矩形钢管混凝土柱与钢梁半刚性节点的抗震性能试验研究

本文进行了两种矩形钢管混凝土柱与钢梁半刚性连接节点———加劲端板(SEP)连接节点与双T板(DST)连接节点在柱端低周反复荷载作用下的拟静力试验,目的在于了解这两类节点在不同轴压比下的滞回性能、强度与刚度退化、延性与破坏机制。并与常规焊接翼缘板(WFP)连接节点作了比较。结果表明:不同轴压比对节点转动有一定的影响,加劲端板(SEP)连接节点与双T板(DST)连接节点具有良好的转动延性与耗能能力。     

方钢管混凝土柱-钢梁栓焊混合节点抗震性能试验研究

钢管混凝土柱-钢梁节点符合装配式结构发展需求,在工程中得到广泛应用。而以往震害发现,钢梁与柱壁焊缝在地震中易断裂而导致结构破坏。因此,将外肋环板与隔板贯通节点相结合,提出一种上环下贯式方钢管混凝土柱-钢梁栓焊混合节点。设计5个不同连接方式、柱形式和竖向肋板尺寸的方钢管混凝土柱-钢梁节点构件,通过低周往复荷载试验分析节点的破坏模式、滞回性能、延性和耗能能力。研究结果表明：所提出的新型方钢管混凝土柱-钢梁栓焊混合节点具有良好的抗震性能,等效黏滞阻尼系数比全螺栓节点高30%以上,满足强柱弱梁设计准则。上环下贯式比环板式节点具有良好的延性性能,方钢管混凝土柱能有效提高节点的承载能力和刚度,改变竖向肋板厚度和采用全螺栓连接形式对节点破坏模式影响显著。     

加固用钢结构栓焊并用连接承载性能有限元分析

目的:对栓焊并用连接节点的受力性能进行有限元模拟,分析栓焊并用连接的承载性能。方法:对栓焊并用连接节点的受力性能进行有限元模拟,有限元模拟结果与试验数据进行对比分析,吻合较为良好。基于有限元计算结果进一步分析了栓焊并用连接节点的破坏模式和承载力,分析了螺栓和焊缝各自对承载力的贡献程度。结果:当栓焊并用节点中螺栓或焊缝其中一种连接形式的承载力明显高于另一种时,强度较低的连接形式首先发生破坏,承载能力基本充分发挥;强度较高的连接形式的承载能力不能得到充分的发挥。栓焊强度比是影响栓焊并用连接承载性能的重要指标,在节点设计中应考虑栓焊强度比的影响。结论:栓焊并用连接节点兼具高强度螺栓连接和焊接连接的优点,在钢结构节点加固改造工程中有很大的应用空间。     

方钢管混凝土柱-H钢梁上环下贯栓焊混合节点抗震性能数值模拟北大核心CSCD

为了解决钢结构中钢梁下翼缘焊缝根部易发生脆性断裂的问题,提出一种兼有外环板和贯通隔板的新型栓焊混合装配方钢管混凝土柱-H钢梁连接节点。采用有限元ABAQUS对其进行数值模拟,研究该节点的传力机理、屈服机制、破坏模态和耗能性能。通过有限元参数分析,深入研究轴压比、宽厚比以及外环板厚度对节点抗震性能的影响。结果表明:节点呈现典型弯曲破坏模式,塑性铰发生在梁上翼缘与外环板连接处,节点屈服始于翼缘塑性铰区,经由翼缘扩展至腹板,继而钢管混凝土柱屈曲,最终上翼缘焊缝断裂破坏,且节点表现出良好的转动性能;增大钢管宽厚比和外环板厚度均可提高节点承载力,建议钢管宽厚比取值为35~45,钢梁翼缘与外环板厚度及钢材强度一致。     

