支撑与梁柱板式连接节点低周疲劳分析及设计方法研究

为实现强节点、弱构件的抗震设计思想,保证支撑与梁柱采用板式连接时节点板的低周疲劳寿命高于被连接的支撑构件,使用ANSYS程序对支撑及节点板进行了大量有限元参数分析,研究了支撑轴线与柱夹角、节点板距支撑轴线最近的嵌固点向支撑轴线所做垂线与支撑端部的距离、节点板厚度、支撑长细比、工字形截面支撑翼缘宽厚比等参数对支撑系统(支撑和节点板)低周疲劳寿命的影响规律。提出了基于工字形截面支撑长细比和翼缘宽厚比不同取值情况下节点板支撑端部净距的确定方法,为节点板的抗震设计提供了依据。     

板式连接中心支撑钢框架结构推覆试验研究

为研究板式连接中心支撑钢框架结构在水平荷载作用下的承载力、延性、结构影响系数、节点受力模式、屈服机制以及节点处梁柱附加弯矩分布规律,对两榀按1:2.6缩尺的3层中心支撑钢框架进行了静力推覆试验。结果表明支撑失稳后楼层水平刚度明显降低,但由于人字形支撑受拉斜杆的存在,楼层能够维持足够的水平承载力。弹塑性层间侧移角远高于抗震规范要求,具有较大的延性系数和结构影响系数。支撑节点板附近的梁柱上存在附加弯矩,基于弹性极限状态,得到了附加弯矩指数的试验值。支撑端部深入节点板较多时,节点板在支撑失稳后以圆弧塑性铰线形式产生面外转动,仍具有高于支撑的极限承载力和塑性变形能力。结构屈服机制合理,体现为支撑屈曲或屈服在先,节点板屈服和梁柱屈服在后,符合抗震设计要求。     

基于组件法的超大承载力端板连接节点弯矩-转角曲线计算方法

超大承载力端板连接节点是一种可以应用于大跨或重载钢结构中的新型梁柱节点形式。为了在结构分析中准确考虑该节点的抗弯承载力和转动刚度,需要确定其弯矩-转角曲线。在已有试验和有限元分析结果的基础上提出了超大承载力端板连接节点的组件模型,引入一种新组件形式并提出了其承载力和刚度的分析方法,基于组件法提出了超大承载力端板连接节点的抗弯承载力和转动刚度的计算方法。综合现有典型的节点弯矩-转角曲线模型的优点,以节点抗弯承载力和转动刚度为基本参数提出了适用于超大承载力端板连接节点的弯矩-转角曲线模型。通过与已开展的试验研究和有限元分析结果进行比较,所提方法得到的节点抗弯承载力和转动刚度较为准确,所提弯矩-转角曲线模型与试验曲线吻合良好,可以应用于采用该节点形式结构的分析和设计中。     

梁柱端板连接节点初始转动刚度计算模型

应用组件法建立了端板连接节点初始转动刚度计算模型,考虑了端板受弯、柱翼缘受弯、螺栓受拉、柱子腹板受剪、柱子腹板受压和柱子腹板受拉变形对连接节点转动刚度的影响。基于板壳理论计算端板和柱子翼缘的弯曲变形,给出了不同加劲肋设置情况下的刚度计算公式;根据有限元分析结果,把柱子腹板受压刚度计算采用的有效宽度和EC3建议的承载力计算有效宽度统一;在计算螺栓刚度时,考虑了因螺栓预拉所挤紧的周围板件对螺栓变形的影响。该文模型和试验结果及已有模型进行对比,表明该计算模型不仅能精确计算节点的转动刚度,且相对于现有的分析模型更为简便、准确,便于实际工程中应用。     

含屈曲约束连接件的钢框架节点抗震性能研究EI北大核心CSCD

基于屈曲约束和损伤控制的思想,提出了一种含屈曲约束连接件的钢框架节点,连接件的一对核心板传递翼缘轴力并平衡梁端弯矩,对核心板设置了由约束板、填充板和梁外伸翼缘组成的屈曲约束系统。对有无设置约束板的两个试件进行了低周往复荷载试验,分析了节点的滞回曲线、骨架曲线、能量耗散和应变分布,考察了约束板对节点滞回性能的影响;采用有限元软件ABAQUS对该节点进行了数值模拟,研究了核心板螺栓和厚度对该节点滞回性能的影响。结果表明:提出的节点可以达到预期的屈曲约束和损伤控制机制,即核心板率先屈服耗能,约束板可防止核心板发生过大的面外屈曲,主体梁柱保持弹性,节点具有稳定的滞回性能和较大的变形能力;核心板上螺栓预紧力决定了核心板是否会滑移,进而影响滞回曲线的饱满程度,核心板厚度主要影响节点刚度、承载力和损伤分布。最后,理论推导了节点的承载力和变形计算公式,给出了节点理论骨架曲线。     

