钢管腹板削弱型梁柱弱轴连接的抗震性能影响因素分析

在节点域箱形加强式工字形梁柱弱轴连接和钢管腹板削弱型(tubular web reduced beam section,TW-RBS)连接的基本形式上,提出了一种工字形柱与H形梁的钢管腹板削弱型弱轴(weak axis tubular web reduced beam section,WA-TW-RBS)连接。设计了3个系列共14个WA-TW-RBS弱轴连接节点的对比分析模型,采用有限元软件Abaqus对钢管的直径、厚度以及钢管中心距蒙皮板外边缘的距离进行了变参数分析,研究这些参数的变化对节点滞回性能、刚度退化、节点延性和塑性转动能力的影响。研究结果表明:在上述参数合理的取值范围内,WA-TW-RBS连接节点的延性系数能达到3.0以上,节点的塑性转动能力不小于0.03rad,并且能有效地实现塑性铰外移,是一种非常理想的钢框架抗震节点形式。所有模型在分析时,钢柱和节点域都处于弹性阶段,满足"强柱弱梁"和"强节点弱构件"的抗震设计理念。     

H形梁-柱弱轴角钢折形腹板连接的抗震性能分析

为了研究箱形节点域的H形柱钢框架梁柱弱轴角钢折形腹板连接的抗震性能,参考梁柱强轴连接的削弱参数,共设计了9个等肢角钢折形腹板弱轴连接系列试件和1个传统平腹板弱轴连接试件。利用有限元软件ABAQUS对折形腹板节点在循环荷载作用下的受力性能进行模拟分析,研究了角钢折形腹板节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线及塑性转动能力。研究结果表明,在循环荷载作用下,节点屈服以前,削弱参数对节点的滞回曲线影响不大;节点屈服之后,削弱参数对节点的滞回曲线、骨架曲线有一定的影响。研究结果还表明,角钢折形腹板弱轴连接节点的滞回性能、承载力、塑性变形能力均优于传统平腹板弱轴连接节点,滞回环更加稳定饱满,塑性转动能力提高了18.3%,延性系数均大于4.0。满足抗震规范要求,能够达到"强节点,弱构件"的设计理念。     

钢管加强梁腹板开孔型梁柱弱轴连接节点的抗震性能研究

为解决梁腹板开孔型梁柱弱轴连接节点抗剪承载力不足以及全焊型节点在地震作用下焊缝脆性断裂的问题,提出了一种钢管加强梁腹板开孔型梁柱弱轴连接形式。利用ABAQUS有限元软件对该节点连接形式进行了数值模拟分析,详细研究了不同参数对节点抗震能力的影响。结果表明:在合理参数取值范围内,钢管加强梁腹板开孔型梁柱弱轴连接节点在低周反复荷载作用下能够使塑性铰远离梁端,在节点域和柱位置未发生塑性变形。加强钢管厚度越大节点抗剪承载力越高,节点耗能系数越小;腹板开孔半径越大承载力越低,节点耗能系数越大;节点位移延性系数随加强钢管厚度和腹板开孔半径的增大先增加后降低;开孔距离主要对塑性铰产生位置有较大影响,开孔距离较大或者较小时,钢梁塑性铰均出现在梁端根部,不满足设计要求;给出了加强钢管厚度、腹板开孔半径、开孔距离合理建议取值,为实际工程提供参考。     

箱形节点域H形柱弱轴削弱型连接的设计方法

为了实现"高延性-高弹性承载力"的抗震设计思路和推广削弱型RBS(Reduced Beam Section)连接在H形柱钢框架中的应用,提出了一种适用于H形柱弱轴的箱形节点域RBS连接的设计方法和步骤。通过一个多层钢框架工程的设计,验证了所提RBS型连接设计方法的可靠性。采用ABAQUS有限元软件对该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、延性系数。研究结果表明,新型箱形节点域H形柱弱轴RBS连接的设计方法合理、可靠,应用该方法设计的H形柱弱轴连接节点能够实现梁"塑性铰"的外移,节点具有较高的延性和承载能力,能够满足抗震规范中"强柱弱梁"和"强节点弱构件"的抗震设计要求。     

