梁柱外伸端板连接螺栓受力分析

目的 研究钢结构梁与柱之间外伸式端板连接中摩擦型高强螺栓的受力特性.方法 采用考虑接触和螺栓预拉的非线性有限单元法对不同构造的梁柱外伸端板连接进行分析.结果 得到了连接中各螺栓所受拉力与外荷载之间的关系.受压区螺栓拉力变化不大,受拉区螺栓拉力随着弯矩增加而增大.结论 在整个加载过程中梁受拉翼缘内、外侧螺栓所受拉力相差不大.因端板变形产生的撬力增大螺栓受力.对于端板外伸部分未设置加劲肋和设置三角形加劲肋的连接来说,可分别按照撬力比为0.3和0.2设计螺栓.     

门式刚架端板连接节点半刚性的非线性有限元分析

门式刚架中普遍采用的端板类连接是典型的半刚性节点连接,在介绍门式刚架端板节点的形式及其受力性能的基础上,采用接触单元来模拟端板连接节点的半刚性,预应力单元来模拟螺栓的预拉力,利用ANSYS软件对门式刚架半刚接节点进行了非线性有限元分析,深入分析了半刚性节点中加劲肋、端板厚度、螺栓直径变化对其性能的影响．通过计算表明,端板半刚性连接加劲肋、端板厚度、螺栓直径变化对节点域的剪切性能和梁柱腹板的受力性能均有较大影响．建议在设计中应采取相应措施,考虑节点半刚性的不利影响．     

外伸端板加劲肋对连接性能的影响

为考察外伸端板连接中不同端板加劲肋对节点性能的影响,采用接触问题的弹塑性大变形有限元分析方法,研究了钢梁柱外伸端板连接中不同长度和厚度的外伸加劲肋对节点刚度、承载力的影响,考察了端板变形和连接面受拉侧间隙的变化。研究发现,与梁腹板等厚的等边加劲肋会过早地拉剪屈服,受压侧加劲肋则过早屈服和屈曲。斜角为63.4°,加厚的加劲肋能增大节点的抗弯力臂,减小螺栓拉力,延迟梁受压翼缘的局部屈曲,并能够将梁端塑性铰移向加劲肋的尾部,从而明显提高端板连接节点的强度和刚度。     

外伸端板连接端板加劲肋设计及有限元研究

目的 为解决工程中使用的端板加劲肋设计不合理的问题．方法 从两方面推导和归纳了端板外伸加劲肋的强度设计公式：避免梁翼缘、加劲肋和端板之间应力传递不均；保证梁翼缘内外侧螺栓拉力的均衡．并考虑了三角形加劲肋较矩形板的折减．应用有限元软件ANSYS研究了节点弯矩转角曲线、螺栓拉力变化及梁翼缘内外侧螺栓拉力分配系数．结果 研究表明：工程中常用的端板加劲肋强度和刚度均较低，会过早屈服和屈曲；应用笔者设计的端板加劲肋能够有效提高节点抗弯力臂，延缓梁受压翼缘屈曲，将梁内塑性铰转移到加劲肋尾部．结论 ANSYS计算结果表明。端板加劲肋设计公式设计出的加劲肋较工程中常用的加劲肋能起到更好地加劲作用；并且该设计公式简单实用．     

外伸端板加劲肋设计及初始转动刚度模型

针对外伸端板连接中,端板加劲肋设计无规可循的问题,从翼缘内外螺栓均匀受力的要求出发,考虑加劲肋传递拉力的有效性,在要求加劲节点和端板厚为2^1/2倍的未加劲节点刚度相等的原则下确定了翼缘和加劲肋传递拉力的合理比例,最后导出了对端板外伸加劲肋的设计要求.基于等效梁理论和刚度组件法,提出了端板外伸连接节点初始转动刚度的计算公式,与ANSYS结果和相关试验结果的比较表明,初始刚度公式精度良好,并且计算过程简单易行,有望在工程中得到应用.     