腹板屈曲约束钢连梁抗震性能研究

腹板屈曲约束钢连梁通过在钢连梁腹板两侧设置约束板,保证钢连梁在往复剪切荷载作用下腹板剪切屈服后承载力能够持续强化,相比在腹板上设置加劲肋的传统方式,腹板屈曲约束钢连梁的腹板在接近钢材极限剪应变前不会发生面外屈曲,具有优越的耗能能力。通过5个腹板屈曲约束钢连梁的拟静力试验,研究了不同约束方式对钢连梁抗震性能的影响。试验结果表明:所有试件均实现了剪切屈服及承载力强化,破坏模式主要为翼缘、端板焊缝断裂和约束板弯曲破坏。钢连梁的超强系数平均值为1.38,大于《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的最低要求1.1,其中采用50 mm厚的钢筋混凝土约束板和25 mm厚的木板约束板的试件的超强系数超过了1.5。通过建立有限元分析模型进行试验对比验证和参数分析,提出了约束板最小厚度的建议取值,可为实际工程设计提供参考。     

带有任意弹性支撑的大型有面外支撑杆X撑结构屈曲分析

X型支撑结构已广泛应用于大型海洋工程主要支撑结构设计中，如设计使用不当，将有可能发生由支撑杆的屈曲失稳而引发的结构坍塌变形。在极限荷载下，X撑杆的屈曲失稳本质上属于典型的多跨压杆稳定问题，其极限承载力与撑杆的结构组成、几何参数以及端部约束密切相关。该文主要研究有(无)面外支撑的非对称交叉支撑体系在任意弹性支撑下X撑结构屈曲特性，侧重于考察端部约束、受力形式、面外支撑刚度等因素的影响。首先基于线弹性理论框架，建立了双跨受压杆件平衡方程，利用牛顿迭代算法进行屈曲载荷计算，从而得到跨中连续的非对称交叉支撑杆的有效长度因子数值解，并对端点支撑刚度和跨中支撑刚度进行了敏感性分析。结合工程实践，给出了杆件屈曲长度系数和刚度约束条件关键设计参数。     

复合材料拉挤方管型材螺栓节点承载力试验

复合材料型材是采用工业化拉挤工艺生产的截面形状一致、性能稳定的连续构件（如：方形、工字形、槽形等）,其节点连接技术是难点。重点开展了复合材料型材节点螺栓机械连接的试验研究与理论分析,研究了螺栓节点孔径、端距、壁厚等参数对复合材料型材节点极限承载力的影响规律,提出了拉挤复合材料型材螺栓孔的金属垫圈孔壁增强技术,进而拟合了拉挤型材螺栓节点连接的设计公式。研究结果表明：复合材料方管拉挤型材在螺栓连接局部挤压的破坏模式下,其极限承载力与孔径和板厚的乘积（d·t）呈线性关系,接头处的破坏形式和连接接头端距与孔径的比值相关。在挤压破坏模式下,当接头板件壁厚一定时,极限承载力的增量随着孔径的增大而减小。螺栓孔采用金属垫圈增强技术,可以大幅度提高节点承载能力（提高63%）。     

钢管混凝土柱-双面组合作用梁框架节点抗震性能试验研究

为了研究钢-混凝土双面组合作用梁框架节点的抗震性能,设计了3个钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点和1个普通钢-混凝土单面组合作用梁十字形框架节点,并对其进行低周往复加载试验,对比分析其破坏模式、极限承载力、初始刚度、耗能能力、延性、刚度退化等抗震性能指标;通过改变下部混凝土板厚度和传力方式,研究下部混凝土板不同厚度和不同传力方式对双面组合作用梁力学性能的影响。结果表明:与普通钢-混凝土单面组合作用梁框架节点相比,钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点具有更高的承载力和刚度,适用于荷载较大的结构,但在延性、刚度退化和耗能能力等方面无明显优势;下部混凝土板采用集中传力和均匀传力的方式对双面组合作用梁抗震性能的影响无明显区别;下部混凝土板采用预制法制作和螺栓连接更加方便、可靠。     

