焊缝韧性差和质量缺陷等因素,可能因焊缝开裂而导致节点丧失承载力。本文提出在主管节点区将角钢沿主管管壁焊接在主管侧壁和上表面上,通过角钢将支管轴力传至主管的侧壁,这不仅避免主管连接焊缝开裂所导致的脆性破坏,也可充分发挥主管节点区板件的塑性耗能作用。基于两支角钢加固T型节点和普通T型节点的拟静力试验研究,研究了主管局部加固节点的破坏过程、破坏模式,发现加固节点屈曲发生的范围大、屈曲幅度大,节点承载力下降也比较平缓;另外,加固节点的滞回曲线饱满,滞回环包围面积明显大于未加固节点,加固节点具有良好的抗震能力。     

盖板加强型节点断裂性能试验及有限元研究

为研究盖板加强型节点断裂的特性,通过对3个钢框架盖板加强型节点局部试件的单向拉伸试验及数值模拟,研究加强板厚度、材料强度对试件断裂性能的影响。试验结果及有限元分析表明:试件破坏形态分为加强板端部角焊缝断裂和梁翼缘板断裂两类;当加强板厚度较大时,局部构件塑性变形较大且焊缝开裂风险较大,当厚度达到一定数值后,其变化对试件整体承载能力和焊缝断裂性能影响较小;提高材料强度可增大试件承载能力同时降低其塑性变形能力,但对焊缝处断裂性能影响不明显;加强板端部角焊缝处断裂风险高于对接焊缝。     

隔板贯通变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-箱梁节点抗震性能试验

对折线隔板贯通变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-钢箱梁节点和基本型节点进行了循环加载试验,获得了节点的破坏模式、滞回曲线、塑性转角、耗能能力、节点域应变演化等抗震性能指标.结果 显示,上隔板与小截面柱间焊缝的剪应变远大于下隔板与大截面柱间焊缝;基本型节点在几何突变剧烈的梁翼缘对接焊缝侧边、梁腹板角焊缝端点及构造复杂的梁腹板焊接工艺孔处脆断;折线隔板节点的典型破坏模式为折线隔板段形成塑性铰、极限加载时焊接工艺孔处梁腹板屈曲和开裂、塑性铰区隔板断裂、梁腹板竖向角焊缝开裂.折线隔板节点的极限承载力、塑性转角和耗能能力较基本型节点分别增加40.2％～58.6％、22.7％～44.6％和65.7％～118.6％.