翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能

为研究翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能,采用有限元分析软件ABAQUS对普通节点和翼缘削弱型节点的空间钢框架模型进行有限元模拟,对2种钢框架模型的破坏形式、承载力、滞回性能、耗能能力、强度及刚度退化性能等进行了对比分析。结果表明:翼缘削弱型节点可使梁端塑性铰外移至梁端翼缘削弱处,避免梁端焊缝处应力集中导致脆性破坏;翼缘削弱型节点等效粘滞阻尼系数与普通节点空间钢框架相比有明显的提高,进入屈服阶段后由于应力重分布,其刚度及承载力退化速度较普通节点空间钢框架慢,翼缘削弱型节点钢框架具有梁铰延性破坏机制,抗震性能较好。     

梁端翼缘削弱型节点空间钢框架抗震性能试验研究

为研究梁端翼缘削弱型节点钢框架的抗震性能,设计钢框架试验加载装置,进行1∶3缩尺比例的2榀2层1跨梁端翼缘削弱型节点空间钢框架的低周往复荷载试验,研究其受力特点及破坏形态,对模型框架结构的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、承载力退化、塑性耗能能力等抗震性能进行分析。试验结果表明:空间钢框架的8个梁端翼缘削弱型节点塑性铰均外移至圆弧削弱区域,所有节点的梁柱连接焊缝均未出现裂缝,荷载-位移滞回曲线饱满,破坏时结构位移延性系数介于3.05~3.82之间,等效黏滞阻尼系数介于0.34~0.41之间,弹塑性极限位移层间转角介于0.035 5~0.044 5 rad之间。钢框架梁柱连接采用圆弧削弱型节点可使梁端应力平缓过渡,避免梁柱连接焊缝处产生应力集中现象,钢框架塑性内力重分布后对圆弧削弱型节点的耗能性能没有明显影响。圆弧削弱型节点在钢框架中表现出较好的延性性能,提高了钢框架整体结构的抗震性能及塑性耗能能力。     

肋板加强型节点空间钢框架抗震性能研究

针对肋板加强型节点和普通节点空间钢框架的抗震性能,采用ANSYS有限元分析软件对比分析了两种钢框架的破坏形态、承载力、滞回性能、变形能力、耗能能力以及退化性能.研究结果表明,肋板加强型节点可使梁端塑性铰外移至远离梁柱连接焊缝的梁上,避免梁端应力集中导致焊缝发生脆性破坏;肋板加强节点钢框架的极限承载力、等效黏滞阻尼系数与普通钢框架相比有明显提高,进入屈服阶段后由于应力重分布及肋板参与耗能,其刚度及承载力退化速度明显低于普通节点钢框架,肋板加强节点钢框架具有明确的梁铰延性破坏机制,抗震性能更好,推荐在强震区使用.     

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。     

梁端楔形翼缘连接钢框架低周反复荷载试验研究

提出了梁端楔形翼缘连接节点,通过2跨2层梁端楔形翼缘连接钢框架试件的低周反复加载试验,研究了结构在地震作用下的滞回性能、耗能机制、耗能能力、刚度退化和破坏形态。结果显示,试件破坏模式为延性,破坏时的顶点位移角达到了1/29,整体延性系数在4.7以上,梁上塑性铰出现在翼缘变化处,表明梁端楔形翼缘连接钢框架具有良好的抗震性能。对试件进行了静力弹塑性分析,节点域用转动弹簧来考虑其剪切变形,采用双线性特性塑性铰的计算结果与试验结果较一致。     