箱形节点域DRBS型弱轴连接抗震性能有限元分析

为了研究箱形节点域翼缘双削弱(double reduced beam section,DRBS)工字形柱弱轴连接节点的抗震性能,设计了两个系列模型。应用有限元软件Abaqus对第2个削弱区段的长度和深度的取值进行了研究,分析了节点的破坏形式、等效塑性应变、承载力、延性、塑性转动能力及耗能系数等,并与箱形节点域翼缘削弱(reduced beam section,RBS)型弱轴连接节点进行了对比分析。结果表明:在循环荷载作用下,在第2个削弱区段的削弱长度等于第1个削弱区段长度且第2个削弱区段的削弱深度取值宜略大于美国FEMA-350规范推荐的上限值时,箱形节点域DRBS型节点具有良好的抗震性能。与RBS型节点相比,DRBS型节点的承载力降低不明显,但是显著降低了最大等效塑性应变,提高了节点的延性和塑性转动能力。此外,DRBS型节点减缓了梁腹板和翼缘的局部屈曲的发生,从而提高了节点的累积耗能能力。     

H形梁翼缘双肋板加强式弱轴连接的抗震性能分析

提出了一种适用于工字形柱箱形节点域的H形梁翼缘双肋板加强式弱轴连接;应用ABAQUS有限元软件对标准节点、梁翼缘外侧双肋板加强式节点和梁翼缘内侧双肋板加强式节点共7个足尺计算模型进行了力学性能分析,研究了节点破坏模式、滞回特性、骨架曲线、耗能能力、塑性转动能力和延性等问题。结果表明:箱形节点域双肋板加强式弱轴连接能够有效地在梁端形成塑性铰,并且塑性铰远离节点核心区,从而实现强柱弱梁和强节点弱构件的抗震理念;梁翼缘内侧双肋板加强式节点可以达到与梁翼缘外侧双肋板加强式节点相同的抗震性能,并且改善了梁柱翼缘对接焊缝的应力;梁翼缘双肋板加强式节点的耗能能力和延性系数都有显著提高,塑性转动能力达到FEMA 267建议的0.03 rad,符合国际上对节点塑性转动能力的要求。     

新型钢框架梁柱节点延性性能试验研究

根据钢框架强柱弱梁的抗震设计原则 ,按照有效控制梁上塑性铰位置的思路 ,采用在梁腹板进行开孔削弱的节点形式 ,通过开孔位置与大小控制节点处的塑性铰形成位置 ,进行了反复荷载历程下的 5组试件破坏试验 ,探讨了梁柱节点的滞回性能、节点破坏模式及其极限承载力 ,并进行对比分析。研究结果表明 ,采用腹板开孔的构造形式 ,可以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。     

方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点抗震性能

为研究方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点的抗震性能,利用有限元分析软件ABAQUS建立了该节点的有限元模型。通过对已有试验中的圆钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点抗震性能的模拟分析,验证了有限元计算结果的正确性,进而对方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点的受力性能进行了数值模拟分析,研究了该节点在低周循环荷载作用下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线及节点延性;同时考察了柱内型钢含钢率、柱轴压比和环梁配筋率对节点抗震性能的影响。结果表明:方钢管约束型钢混凝土柱-RC环梁节点的滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能;在节点核心区设置环梁后,节点试件的最终破坏模式为梁端形成塑性铰破坏,环梁对节点核心区保护作用明显,满足"强柱弱梁"及"强节点、弱构件"的抗震设计原则;随着柱内型钢含钢率及环梁配筋率的降低,节点试件的最大荷载、延性系数和抗震性能均有所降低,且强度退化加快;轴压比对节点抗震性能影响较大,当轴压比从0.31增加至0.63时,节点试件的延性系数从4.14降低至2.12,最大荷载降幅高达15.16%。     

不同构造形式节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接削弱型节点抗震性能分析

首先采用ABAQUS有限元软件,结合国内已通过试验验证的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接以及已有的焊接节点试验,验证了有限元模拟的有效性。在通过有限元软件ABAQUS模拟几种不同构造形式的削弱型节点,并与标准型节点在单调荷载作用下的承载力、循环荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线、强度与刚度退化曲线、断裂指数等方面进行了对比分析,研究结果表明:节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接节点局部削弱可以改善节点的破坏形态,实现塑性铰的外移,防止节点脆性断裂;当采用节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的节点形式,由于弱轴方向本身抗侧刚度较大,同时考虑建筑功能要求、抗震效果及经济性等指标,弱轴方向宜采用削弱型节点,其中腹板开孔型节点承载力及刚度没有过多的下降,且滞回曲线饱满,耗能性能及延性较好。而狗骨削弱型节点存在侧向失稳的问题,因此建议节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接削弱型节点应采用腹板开孔型节点。     