梁柱子结构形式对钢框架结构抗连续倒塌性能的影响

基于多层多跨平面钢框架在中柱失效工况下的有限元分析,提出了两跨三柱梁柱子结构的模型。以栓焊节点为例,采用ANSYS对三种子结构模型在中柱失效工况下的破坏过程和失效机理进行精细化有限元分析。结果表明,三种模型在不同程度上放大了节点的变形或钢梁的悬链线效应;提出的两跨三柱梁柱子结构模型能有效反映框架结构在连续倒塌工况下失效柱所在节点的边界条件。采用所提出的两跨三柱梁柱子结构模型,对传统栓焊(WUFB)节点、盖板加强型(WCPF)节点和翼缘削弱型(RBS)节点进行精细化有限元分析。结果表明,盖板加强型节点和翼缘削弱型节点能够实现塑性铰外移,抗连续倒塌性能优于传统栓焊节点;三种节点的抗倒塌性能对比关系与常用的半跨梁柱子结构模型的分析结果一致。     

不同构造的型钢梁柱节点受力性能分析

型钢混凝土结构中的型钢和外包钢筋混凝土共同作用使得整体受力性能好,然而梁柱连接节点一直是框架结构的薄弱环节,节点的破坏往往造成整体结构的倒塌。因此研究型钢混凝土柱—钢梁节点的不同连接形式的受力性能显得尤为重要。本文采用ABAQUS有限元软件建立三维节点模型,结果表明:焊接连接承载力高于栓焊混合连接节点,然而栓焊混合连接的变形高,延性好。     

下栓上焊梁柱连接节点纯弯试验研究与有限元分析

为研究下栓上焊连接节点在纯弯荷载作用下的受力性能、典型破坏特征、纯弯承载力的计算方法,设计并制作了4个足尺试件,采用三等分点加载方式,利用分配梁制造纯弯段进行纯弯试验.采用ABAQUS有限元软件建模分析,并将有限元结果与试验结果对比验证.分别考虑下翼缘螺栓未发生滑移与发生滑移两种情况,并提出纯弯承载力计算公式.试验和有限元结果表明:在纯弯荷载作用下,全螺栓连接节点屈服荷载与极限荷载最大,栓焊混合连接节点极限荷载最小,但其屈服荷载大于下栓上焊连接节点,在正弯矩与负弯矩加载作用下荷载差别较小,认为翼缘不对称连接不会对节点受弯承载力产生不利影响.破坏现象均为节点出现整体弯曲变形,钢梁上翼缘节点核心区与加载点间出现鼓曲变形,形成局部屈曲.鼓曲出现的位置:全螺栓连接节点距离核心区最远,其次为下栓上焊连接节点,栓焊混合连接节点鼓曲位置距离核心区最近.通过对比有限元模拟与试验结果可知,典型破坏现象一致,且峰值弯矩平均误差较小,约为5％,精度较高.     

腐蚀后耐候钢梁栓焊节点的疲劳性能试验研究

裸露使用的耐候钢结构往往在受环境腐蚀的同时还可能承受疲劳荷载.为获得腐蚀后耐候钢梁栓焊节点的疲劳性能,对经过38天乙酸盐雾循环试验后的Q355NHD栓焊节点耐候钢梁试件的疲劳性能进行了试验研究.试验结果显示:腐蚀后的耐候钢梁栓焊节点处的疲劳裂纹均先发生在上翼缘(受压翼缘)过让孔两侧焊趾处,破坏裂纹往往发生在下翼缘(受拉翼缘)过让孔两侧焊趾处;对比未腐蚀普通钢梁栓焊节点的疲劳试验结果,发现耐候钢梁栓焊节点并未由于锈蚀而降低该处焊接的疲劳性能,即在工程疲劳设计中,免涂装耐候钢栓焊节点可以参考涂装普通钢梁栓焊节点进行疲劳设计.     