梁端翼缘扩大型连接的抗震性能研究

通过试验及数值分析方法研究了钢框架梁端翼缘扩大型连接节点的滞回性能、极限承载力、破坏模式、刚度及强度退化等抗震性能。研究结果表明:梁端翼缘扩大式节点可以将塑性铰转移到梁翼缘扩大端截面以外位置,避免梁端焊缝发生脆性破坏;加强侧板末端截面有明显突变和热影响区影响使钢材变脆应力集中现象严重,制约了节点塑性耗能深入发展;直接扩翼型节点塑性铰中心形成于扩翼圆弧段末端,远离柱翼缘,达到了塑性铰外移的目的;在循环荷载作用下,翼缘及腹板随局部屈曲塑性变形的不断积累,导致试件的强度出现退化;节点构造形式对抗震性能影响显著,直接扩翼型节点的塑性变形和耗能能力较好,推荐在强震区采用。     

腋板加强型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能研究

为对比分析普通节点和腋板加强型节点钢框架的抗震性能,采用ANSYS有限元分析软件对两种不同节点形式的钢框架建立三维空间计算模型,进行了低周反复荷载作用下的有限元模拟。对比分析了两种节点钢框架模型的破坏形态、滞回性能、承载力、耗能能力、强度及刚度退化性能。分析结果表明,腋板加强型节点钢框架能有效地提高钢框架的承载力,达到塑性铰外移的目的,滞回曲线饱满,具有较强的耗能能力,退化性能较普通节点钢框架更缓慢。研究内容可为工程应用和理论分析提供参考。     

翼缘削弱的型钢混凝土框架抗震性能研究

为了研究翼缘削弱的型钢混凝土框架的抗震性能,对一榀两跨三层型钢混凝土框架模型进行了低周反复荷载试验。框架模型按"强柱弱梁"原则设计,且对节点核心区附近梁端工字形型钢的上、下翼缘采取狗骨式削弱,并适当增加最大削弱部位纵向钢筋的配筋率。通过对框架模型顶层施加低周反复水平荷载,观察了框架模型的破坏过程,测得框架模型的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线以及各阶段的荷载和位移值,并分析了框架模型的延性、耗能、强度降低、刚度退化以及破坏机制。试验结果表明:框架模型的承载能力、变形能力和耗能能力高,延性大(延性系数大于7),满足延性框架的抗震要求。进一步分析了翼缘削弱在型钢混凝土框架中的具体作用。分析结果表明:翼缘削弱不仅能将塑性铰从梁端根部转移到翼缘削弱部位,从而降低节点核心区所受的剪力以及梁柱连接焊缝的应力,而且有利于框架形成梁铰耗能机构,从而提高框架的整体耗能能力。翼缘削弱能有效提高型钢混凝土框架的抗震性能,可在型钢混凝土     

方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能研究

翼缘削弱型节点可将塑性铰外移到梁端,从而有效地保护节点,避免发生脆性连接破坏。基于ABAUQS软件,参照目前钢框架节点的削弱参数取值,对方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能的影响进行了数值模拟,结果表明:合理选择相应的翼缘削弱参数,可在承载力降低不明显的情况下实现此类节点塑性铰外移,且位移延性有所提高。基于前述模型,对此类节点的翼缘削弱参数对其承载力和位移延性的影响进行了参数分析,最终建议了此类节点削弱深度的合理取值范围。     

PEC柱-型钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究部分包裹混凝土(PEC)柱-型钢梁框架中节点的抗震性能,以端板厚度、柱翼缘宽厚比以及是否增设背垫板为参数,对4榀焊接H形钢部分包裹混凝土柱-型钢梁框架中节点进行低周反复荷载试验,分析其破坏模式、承载力、滞回性能及延性等。并以此为基础,建立有限元拓展模型。试验和有限元结果表明：各节点滞回曲线均为饱满的梭形;节点处梁翼缘、腹板变形明显,节点域出现塑性铰;端板厚度由18mm增加到24mm,节点承载力提升7.1%;柱翼缘宽厚比由8减小到6,节点承载力提升17.3%;增设背垫板后,节点承载力提升14.2%;加载过程中节点刚度退化稳定,屈服后承载力退化系数约为0.9;节点位移延性系数介于3.72~5.34之间,等效黏滞阻尼系数介于0.537~0.619之间;节点破坏时,层间位移角介于1/26~1/24之间,变形性能满足抗倒塌设计要求。基于节点受力分析,建立节点域抗剪计算模型,提出PEC柱-型钢梁框架中节点受剪承载力计算公式,计算结果与试验值及有限元模拟结果较为吻合。     