门式刚架梁柱Γ形节点受力性能的试验研究

完成了4个门式刚架梁柱Г形端板连接节点试件的拟静力破坏试验，对设加劲肋的外伸式端板连接节点的承载力和刚度特性进行了研究．试验结果表明，必须考虑Г形端板连接节点刚度对承载性能的影响，节点转动主要由节点域的剪切变形引起，受拉区的螺栓同时受弯矩和轴力作用．结合试验研究结果，对现行规范的相关设计原则进行了分析和验证，讨论了我国现行规范关于外伸式端板连接的设计方法中存在的问题，提出了一些设计建议．     

加劲T形件连接节点试验研究

为研究T形件连接中端板加劲肋的性能及对节点刚度和承载力的影响,对3组无加劲和6组不同形状和厚度的加劲T形件试件进行了单向加载试验研究. 对节点承载力、端板相对变形、加劲肋和端板上的应变进行了测量,获得了荷载 位移曲线和关键部位的荷载-应变曲线. 考察了不同形状和不同厚度加劲肋对节点刚度和承载力的影响,给出了加劲肋的设计方法. 试验结果表明,工程中常用的端板加劲肋强度和刚度过低,达不到预想的加劲肋效果,而设计的加劲肋能够很好地满足规范所隐含的加劲肋使端板外伸部分由一边固支三边自由板变为两相邻边固支板的要求.     

T形钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁外伸端板连接节点抗震性能试验研究

为了研究T形钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁外伸端板连接节点的抗震性能,按1:2的比例设计并制作了9个试件进行低周往复荷载试验。观察了试件的受力过程和破坏形态,得到了试件的滞回曲线和骨架曲线,分析了节点的荷载特征值、延性、耗能性能和刚度退化。试验结果表明：此类节点滞回曲线饱满,延性系数均大于3.48,粘滞阻尼系数均大于1.5,具有良好的抗震性能。加长牛腿长度能提高节点的初始刚度和极限荷载;增加端板厚度和设置加劲肋,节点的极限荷载和耗能性能提高,且加劲肋对薄端板的影响比厚端板显著;增大螺栓直径能提高初始刚度,但对节点承载力影响有限。     

带Z字形悬臂梁段拼接的装配式钢框架节点抗震性能分析

为了解决传统结构装配化程度较低的问题,提出一种适用于装配式钢结构的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点,在对6个节点进行低周往复试验的基础上,对其进行了拟静力和静力有限元分析。获得了梁端和拼接区的弯矩转角曲线以及节点的破坏模式,并和试验结果进行了对比。得到了接触面摩擦力、孔壁挤压力以及螺栓拉力的变化规律,分析了螺栓数目、螺孔直径、节点加劲肋形式和框架梁形式对节点抗震性能的影响。通过对拼接区加载过程中各个状态的受力分析,构建了拼接区的弯矩转角关系模型。研究结果表明：减少翼缘高强螺栓数目在不显著降低节点承载能力的前提下提高了节点延性和塑性转动能力;翼缘和腹板螺孔开大孔和节点使用三角形垂直加劲肋对节点抗震性能影响很小;拼接区的上下翼缘板件之间滑移并不是同时开始的;加载过程中大部分螺栓的拉力都会有一定程度的损失。     

变电构架中无加劲肋法兰节点有限元分析

运用有限元软件ANSYS对变电构架中常用的无加劲肋法兰进行了非线性数值分析.揭示了无加劲肋法兰节点在拉弯荷载作用下的受力特点和应力分布,比较了不同法兰盘厚度的节点在相同荷载作用下的螺栓内力,并分析了法兰盘刚度影响无加劲肋法兰节点受力性能的原因.     

钢结构栓焊节点火灾行为的试验研究

对两个足尺钢结构栓焊节点的火灾行为进行了试验研究,通过对该类型节点在火灾下的破坏现象和破坏特征的观察分析,得出了栓焊节点在火灾下的破坏规律:接焊缝是抗火的薄弱环节,节点区域柱子的翼缘发生屈曲使节点在火灾下发生较大转角,从而为节点的抗火设计提供依据。     

螺栓端板连接中柱翼缘和腹板加强方法

为加强梁柱端板螺栓连接部位的柱翼缘和柱腹板,采用有限元法对梁柱端板螺栓连接部位进行了细致分析,提出了柱翼缘贴板,贴板与柱翼缘焊接的方法,给出了贴板厚度的计算公式;且贴板可以很好的消除螺栓周围柱翼缘的弯曲冲切变形,达到与加厚节点区柱翼缘同样的效果.设计了柱腹板"Morris"加劲肋能够同斜向对角加劲肋一样,大幅度减小节点域剪切变形,且不影响螺栓的排列.柱翼缘加贴板可以取代加厚节点区柱翼缘,节点域柱腹板可采用"Morris"加劲肋加强.     

