套管加强梁腹板开孔梁柱端板连接节点滞回性能研究

针对腹板开孔型梁柱外伸端板连接节点的不足,提出了套管加强型腹板开孔梁柱外伸端板连接节点形式。利用有限元软件ANSYS对这种新型节点的滞回性能进行参数分析,探讨开孔位置、套管半径、套管厚度和套管长度对节点滞回性能的影响。结果表明:套管加强梁腹板开孔梁柱端板连接节点采用合理的细部构造形式具有较高的承载能力,并且能够使梁端塑性铰外移,具有较好的滞回性能。套管加强腹板开孔梁柱端板连接节点更加适用于工程设计及应用。     

开孔钢板的平面弹性抗拉刚度研究

在螺栓连接的钢结构中,对钢板进行开孔是不可避免的,例如方钢管柱与工字形梁的端板螺栓连接。钢板的开孔会影响板的性能,特别是对于节点而言,基于组件法的思想,钢板的开孔使得节点中某一组件的性能减弱,从而影响到节点的性能。主要通过建立有限元模型研究了开孔的位置、孔径、数量以及孔间距对板的抗拉刚度的影响,进而得到了一个能够计算开孔板抗拉刚度的经验算式。此经验算式计算结果与有限元计算结果相接近,验证了计算式的正确性。     

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。     

钢-预应力混凝土混合梁节点的试验研究(第1部分:建议采用开孔板连接件的节点形式)

旨在为跨中采用钢梁、两端采用预应力混凝土梁的Ⅰ型混合桥梁选用一种适当的节点形式。分别对采用3种类型的节点的钢-预应力混凝土混合梁进行缩尺模型试验,以分析哪种节点形式的结构性能最好且便于施工。目前,研究中首先采用的一种节点形式,是位于钢梁和混凝土梁之间的顶底板上的多个开孔板连接组成。另2种节点形式结合了广泛应用于钢结构和混凝土结构之间的螺栓连接,而区别在于加强措施的数量。试验结果显示:从预应力混凝土构件的破坏模式看,采用开孔板连接件和采用有足够加强措施的螺栓连接有近似的梁的强度和破坏模式。显而易见,采用被建议的开孔连接板与采用螺栓连接相比,在达到梁极限承载力之前有更高的刚度、强度及更小的应变。可以肯定的是采用开孔板连接件,更便于施工且结构性能好。因此,可以得出文中建议的节点形式更适合于钢-预应力混凝土混合梁桥梁的结论。     

节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接腹板开孔型节点的滞回性能研究

采用有限元软件ABAQUS对节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接普通节点和腹板开孔型节点进行有限元分析,研究了开孔参数、轴压比、钢材强度对节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接腹板开孔型节点滞回性能的影响。分析结果表明:在循环荷载作用下,在弹性阶段节点腹板开孔参数对节点骨架曲线影响不大;进入弹塑性阶段后,开孔参数对节点的承载力影响较大,其中开孔直径对节点的滞回性能影响最大,开孔位置次之;轴压比对节点的滞回性能基本无影响;随着钢材强度的提高,节点的屈服承载力和极限承载力随之也提高,并且其延性也在降低,中强度钢材可以满足延性的要求,因此可以通过提高钢材的强度来提高节点的抗震性能。另外提出了一种适用于弱轴连接的加强型与腹板开孔型并用的新型节点。通过有限元分析发现新型节点能够综合加强型节点与腹板开孔型节点的优点,实现塑性铰外移和增加使用功能的要求,有效地保护节点,达到"强节点弱构件"的目的,具有一定的工程应用价值。     

钢骨混凝土柱框架节点的试验研究

本文研究了在钢管上开孔对配有圆钢管的钢骨混凝土柱-钢筋混凝土梁组合框架节点受力性能的影响。介绍了三种节点承受低周反复荷载的试验,第一种是不开孔的,第二种是开穿筋小圆孔的,第三种是开矩形大孔的。试验结果表明,开穿筋小圆孔的节点受力性能最好。主要原因是穿过圆钢管的梁主筋与钢管内的混凝土有很好的粘结;在钢管的小孔处形成了钢筋混凝土抗剪销钉,小圆孔也使得钢管内外的混凝土得以沟通;同时钢管参加受剪的主要部位位于节点高度的中部,故在节点上下边缘处开小圆孔对节点受剪性能影响不大。本文研究成果已用于南京新世界大厦,并对研究其他的组合框架节点有参考价值。     

槽钢加强钢梁腹板开圆孔梁柱节点滞回性能数值模拟分析

为解决钢梁腹板开圆孔型节点开孔处抗震承载力不足、受力变形过大等问题,提出了在钢梁腹板孔洞区域设置开孔槽钢的加强方法,并以槽钢弧形削弱位置rl、削弱深度c、槽钢厚度t、槽钢材性m为主要参数,设计了15个节点模型.运用有限元软件ANSYS模拟分析了循环荷载作用下各模型的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化情况及耗能能力.结果 表明:在梁腹板开孔处设置槽钢后,节点的极限承载能力、初始刚度、耗能能力较未加强节点均大幅度提升;槽钢上下翼缘及腹板进行适当弧形削弱的节点较未削弱或削弱不当的节点,其后期刚度退化速率较小,滞回曲线更加饱满,总能量耗散系数最大;槽钢削弱位置rl和削弱深度c相同的节点的承载力、初始刚度、耗能性能均随着槽钢厚度￡的增加而增加;槽钢的强度等级高于钢梁强度时,节点在峰值位移阶段的耗能能力显著降低.     