翼缘削弱型外伸端板H形柱弱轴连接的力学性能分析

为解决H形柱外伸端板弱轴连接抗震性能不足的问题,提出了一种翼缘削弱型外伸端板梁柱弱轴连接。利用有限元软件ABAQUS对削弱型端板节点和普通端板连接节点进行了低周反复荷载下的力学性能比较分析,并研究翼缘削弱几何参数对削弱型端板节点受力性能的影响。研究结果表明:削弱型端板节点的塑性转动能力平均值约为0.05 rad,与普通端板连接节点相比具有较好的抗震性能;削弱型端板节点破坏出现在远离节点域的削弱区域,而柱子基本完好,满足"强柱弱梁"的抗震设计理念,按照欧洲标准EC 3的连接刚度分类,削弱型端板节点属于半刚性连接;翼缘削弱几何参数中,削弱区距柱端板的距离、削弱长度以及削弱深度对削弱型端板节点的极限转角,塑性转动能力等方面均有显著影响,应合理选择削弱参数;根据美国标准FEMA-350中对削弱参数的规定,给出了翼缘削弱几何参数的建议取值范围。     

H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式弱轴连接的抗震性能分析

提出一种适用于H形柱的箱形节点域的H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式的弱轴连接。应用ABAQUS软件,对标准节点、梁翼缘对称双肋板加强式节点、梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式节点和梁翼缘扩翼板加强式节点共4个足尺的计算模型进行力学性能对比,分析研究了节点的破坏特点、滞回性能、骨架曲线、耗能特性、塑性转动能力和延性等问题。研究结果表明,H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式的弱轴连接能够有效地在梁端形成"塑性铰",并且"塑性铰"远离节点核心区,从而实现"强柱弱梁"和"强节点弱构件"的抗震理念。梁翼缘非对称双肋板加强式节点可以达到与梁翼缘对称双肋板加强式节点相似的抗震性能,并且改善了梁柱翼缘对接焊缝的应力。梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式节点的耗能能力和延性系数较扩翼板加强型节点显著提高,塑性转动能力能达到美国FEMA-267建议的0.03 rad,符合国际上对节点塑性转动能力的要求。     

薄壁方钢管混凝土柱-空心钢管梁加腋节点抗震性能试验研究

以轴压比为主要考察参数,对4个1∶1足尺模型的薄壁方钢管混凝土柱-空心钢管梁加腋节点进行低周反复荷载试验。通过试验观察其受力过程和破坏形态,得到梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并分析节点的刚度退化、延性和耗能能力。结果表明:加腋板增强了节点域刚度,避免了焊接区域板件的脆性断裂,节点破坏由梁的局部屈曲引起,塑性铰形成于梁上并远离节点区域,柱和节点域基本完好,较好地满足了"强柱弱梁,节点更强"的抗震设计要求;试件的滞回曲线较饱满,延性系数为2.00~2.70;随着位移幅值的增加,试件的耗能能力不断提高,耗能性能良好;试件的极限承载力、延性及耗能能力等随轴压比增大无明显变化。     

肋板加强式新型工字形柱弱轴连接的抗震性能有限元分析

基于一种新型节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的研究成果,进行梁端肋板加强式节点抗震性能的研究。利用有限元软件ABAQUS对模型进行非线性分析,得出节点的破坏形态和焊缝等关键部位的应力分布情况。通过计算得出荷载-位移曲线、骨架曲线、极限承载力、位移延性等节点参数,并对其延性及耗能能力与标准新型弱轴连接试件进行对比分析。研究结果表明:肋板加强式弱轴连接节点能够有效地迫使梁端塑性铰外移,从而实现"强柱弱梁"的抗震理念。肋板加强可以改善新型弱轴连接梁柱翼缘对接焊缝和蒙皮板的应力分布并提高节点的刚度和承载力,具有较标准新型弱轴连接更好的抗震性能。     