T型外部补强箱型节点加劲肋长度的确定

为研究T型加劲肋长度对箱型节点性能的影响规律并确定合理的加劲肋长度,对T型外部补强箱型柱—工字梁节点进行弹塑性分析.采用ANSYS有限元方法,分析了T型外部补强节点应力发展趋势,进行了加劲肋长度对箱形柱—工字梁节点性能影响的参数分析,根据节点的设计标准确定了T型外部补强节点合理的加劲肋长度.研究结果表明:采用T型加劲肋时,塑性铰外移到梁翼缘与加劲肋连接端部,节点初始刚度和极限承载力有很大的提高;节点的弯矩传递路径由梁翼缘中部逐渐向梁两侧的加劲肋传递,并通过加劲肋有一部分弯矩传递给柱,从而节点变形大大减小.增大加劲肋长度有利于梁端弯矩通过加劲肋向柱腹板传递,但加劲肋过长时,柱腹板承担过多的应力,梁柱翼缘连接处容易局部屈服,最终确定当加劲肋长度取腹板对角线与梁翼缘夹角在10°～15°时为合理的加劲肋长度.     

加劲肋对外伸端板连接火灾下破坏模式的影响

为研究外伸端板连接节点火灾下的破坏模式及承压加劲肋厚度对节点耐火性能及柱稳定性的影响,研究了热力耦合作用下节点的响应.采用钢结构设计理论和非线性有限元分析方法研究了节点火灾下的破坏模式、承压加劲肋的失稳及加劲肋厚度对节点耐火性能及柱稳定性的影响.结果表明:火灾下节点的破坏模式为:首先在端板和柱翼缘承拉区发生弯曲大变形,之后承压部分局部失稳并最终导致节点丧失承载力;承压加劲肋厚度对节点耐火性能有较大影响,火灾下加劲肋受到不断加大的热应力作用,但其临界应力随材料刚度退化而不断降低,较薄的承压加劲肋易发生失稳并引发柱腹板局部屈曲导致节点失效.适当增加承压加劲肋厚度可防止加劲肋的屈曲并有利于柱火灾下的稳定.     

梁-H型柱弱轴刚性拼接的子结构抗倒塌性能试验研究

梁柱连接节点是框架结构的重要组成部分,明确节点的受力性能是准确进行结构抗连续倒塌分析的前提。本文基于替代荷载路径法并考虑楼板的组合效应,以两跨三柱型组合梁-柱子结构为研究对象,设计制作了H型柱弱轴方向刚性拼接的栓焊连接、全螺栓连接子结构试件并命名为RWUF、RWUT。对子结构试件进行单调静力加载试验并对比了破坏模式、变形性能和抗力机理。结果表明：试件的加载过程均经历了弹性阶段、压拱阶段、混合机制阶段（梁机制与悬链线机制的混合阶段）,且子结构试件首次断裂均发生在混合机制阶段,悬链线效应的发挥为断后荷载的提升起到有利作用;试件的断裂均发生在梁段拼接处,弱轴栓焊连接试件在正弯矩区受拉侧焊缝断裂后破坏持续向腹板扩展直至丧失承载力,弱轴全螺栓连接试件的破坏仅为正弯矩区受拉侧盖板的断裂;螺栓发生有限滑移后,螺栓孔壁持续受到挤压发生轴向变形有利于塑性铰的转动,也为轴力的传递提供了路径,结构受荷后期悬链线效应显著,整体抗力得到提升;基于能量平衡原理对子结构进行动力评估可知,节点的非线性转动能力直接影响了结构的抗倒塌能力,弱轴采用全螺栓连接的结构具备更高的动力倒塌抗力。     

露出型钢柱脚力学性能的有限元分析

露出型钢柱脚是钢结构厂房与基础相连接的重要部位,因此在对此类钢结构进行设计前需要对柱脚的力学性能进行全面深入的研究。采用有限元软件建立了考虑接触的三维有限元模型,对露出型钢柱脚进行了循环荷载下的非线性分析,讨论了轴向力、锚栓枚数等因素对其破坏模式和极限承载力的影响,并通过得到的弯矩—转角滞回曲线及骨架曲线,研究了柱脚的恢复力特性和耗能性能,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,露出型钢柱脚呈滑移型滞回特征,滞回曲线较为饱满,耗能能力强,与试验结果吻合较好,研究结果对这种钢柱脚的设计与应用提供了参考。