矩形钢管混凝土柱-混凝土梁搭接式节点抗震性能研究

在现有钢管混凝土柱与混凝土梁连接形式基础上,提出一种新型搭接式钢管混凝土柱-混凝土梁节点,通过低周反复荷载试验和数值模拟分析,研究了节点的破坏形态、承载能力、刚度退化、延性及耗能能力等,分析了梁端纵筋和搭接牛腿翼缘的应变发展规律。结果表明:钢管混凝土柱-混凝土梁搭接式节点表现出典型的混凝土梁端塑性铰破坏模式,符合“强节点、弱构件”的抗震设防理念; 节点的滞回曲线饱满,捏缩现象较轻,刚度退化明显,强度退化较小,具有较好的延性及耗能能力; 梁纵筋及牛腿各测点中搭接牛腿端部截面应变最大,通过搭接连接方式可实现梁端弯矩和剪力的有效传递,但搭接牛腿长度不足会使节点发生锚固破坏; 在节点设计时,应保证足够的搭接长度,以实现钢筋混凝土梁纵筋在弯剪复合受力状态下锚固性能的可靠性,充分发挥节点的抗震耗能能力; 有限元计算结果与试验结果吻合良好,该模型能够准确反映节点在实际受力情况下的力学特性,所得结论可为此类新型搭接式节点工程应用提供技术支撑。     

新型全螺栓连接钢框架抗震性能试验研究

针对方钢管柱与H形钢梁难栓接的问题,提出了一种新型全螺栓连接方式。这种连接方式舍去传统螺栓连接的螺帽,由直接在柱壁相应位置的攻丝充当,然后通过高强度螺栓把钢梁和方钢管柱直接连接。为了研究新型全螺栓连接方式运用在钢框架上的抗震性能,按照1:2比例模型,分别制作了采用传统栓焊连接方式(KJ-1)和新型全螺栓连接方式(KJ-2)的单层单跨钢框架。通过低周往复加载试验,对比分析了两者的破坏现象、承载力、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化以及延性等抗震性能。结果表明,KJ-2比KJ-1承载力提高了16.1%,延性增加了13.7%,耗能提高了9.5%;二者的刚度退化程度接近。总体而言,采用新型全螺栓连接钢框架的抗震性能稍优于采用传统栓焊连接的钢框架的抗震性能。     

钢管混凝土柱-钢梁单边高强螺栓端板连接框架的拟静力试验研究

为获悉半刚性钢管混凝土框架结构在地震作用下的抗震性能和破坏机理,进行2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢梁单边高强螺栓端板连接框架试件的拟静力试验,包括1个圆形和1个方形钢管混凝土框架。研究柱截面类型和端板类型对框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了框架在低周反复荷载作用下的受力全过程和破坏特征,分析此类结构的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、耗能能力等抗震性能指标,并结合现有规范评价结构的延性。试验结果表明,此类半刚性连接钢管混凝土框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,其延性系数μ=2.41-3.75,能量耗散系数E=0.823-0.955|在柱截面含钢率相同条件下,方钢管混凝土框架试件的极限承载力和耗能能量均高于圆钢管混凝土框架试件|梁柱节点采用单边高强螺栓端板连接具有典型的半刚性特征,连接可靠和耗能效果好。研究成果将为我国装配式组合结构设计理论与应用提供科学依据。     

盐雾环境下锈损钢框架梁柱节点抗震性能试验研究

为研究盐雾环境下锈损钢框架梁柱节点抗震性能的退化规律,对7个不同锈蚀龄期焊接梁柱节点试件开展三维形貌扫描和拟静力试验,研究了锈蚀损伤对框架梁柱节点滞回行为、破坏形态、承载性能、转动变形和耗能能力的影响.研究结果表明:锈蚀梁柱节点滞回环形状虽然较为饱满,但是其包络面积、加卸载刚度和循环圈数明显减小;锈蚀梁柱节点破坏模式均...     