扭弯比对SRC柱抗震性能影响的试验研究与分析

为研究扭弯比对弯曲和扭转复合作用下型钢混凝土组合（SRC）柱的受力及变形性能影响,以扭弯比为主要控制参数对7个SRC柱进行了弯矩和扭矩成比例加载的低周往复试验,研究分析了扭弯比对SRC柱的破坏特征、滞回性能、承载力以及变形等特征的影响规律,并建立了SRC柱在弯扭复合作用下的抗弯、抗扭承载能力及变形计算方法。研究结果表明:扭弯比是影响SRC柱抗震性能的主要参数,扭弯比参数决定了SRC柱的破坏类型;弯扭复合作用降低了SRC柱的抗弯、抗扭承载能力,但扭弯比对弯曲和扭转存在相反的影响;弯矩与扭矩成比例往复加载相比定扭矩弯矩往复加载,抗弯和抗扭承载力的相互影响程度减小且偏于安全。     

开孔形式影响装配式耗能支撑滞回性能研究

装配式H型钢腹板开孔耗能支撑是由腹板开孔H型钢和传力槽钢通过螺栓连接组成的新型耗能支撑,可有效避免支撑构件失稳。为了研究腹板开孔形状对这种支撑的耗能性能的影响,进行了装配式耗能支撑试件低周往复加载试验,并采用有限元软件进行了模拟计算。试验结果表明:装配式H型钢腹板开孔耗能支撑滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。在轴向荷载作用下,试件主要依靠开孔腹板孔间板件进入塑性变形耗能阶段,腹板开长圆孔的试件与腹板开椭圆孔的试件孔间板件端部为薄弱部位,腹板开菱形孔的试件孔间板件中间部位为薄弱部位,加载过程中这些部位首先进入塑性变形阶段并最先发生断裂。加载过程中螺栓与槽钢始终处于弹性变形状态。有限元分析表明:改变腹板宽度对于腹板开长圆孔的耗能支撑的承载能力与初始刚度影响最大,对于腹板开椭圆孔的耗能支撑影响最小;改变孔间板件宽度对于腹板开菱形孔的耗能支撑影响较小。改变腹板厚度对于三种腹板开孔形式耗能支撑的承载力与初始刚度影响相近。当试件主体过早失稳,可通过增大高宽比、减小腹板厚度或选用翼缘更大的槽钢来避免。耗能板件螺栓连接部位安全可靠,未见变形或破坏,布置螺栓时孔距不应超过4.5d₀。     

内置钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为提高钢板与混凝土的协同变形能力,提出采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土,设计了2个内置钢板-高延性混凝土(HDC)组合连梁与2个内置钢板-混凝土组合连梁对比试件。通过拟静力试验,研究试件的破坏过程、破坏形态、滞回特性、耗能能力及刚度退化等。结果表明:跨高比为1.5的试件均发生剪切破坏,跨高比为2.5的试件均发生剪切黏结破坏;与混凝土组合连梁相比,HDC组合连梁的延性和耐损伤能力均得到明显提高;试件发生剪切破坏时,HDC组合连梁较混凝土组合连梁的极限位移角和累积耗能分别提高了44.4%和83.5%;试件发生剪切黏结破坏时,HDC组合连梁的耗能能力仍有较大幅度提高。根据4个小跨高比组合连梁试验结果,计算得到其设计剪压比为0.48~0.57,明显高于小跨高比连梁的剪压比限值。基于试验结果和受剪机制分析,提出了小跨高比组合连梁的受剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

自复位可更换软钢耗能支撑性能研究

传统屈曲约束支撑结构在震后残余变形较大,不易修复或更换。该文提出一种新型自复位可更换软钢耗能支撑,提出了理论设计方法。制作了缩尺比例为0.6的试验构件并进行了低周往复加载试验同时对试验进行了数值模拟,与试验结果进行对比并作进一步分析。研究结果表明:新型支撑中软钢耗能件可以实现良好的高阶屈曲耗能,在加载过程中支撑主体构件无塑性发展;同时残余变形很小,结构有着良好的自复位能力和受力性能。软钢夹持间距的适当减小,软钢耗能件的多阶屈曲变形和塑性发展更为理想,提高了支撑的耗能能力,尤其改善了支撑在受压时的耗能能力。在更换了软钢耗能件后,支撑仍可以继续工作,实现了新型支撑"自复位可更换"的设计目标。     

