波折腹板钢梁柱半刚性外伸端板连接节点滞回性能研究

为研究波折腹板钢梁柱半刚性外伸端板连接节点的滞回性能,采用ANSYS有限元软件,对半刚性外伸端板连接节点施加循环荷载,得到其弯矩-转角滞回曲线,分析节点的受力特性和延性系数;分别调整梁腹板高度和厚度,分析其对弯矩-转角滞回曲线的影响。结果表明:随着荷载的增大,残余变形的累加,节点承载力和刚度逐渐降低,弯矩-转角滞回曲线由线性特征转变为非线性特征;梁腹板高度和梁腹板厚度对节点的延性系数和滞回性能影响显著。     

方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

基于非线性和再生混凝土损伤因子的塑性损伤本构,建立了外加强环全焊接刚性连接、外套管式端板连接半刚性连接以及顶底角钢全螺栓连接半刚性连接3种形式的方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析了各模型的抗震性能。结果表明:在低周循环加载下,柱内含有支撑骨架且没有穿柱构件时,有利于提高节点域核心再生混凝土的整体性,受力简单;采用外套管约束节点域,核心再生混凝土的应力、应变较小,有利于再生混凝土耐久性的提高;在相同轴压比、梁柱线刚度比的情况下,外加强环全焊接刚性节点承载能力和滞回耗能能力较高,但延性相对较差;顶底角钢全螺栓连接半刚性节点承载能力、滞回耗能能力相对较低,延性较好;外套管式端板连接半刚性节点的极限承载力、滞回耗能能力和延性性能都有良好的表现;在此基础上,对外套管式端板连接半刚性节点进行了荷载-位移影响参数分析。结果表明:轴压比在弹性阶段对节点的影响不大,在进入屈服和塑性强化阶段,随着轴压比的增高,节点的极限承载力和延性下降;在强柱弱梁的前提下,梁柱线刚度比的增加有利于节点弹性刚度和水平极限承载力的提高,屈服后梁柱线刚度比对节点刚度退化影响不大;钢材屈服强度影响主要体现在节点的极限水平承载力上;再生骨料取代率对节点的延性性能稍有影响;外套管和端板的厚度变化在一定范围时对节点的弹性刚度和极限承载力有一些影响,但增幅随着厚度的增加越来越小。     

钢结构半刚性端板连接梁柱节点抗震性能分析

为了研究多层钢框架半刚性梁柱端板连接的抗震性能,利用大型有限元软件ANSYS,在验证有限元程序有效性的基础上,考虑几何非线性、材料非线性和状态非线性对两组不同构造的端板连接进行了单调和循环荷载作用下的有限元计算,分析了端板高度、螺栓排列、螺栓直径等因素对梁柱节点滞回性能的影响及节点承载力、初始转动刚度、极限转动能力、耗能能力和延性的影响。有限元计算结果表明,设计合理的两端外伸式半刚性端板连接具有良好的延性和耗能能力,可以应用于多层抗震钢框架中。     

钢结构半刚性端板连接梁柱节点抗震性能分析

为了研究多层钢框架半刚性梁柱端板连接的抗震性能,利用大型有限元软件ANSYS,在验证有限元程序有效性的基础上,考虑几何非线性、材料非线性和状态非线性对两组不同构造的端板连接进行了单调和循环荷载作用下的有限元计算,分析了端板高度、螺栓排列、螺栓直径等因素对梁柱节点滞回性能的影响及节点承载力、初始转动刚度、极限转动能力、耗能能力和延性的影响.有限元计算结果表明,设计合理的两端外伸式半刚性端板连接具有良好的延性和耗能能力,可以应用于多层抗震钢框架中.     

角钢连接的半刚性钢框架抗震性能试验研究

在实际工程中,钢框架连接性能往往介于刚性节点和铰接节点之间,呈半刚性连接。采用拟静力试验方法进行了角钢连接的半刚性连接钢框架在低周往复荷载作用下抗震性能的试验,研究了带腹板双角钢、顶底角钢半刚性连接钢框架在周期循环荷载作用下的滞回性能、延性和破坏机理等,为钢结构抗震设计提供了一定的理论参考。试验结果表明该钢框架由于节点部位转动刚度小于刚性连接,使结构的抗侧刚度降低,侧向变形增加,但是同时也改善了梁柱的内力分布,提高了其在周期循环荷载作用下的滞回性能和耗能特性,比刚性连接钢框架具有更好的抗震性能。     

T型钢连接的钢框架梁柱节点在低周往复荷载作用下的抗震性能分析

采用ANSYS有限元软件对T型钢梁柱节点进行三维实体建模,并在此基础上利用非线性有限元方法研究不同节点在低周往复荷载作用下的滞回性能。结果表明：T型钢连接节点的滞回曲线稳定饱满,具有较为理想的抗震性能。T型钢翼缘厚度、是否设置加劲肋和螺栓竖向排列方式对节点抗震性能影响较大;柱腹板厚度、梁翼缘和腹板厚度对抗震性能影响较小,T型钢梁柱节点属于半刚性节点。     