带外肋环板钢管混凝土梁柱节点抗震性能研究

为了研究带外肋环板方钢管混凝土柱-H型钢梁下栓上焊节点抗震性能,进行了4个方钢管柱-钢梁足尺试件的拟静力试验。通过研究节点试件的弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线,进一步分析节点的刚度退化、承载力、强度退化、残余变形、耗能能力和累积损伤等抗震性能。研究结果表明:节点受力过程中经历了弹性、弹塑性和塑性的阶段;栓焊连接的节点形式比全螺栓节点的残余变形和累计损伤分别降低60%和51%,同时节点的耗能能力和刚度得到提高;钢管混凝土柱节点比空钢管柱节点的极限弯矩提高了11. 2%,同时降低了节点的累积损伤;柱内无隔板的节点与隔板贯通节点各项性能指标相近。可见在实际设计中,适当采用栓焊连接或者填充混凝土可以提高节点的抗震性能。     

钢管混凝土柱-钢梁边柱外加强环螺栓连接节点抗震性能

传统钢管混凝土柱-钢梁外加强环焊接节点,由于环板上应力集中现象严重,环板与钢梁连接处易出现撕裂破坏.为此,提出了一种装配式螺栓连接节点形式,即将钢梁伸入上下外环板之间,钢梁翼缘与斜直边环板采用高强度螺栓连接,改变节点连接处传力路径,改善环板受力性能.进行了3个边柱节点拟静力加载试验,研究H型钢梁截面高度、外环板与H型钢...     

反复荷载作用下方钢管混凝土柱与钢梁连接节点非线性有限元分析

本文首先选择合适的本构模型作为约束混凝土循环本构模型的骨架曲线,提出了考虑局部屈曲和开裂的钢材循环本构关系;进而建立两类方钢管混凝土柱与钢梁连接节点———缀板焊接连接节点和穿芯螺栓-端板连接节点的空间非线性分析模型,对其在低周反复荷载作用下的滞回性能进行了非线性分析计算。结果表明:由有限元模型所得的单调荷载-位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线极为相似,但在峰值荷载后差异较大;由有限元模型所得的在低周反复荷载作用下滞回曲线也与在反复荷载作用下试验所得的相一致。有限元模型能准确地预测上述两类节点的弹塑性行为和整体抗震性能,可用于节点滞回性能的非线性参数分析研究。     

高强度钢框架梁柱节点低周疲劳断裂性能试验研究

高强度钢结构节点的低周疲劳断裂性能是影响其抗震性能的关键因素,对于高强度钢结构的抗震设计及其在抗震区的推广应用至关重要。为研究受强震作用高强度钢结构节点的低周疲劳断裂性能,完成了4个高强钢框架栓-焊混接梁柱节点足尺试件的低周疲劳往复加载试验,包括2种不同的焊接孔形式和4种焊接工艺,测得各试件的断裂失效模态及承载性能。基于试验结果,分析了焊接工艺细节及焊接孔形式、钢材强度对高强钢框架梁柱节点断裂性能的影响,研究了这类节点的断裂失效机制。结果表明：当采用有效的构造改进措施,且翼缘焊缝质量得以保证时,高强度钢框架梁柱节点破坏前能承受较大的塑性变形,断裂性能良好。     

复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点抗震性能试验研究

借鉴方钢管混凝土柱-钢梁外肋环板节点形式,将非梁柱连接面的柱两侧外肋环板改为竖贴于柱侧的竖向肋板并伸出与梁翼缘焊接,同时设置锚固腹板,形成复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点。通过7个梁柱组合体试件的低周反复荷载试验,分析各试件的破坏过程及特征,并对试件的滞回性能、承载力、延性、耗能能力和承载力及刚度退化等抗震性能进行研究。研究结果表明：节点的破坏形态基本相同,梁端先屈曲,形成塑性铰;锚固腹板可有效提高节点的承载力和变形能力;竖向肋板外伸长度可提高试件的初始刚度,使梁端塑性铰外移,有效保护节点核心区;试件的滞回曲线呈明显的梭形,具有良好的承载力、延性及耗能能力;试件在整个加载过程中刚度退化现象明显,承载力退化很小,可应用于抗震设防地区。     

Performance of CFTST column to steel beam joints with blind bolts under cyclic loading