设置垫板的T形件螺栓连接滞回性能试验研究

为提高传统T形件连接的耗能能力, 在T形件之间设置两块矩形垫板使T形件翼缘在拉、压荷载作用下均能屈服耗能。设计制作了4个设置垫板的T形件连接试件和1个未设置垫板的试件, 进行往复拉压作用下的拟静力试验。结果表明:通过设置垫板提高T形件连接的耗能能力是可行的;设置垫板的试件滞回性能稳定、滞回环饱满, 在拉、压荷载作用下均能耗散能量, 耗能能力为相同构造不设置垫板试件的150%左右;设置垫板试件在拉力和压力作用下受力机理不同, 抗压承载力和刚度大于其抗拉承载力和刚度;随着垫板宽度的增加, 试件的抗压承载力和抗拉承载力均有所提高。     

装配式钢-混凝土组合管剪力墙轴压性能与承载力计算方法研究

为研究装配式钢-混凝土组合管(SRCT)剪力墙的轴压性能,完成了7个SRCT剪力墙试件的轴压性能试验,分析了试件的破坏形态、承载能力、位移延性、初始刚度等轴压性能。结果表明:SRCT剪力墙具有良好的轴压承载能力、刚度和变形能力,表现出良好的轴压承载性能;SRCT剪力墙轴压承载能力和初始刚度与距厚比成反比,延性与距厚比成正比;拉结筋布置形式对SRCT剪力墙的轴压承载力有一定影响,对初始刚度影响较小,拉结筋梅花形布置的SRCT剪力墙轴压承载力更高;侧面锚栓布置形式对SRCT剪力墙承载力有较大影响,随着侧面锚栓的加强,SRCT剪力墙承载能力增大;提出了考虑钢板局部屈曲和钢管对内膛混凝土约束作用的SRCT剪力墙轴压承载力和初始刚度计算方法,计算结果与试验值吻合良好。     

双肢冷弯C型钢斜节点抗震性能研究

针对双肢冷弯C型钢背靠背加垫板的截面形式,选取常用的屋檐斜节点作为研究对象,采用试验与有限元相结合的方法分析了15个斜节点试件,发现该类节点具有良好的抗震性能和较高的极限承载能力,得到了节点板厚度、螺栓间距、C型钢厚度和腹板高度等因素对斜节点抗震性能的影响情况。斜节点可能发生梁C型钢弯曲屈曲和节点板弯扭屈曲两种破坏形态,而节点板厚度是影响斜节点破坏形态的主要因素。随着C型钢厚度及高度、螺栓间距的增大,斜节点极限弯矩承载力和初始刚度增大,C型钢高度影响程度最大。建议设计时节点板厚度的取值不小于6mm,螺栓间距在11d₀~13d₀。最后,分析了16个斜节点正交试件,通过数值分析得到了斜节点半刚性特征值与节点参数之间的设计表达式,可供设计时参考。     

基于弹性扭转约束边界的波形钢板整体剪切屈曲分析

波形钢板的整体剪切屈曲对波形钢腹板PC组合箱梁桥的竖向抗剪设计有重要意义。该文在正交各向异性薄板理论的基础上,利用势能驻值原理和瑞利-里兹法,推导了基于弹性扭转约束边界的波形钢板弹性整体剪切屈曲荷载的分析方法,并给出了几种特殊边界条件下的简化计算公式。计算结果表明:对于四边简支板和四边嵌固板,该方法与现有公式计算结果一致;波形钢板强抗弯刚度方向上的约束条件是影响其整体剪切屈曲的决定性因素,随着该方向上约束的增强,屈曲模式将从四边简支情况向四边嵌固情况过渡;弱抗弯刚度方向上约束条件的影响很小,可以忽略。最后给出了将波形钢板在实际梁结构中受到的边界约束等效为弹性扭转弹簧的方法。     

考虑支撑断裂及节点板作用的中心支撑框架抗震性能研究

中心支撑框架(CBFs)具有良好的抗震性能和经济性,是常见的抗震结构体系。CBFs通常利用支撑受拉屈服和受压屈曲行为满足延性变形需求。在以往的地震中,CBFs结构的极限破坏模式均为支撑断裂。然而,在框架分析或设计时,CBFs通常被理想化为桁架结构,即将支撑构件两端考虑为铰接或固接连接并且忽略支撑断裂行为。该文提出能考虑支撑断裂行为和节点板作用的OpenSees数值模型。通过对单支撑构件、一层、三层中心支撑框架进行建模分析,模拟结果与试验结果吻合较好,验证了数值模型的有效性。采用验证后的三层框架模型进行动力增量时程分析表明,不考虑支撑断裂时,框架的倒塌储备系数偏大。建议对CBFs结构进行设计和分析时,应考虑支撑断裂和节点板作用,以合理评估其抗震性能。