Cyclic flexural analysis and behavior of beam-column connections with gusset plates

This research investigates the cyclic flexural behavior of double-angle concentrically braced frame beam-column connections using three-dimensional nonlinear finite element analysis. Prior experimental research demonstrated that such connections possess appreciable flexural stiffness, strength, and ductility. The reserve capacity provided by these connections plays a significant role in the seismic behavior of low-ductility concentrically braced frames, so knowledge about the impact of connection parameters on local limit states and global connection performance is needed for employing reserve capacity to design and assess concentrically braced frames. Finite element models were developed and validated against prior experiments with focus on the limit states of failure of the fillet weld between the gusset plate and beam, low-cycle fatigue fracture of the steel angles joining the beam and gusset plate to the column, and bolt fracture. The models were used to evaluate the flexural stiffness, strength, and ductility of braced frame connections with primary attention on the effects of beam depth, angle thickness, and a supplemental seat angle. The finite element analysis demonstrated that increasing beam depth and angle thickness and adding a supplemental seat angle all increased the stiffness and strength of the connection while maintaining deformation capacity. A procedure to estimate the flexural behavior of beam-column connections with gusset plates was developed based on the results of the numerical simulations.     

袋式除尘器角节点梁翼缘削弱的有限元分析

采用非线性静动态有限元方法,分析和比较了梁翼缘削弱前后袋式除尘器角节点的极限承载力和滞回性能,研究了梁翼缘削弱位置、长度和深度尺寸等对节点承载能力、塑性铰发生位置、节点抗震性能等的影响.分析表明,梁翼缘削弱会造成节点承载能力小幅度降低,并造成节点局部应力重新分布,实现塑性铰外移;梁翼缘削弱后,节点的滞回曲线更为饱满,节...     

低周反复荷载下蜂窝式钢框架梁柱节点性能试验研究

为研究蜂窝式钢框架梁柱节点的抗震性能,进行6榀框架边节点的低周反复荷载试验。当轴压比u=0.25和扩张比K=1.5时,在考虑梁上第一个开孔位置与其腹板高度之比d/ht和柱上第一个开孔位置与其腹板高度之比e/hc等控制参数的影响下,对其节点的受力过程、破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性性能等因素进行研究与分析。研究表明:焊接质量是防止节点脆性破坏的首要保证。明显的焊接缺陷容易导致裂缝过早扩展,从而降低节点延性和耗能能力;与原型钢相比,梁柱腹板开孔扩高后,节点受弯承载力和转动刚度均有较大程度提高,梁端荷载-位移关系的滞回曲线饱满、稳定,刚度退化不明显,具有较好的耗能能力;扩张比一定的情况下,d/ht对节点抗震性能的影响要比e/hc显著,并且控制d/ht可以有效地将塑性铰外移到距节点域较远的梁截面上,大大缓解节点处的高三轴应力状态,降低连接焊缝发生脆性破坏的可能性,改善节点延性性能。     

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。     

住宅钢结构梁翼缘材料削弱型节点的有限元分析

提出一种利用低屈强比钢实现住宅钢结构节点梁翼缘削弱的新方法。采用非线性静动态有限元方法,分析和比较梁翼缘材料削弱前后节点的极限承载能力和滞回性能,研究梁翼缘削弱位置和削弱长度等对节点承载能力、塑性铰发生位置、节点抗震性能等的影响。分析表明:梁翼缘材料削弱会造成节点承载能力小幅度降低,并使节点局部应力重分布,实现塑性铰外移;梁翼缘削弱后,节点的滞回曲线更为饱满,节点耗能性能和延性性能增强;梁翼缘削弱位置和削弱长度的变化对节点承载能力和抗震性能都有一定影响,需要对削弱参数进行综合考虑。