The objective of this research is to investigate the seismic performance of the composite joint consisting of square concrete filled thin-walled steel tubular (CFTST) column and steel beam with end plate and blind bolts. The cold-formed square tube in each CFTST column connection was fabricated by seam welding together four pieces of lipped angle with nominal wall thickness 1.5 mm or 3 mm. Four exterior joint specimens were tested under axially compressive load on the top of the columns and cyclic loads on the beam tip. The experimental parameters in the study were the thickness of the steel tube and the type of end plate. The seismic response of the blind bolted moment joints to CFTST columns was analyzed and evaluated in terms of the hysteretic behavior, failure modes, stiffness and strength degradation, ductility, and energy dissipation capacities of the joints. To improve the tension behavior of the blind bolted moment connections to the thin tube wall, the anchorage action of reinforcing rebar welded to the bolts with concrete-filled steel tubes was also investigated to consider the effect of cyclic loading. The experimental and analytical results indicated that when the end plate thickness is not less than 3 mm, the flush or extended end plate joints to CFTST columns exhibited large hysteretic loops and excellent seismic performance, such as ductility and energy dissipation capacity. The proposed innovative blind bolted joint was verified as a reliable and effective solution applied in mid- and low-rise buildings through properly design and detailing.     

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。     

梁柱端板连接节点的滞回性能试验研究

为了研究钢框架中梁柱端板连接节点的滞回性能,本文进行了8个节点试件的循环加载试验,其中有7个试件的柱端施加了轴向压力,4个端板设置了加劲肋。试验结果表明:端板连接具有良好的延性和耗能能力,节点的转角都超过了0.03rad;端板刚度是影响节点滞回性能和极限承载力的决定性因素;端板较薄时,端板加劲肋不但可以显著提高端板刚度,而且可以延缓梁翼缘与端板间焊缝的开裂,有效提高承载力,减小撬力。最后根据试验结果提出了设计和施工建议。     

方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点抗震性能试验研究

为研究方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点的抗震性能,进行了5个节点拟静力试验研究,分析了端板厚度、螺栓直径、混凝土强度和轴压比等因素对承载力、弯矩-转角曲线、耗能能力、承载力衰退、刚度退化、延性以及破坏模式的影响。研究结果表明：方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点均属于半刚性节点,初始转动刚度随着端板厚度和螺栓直径增大而提高,但节点的极限转动能力随着端板厚度的增大而减小;当承载力由端板或钢梁控制时,其具有良好的转动和耗能能力;试件承载力退化系数在0.8～1.0之间,变化幅度不大,刚度退化相比荷载退化严重;设计中应避免高强螺栓发生脆性破坏。     

L形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓装配节点抗震性能研究

为同时实现梁柱之间和柱柱之间装配,提出一种适用于多高层钢结构的异形钢管混凝土柱与H型钢梁的全螺栓连接节点.上柱、下柱、L形件与H型钢梁4个模块在工厂制作完成,在施工现场通过螺栓进行装配,可实现梁与柱、柱与柱之间的快速连接.通过改变盖板螺栓数量、加劲肋种类设计了4个节点,对其进行了拟静力试验与有限元分析,获得了节点的滞回...     

带外加强环不等高梁-钢管混凝土柱组合节点抗震性能试验研究

对4个带外加强环不等高梁钢管混凝土柱节点试件进行了循环加载和单调加载试验,试件主要变化参数为节点两侧梁高度差,取值为 0、75、 150mm。为了研究节点域的受剪承载力,对试件按“强构件,弱节点”进行设计。对于所设计的4个节点试件,其破坏分为整个节点域剪切破坏和部分节点域剪切破坏。试验结果表明：加载方式对试件节点域剪切承载力影响不大;节点试件在正反两个方向加载形成不同的破坏模式,并且在反向荷载作用下其承载力略高于其在正向荷载作用下的承载力;节点两侧梁高度差对节点域破坏形式和承载力影响显著;在整个加载过程中,所有试件节点均未出现开裂;该类节点具有很好的变形能力和稳定的耗能能力,但随着两侧梁高度差的增加,耗能能力逐渐降低。