安装管束腹板削弱型梁柱刚性连接节点抗震性能分析

介绍了一种安装管束腹板削弱新型梁柱刚性连接节点。利用有限元软件ANSYS 14.0对试验进行模拟,结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合良好;分析了管束腹板中心至梁翼缘表面的距离、管束腹板管径和管束腹板管壁厚度对节点抗震性能的影响。分析表明:各系列安装管束腹板削弱型节点试件与普通节点试件的滞回曲线均饱满无捏拢,具有较好的滞回性能。安装管束腹板削弱型试件的承载力和初始刚度均小于普通节点试件,但是安装管束腹板削弱型试件都能够迫使塑性铰远离梁柱连接焊缝处。管束腹板中心至柱翼缘的距离、管束腹板管径和管束腹板管壁厚度均影响新型节点试件的承载力、延性和耗能能力。     

H形梁-工形柱弱轴箱形节点域连接节点单调加载试验研究

提出了一种新型的适合于H形梁与工形柱弱轴箱形节点域连接节点的构造形式，该连接属于后Northridge连接方式。试验中共设计梁端标准、梁端加盖板、梁端截面削弱和梁端加腋4种不同的处理方式的足尺边框架节点试件。通过单调加载试验，得到各个试件的破坏模式、塑性铰出现位置及节点域组成板件的应力分布情况。试验现象和试验数据分析结果表明，各试件破坏时，塑性铰均出现在远离连接位置的梁截面上，节点域和工字形柱基本处于弹性工作状态，节点域组成板件的应力均较小，其转角延性系数都大于4，塑性转角都大于0.030rad，说明H形梁-工形柱弱轴箱形节点域连接节点具有较高的延性和塑性转动能力，完全能够实现“强柱弱梁”、“强节点弱构件”及“强节点域”的抗震设计目标。     

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。     

翼缘削弱断面梁与箱形加强式工字形柱弱轴连接节点的抗震性能分析

为研究翼缘削弱断面(RBS)梁与箱形加强式工字形柱弱轴连接异型节点的抗震性能,建立了1个RBS型节点模型和1个标准型节点模型,运用有限元软件ABAQUS进行循环荷载作用下的有限元分析。通过对比分析两个模型的破坏形态、应力分布、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、承载力、延性系数和耗能性能等,研究表明:RBS型异型节点具有很好的延性、耗能能力和抗震性能等,满足抗震设计中"强柱弱梁、强节点弱构件"的要求。     

铝合金框架T型件连接梁柱节点抗震性能研究

为研究铝合金框架T型件连接梁柱节点的抗震性能,对顶底T型件连接节点、柱间加肋顶底T型件连接节点和角型件连接对比节点进行循环往复加载试验,分析两类节点滞回性能、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能能力等,通过有限元分析探讨轴压比、节点域厚度和连接件厚度等参数对节点抗震性能影响。研究结果表明,四组节点延性性能良好,其延性系数均在3.0以上,满足美国规范FEMA350延性设计要求。与角型件连接节点相比,T型件连接节点滞回曲线饱满,能量耗散系数高。柱间设置加劲肋可提高节点的安全储备。随着连接件厚度和节点域厚度的增加,节点极限承载力和刚度均有不同程度的提高,轴压比对节点承载力和刚度的影响较小。     

新型钢框架梁柱节点抗震性能试验研究

根据钢框架强柱弱梁的抗震设计原则，按照有效控制梁上塑性铰位置的思路，采用在梁腹板进行开孔削弱的节点形式促成塑性铰的形成，进行了反复荷载历程下的五组试件破坏试验，测试了构件相关的力学性能，探讨了梁柱节点的滞回性能及其极限承载力。结果表明，采用腹板开孔的构造形式，可以控制节点处的塑性铰形成位置，降低了连接焊缝发生脆性破坏的可能性，较大程度地改善了节点抗震性能。     

新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点拟静力试验研究

以轴压比为主要变化参数,对两种类型共4个1∶1足尺模型的新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点进行了拟静力试验。试验观察了试件的受力过程和破坏形态,得到了梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并对比分析了试件的刚度退化、延性和耗能能力。结果表明:两种节点破坏均属于延性破坏,破坏时C型钢梁发生平面外屈曲,形成塑性铰,钢梁下翼缘、腹板与柱焊接处拉裂,钢管混凝土柱-空钢管梁节点还在空心钢管梁上出现塑性铰;随着轴压比的增大,空钢管柱-空钢管梁节点初始刚度变化不大,而钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度有所减小,两种节点的延性均明显降低,极限承载力也有所下降,其中钢管混凝土柱-空钢管梁节点下降幅度更大。至于钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度则明显大于空钢管柱-空钢管梁节点,且滞回曲线较饱满,在极限承载力、延性和耗能指标等方面均优于空钢管柱-空钢管梁节点。