焊接H型钢PEC柱-钢梁顶底角钢连接节点滞回性能研究

为了研究焊接H型钢PEC柱-钢梁顶底角钢连接节点的滞回性能,以顶底角钢连接节点为研究对象,共设计了6个试件。试件参数有高强螺栓直径、顶底角钢厚度和PEC柱翼缘厚度。通过低周反复水平荷载试验,得到了6个试件的荷载-位移曲线、位移延性系数等试验结果。试验结果表明,各参数中角钢厚度对节点的滞回性能影响较大,增大角钢厚度能明显提高节点的承载力,最大增幅为35.9%,但平均位移延性系数减小了46.1%;增大螺栓直径对节点承载力提高幅度较小,最大增幅为6.6%;柱翼缘厚度对节点的承载力几乎没有影响,但减小柱翼缘厚度使节点延性提高了68.1%。焊接H型钢PEC柱-钢梁顶底角钢连接节点具有良好的滞回性能。     

钢框架梁柱角钢节点连接的抗震性能试验研究

通过对钢框架梁柱角钢连接在循环荷载作用下节点滞回性能的试验研究,分析了普通螺栓角钢连接以及高强螺栓角钢连接这两种连接类型的刚度、承载能力和延性特征,并讨论了两种连接类型的差别。从试验中还可以得出,腹板角钢对连接的承载力有明显改善,在计算连接抗弯承载力时应考虑腹板连接的影响。     

螺栓直径及角钢厚度对钢框架连接性能的影响

基于ANSYS软件对门式钢框架采用不同的螺栓直径和角钢厚度的半刚性连接进行了有限元分析,分析表明随着角钢厚度增加及螺栓直径增大,门式钢框架的滞回曲线面积逐渐增大,其抗震性能逐渐提高。     

带支撑的钢框架梁柱节点的力学性能研究

针对钢框架腹板双角钢梁柱半刚性节点连接受力复杂、强度和刚度影响因素多等问题,应用非线性有限元软件ANSYS对带有支撑和无支撑的这种半刚性节点进行了数值模拟,分析比较了支撑对梁柱节点区域应力分布的影响,应力应变分布特征以及承载力的变化。结果表明:钢框架腹板双角钢梁柱半刚性节点加上支撑后,较大幅度的提高了节点的刚度和承载力,有效的转移了塑性铰,反复荷载作用下的滞回曲线更加饱满,拥有更好的抗震性能。     

腹板双角钢梁柱连接循环荷载试验研究

为了研究腹板双角钢梁柱连接的抗震性能,对四个连接试件进行了梁端循环位移加载试验。试验中考察了角钢高度、角钢与柱翼缘连接高强螺栓的直径和排列布置对连接的承载能力、滞回性能和破坏机理的影响,分析了这种连接的破坏模式和变形能力。试验结果表明:连接在循环荷载作用下表现出良好的延性,转角均超过0.04rad,连接的最终破坏均为角钢的塑性撕裂破坏;连接具有相当的抗弯能力,在结构分析中,须考虑节点抗弯强度对框架性能的影响,不能简单作为铰接处理;增大角钢的高度,能提高连接的强度;增大螺栓间距,减小螺栓直径,能提高连接的延性。最后,根据试验结果提出设计施工建议。     

方钢管混凝土柱-钢梁半刚性节点参数分析

为了研究方钢管混凝土柱 钢梁半刚性节点的力学性能和影响因素,以方钢管混凝土柱 钢梁半刚性节点为研究对象,采用数值模拟分析方法研究了节点角钢厚度、角钢短肢长肢比及螺栓直径等参数对该类节点受力性能的影响规律,并给出了节点初始转动刚度的建议公式。结果表明:角钢厚度的变化对节点初始刚度影响较小,但对节点的塑性刚度和承载力影响较大;角钢短肢长肢比在一定范围内对节点刚度和承载力影响较明显,超过范围后只对节点的承载力有较大影响;螺栓直径的变化对节点承载力和刚度有一定影响,但影响程度较小,可不作为主要的影响参数。     

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。     

LY315钢材带悬臂梁段拼接梁柱节点抗震性能试验研究

带悬臂梁段拼接梁柱节点是我国GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》推荐的节点设计形式之一,为研究LY315钢材带悬臂梁段拼接梁柱节点的抗震性能,开展了高强度螺栓抗滑移系数试验及梁柱节点循环加载试验,试验获得了该类型节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线及延性系数等,探讨了悬臂梁段长度对该类型节点抗震性能的影响。试验研究结果表明：对于LY315钢材,采用钢丝刷清除浮锈的表面处理方式所得螺栓抗滑移系数为0.29;以此钢材制作的带悬臂梁段拼接梁柱节点试件滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;3个试件在加载终止时转角均超过0.04rad且试件的延性系数均大于4,表明该类型节点具有良好的变形性能及延性;随着悬臂梁段长度的增加,试件的累积耗能能力有所降低,这是螺栓的滑移耗能造成的;随着悬臂梁段长度的增加,节点的承载力则略有提高,而悬臂梁段长度的变化对试件的延性及刚度退化影响不大。     

钢框架梁端翼缘板加强型节点的数值研究

针对翼缘板参数对钢框架梁柱节点抗震机理的影响,对8个1/2尺寸的T型有限元翼缘板加强型节点模型进行低周反复荷载作用下的滞回性能研究,采用有限元软件ANSYS进行模拟分析,得到满足节点抗震要求的翼缘板参数取值数据。研究结果表明,翼缘板加强型节点的塑性铰在距离翼缘板端部1/3梁高位置处形成,翼缘局部屈曲明显,腹板凸凹严重,节点域屈服,塑性铰外移现象明显。同时,翼缘板参数对节点的承载力和延性有明显影响,当翼缘板的长度增加时,节点的承载力有所提高,但其滞回性能和延性降低;当翼缘板的厚度增加时,节点承载力变化不大;翼缘板长度较大(大于1倍梁高)时,柱翼缘发生局部屈曲,违背了"强柱弱梁"的设计思想。建议翼缘板参数取值范围:翼缘板长度为梁高的0.5～1.0,厚度为梁翼缘厚度的1.2倍～1.4倍。     

钢框架梁柱高强螺栓连接节点的滞回性能

通过对钢框架梁柱高强螺栓连接节点在循环荷载作用下的拟静力试验,分析了各类连接的刚度、承载能力、延性系数和能量耗散机制,并讨论了剖分T型钢连接、顶底角钢腹板双角钢连接和顶底角钢连接的差别。试验结果表明,T型钢翼缘厚度是影响剖分T型钢连接节点性能的主要因素;在计算顶底角钢腹板双角钢连接的连接刚度和抗弯承载力时,应考虑双腹板角钢的影响。     

咬合式高强螺栓连接延性破坏模式下受剪性能研究

为研究咬合式高强螺栓连接在剪力作用下的延性破坏模式和承载性能,完成了8个咬合式高强螺栓连接受剪试验。试验结果表明,当齿口个数较少时,咬合式高强螺栓连接的破坏模式为齿口屈服的延性破坏。在试验研究的基础上,建立了有限元模型并进行校验。通过8组有限元模型的参数分析发现,除改变螺栓预紧力的大小对咬合式高强螺栓连接的受剪承载力无明显影响外,齿口间摩擦系数、齿口个数、板件宽度、盖板厚度、螺栓直径、垫片厚度和弹性模量的增大均可以提高连接的受剪承载力。最后拟合得到双面受剪的咬合式高强螺栓连接的受剪承载力计算式,对比拟合计算式的计算结果、试验和数值计算结果表明,所提受剪承载力计算式合理,计算结果准确。     

梁柱盖板连接的滞回性能研究

盖板加强式梁柱刚性连接节点是使塑性铰外移以提高节点塑性变形的一种改进形式。为了研究梁柱盖板连接的滞回性能,在考虑材料、几何和接触状态非线性基础上,采用三维实体单元对梁柱盖板连接进行了循环加载有限元模拟。设计了4组共12个试件,研究了节点域厚度、梁高、盖板长度及轴压比等参数对盖板连接滞回性能的影响。有限元分析结果表明:大部分节点表现出良好的延性,梁端位移超过80mm;节点域厚度越厚,连接的承载力和刚度越高;梁高越大,连接的延性越差,可能会发生强梁弱柱破坏;盖板长度对节点性能没有显著影响;轴压比越大,节点的强度、刚度和延性会显著降低。     

改善钢梁/柱连接节点耐火性能的方法

在有限元分析软件中使用详细的有限元模型,对提升钢梁/柱端板连接部件的耐火性能进行一系列的数值参数研究。对实际使用节点构造的梁柱组件进行研究,重点在于调查如何改进连接件设计,从而使整个结构能在高温下安全。高温下,结构中的梁要经历悬链作用,此作用会造成连接件的破裂并在柱施加附加力。研究了不同的节点构造(螺栓直径、螺栓强度级别、端板厚度、使用防火螺栓和端板使用耐火钢)对其结构性能及高温下耐火性能的影响。结果表明,可通过提高连接件的变形能力特别是使用防火螺栓来改善在高温下的耐火性能。