木钉斜接对SPF连接性能的影响

研究木钉以不同的角度连接SPF规格材时对木结构节点抗剪性能的影响.将木钉以30°,45°,60°,75°,90°等多角度钉入SPF试件,分析试件受到剪拉、剪压力时节点承载力的变化规律,试验结果证明,试件受剪拉力时,钉入角度为60.为最佳角度,其节点承载力、刚度和延性系数最大.     

节点域箱形弱轴连接腹板开孔全焊型节点滞回性能影响因素分析

利用ABAQUS有限元软件对节点域箱型弱轴连接腹板开孔全焊型节点进行有限元变参数分析,通过设计一系列的试件,研究梁腹板开孔位置、梁腹板开孔半径、蒙皮板高度和厚度等因素的变化对节点域箱型弱轴连接腹板开孔全焊型节点滞回性能的影响。研究结果表明:开孔位置和开孔半径应合理取值,建议开孔位置(孔中心到柱蒙皮板的距离)的取值范围:0.86hf≤B≤1.43hf,其中hf为梁腹板高度,开孔半径的取值范围:0.24hf≤R≤0.33hf;蒙皮板高度对节点的滞回曲线及骨架曲线影响较小,综合施工方便及焊缝热影响效应等因素,建议蒙皮板高度最小值取为60 mm,最大值取为200 mm,蒙皮板厚度宜不小于柱翼缘厚度。     

开孔钢管混凝土柱抗震性能分析

针对钢管混凝土结构中的穿筋单梁式节点,研究节点位置钢管壁开孔和加固对钢管混凝土柱抗震性能的影响。利用ABAQUS有限元软件对5个钢管混凝土柱进行低周反复荷载作用下的抗震性能分析,包括2个开孔构件、2个开孔加固构件和1个作为对比的未开孔钢管混凝土柱。基于模拟结果,对比了构件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数和刚度退化等。结果表明:体积开孔率(开孔面积与钢管柱侧表面面积之比)为0.544%时,开孔构件的抗震性能与未开孔构件比较差别较小,但前者会造成开孔处钢管和混凝土应变发展加快;焊接加固管段可以改变开孔钢管混凝土柱的屈曲破坏位置、缓解开孔处应力集中和提高构件承载力。     

大跨度点式玻璃肋的稳定性计算分析和节点设计

文章系统地介绍了点支式玻璃肋在工程中的稳定性和节点设计,着重阐述了大跨度玻璃肋稳定性的计算方法、影响因素、玻璃顶和底的节点设计、中间拼接节点、玻璃肋开孔处的连接形式,对大跨度点支式玻璃肋幕墙设计具有理论和实际指导意义。     

钢结构加固技术研究进展与标准编制

钢结构加固不仅有利于保证在役钢结构安全,而且符合可持续发展理念,对于科学实施“城市更新”、促进“双碳”目标达成具有积极意义。为此,针对钢结构构件,梳理了焊接加固、螺栓和铆钉连接加固、粘贴钢板加固、粘贴纤维增强复合材及组合加固法等5种增大截面加固法和构件预应力加固法;针对连接与节点,重点阐述了栓焊并用连接、梁柱节点、螺栓球和焊接球节点、钢管节点等加固研究进展;并概述了钢结构体系间接加固法及钢结构修复技术。在此基础上,介绍了GB 51367—2019《钢结构加固设计标准》的代表性加固技术,并指出未来应进一步对传统加固技术定量化设计、节点加固技术与设计理论、CFRP加固理论、新材料、新技术的应用和结构体系加固机理等方面开展深入研究工作。     

塔器检修施工用临时矩形大开孔的安全性分析

以炼油催化装置再生器为例，介绍了直立式压力容器检修更换内件时，在塔壁上开矩形大孔的安全性分析方法。除了通常的对开孔处横截面进行强度校核外，还需进一步对开孔高度的稳定性校核才能保证施工安全。即使理论上稳定性的校核是足够的，但是，塔体长期运行及开孔时乙炔氧火割的塔壁初始变形，可作为一种侧向干扰而使开孔垂直边缘在轴向压力作用下进一步产生微弯，且很难矫正，因此，工程上仍需对开孔周边进行加固。     

Research advances and design specification codification of retrofitting techniques for steel structures

钢结构加固不仅有利于保证在役钢结构安全，而且符合可持续发展理念，对于科学实施“城市更新”、促进“双碳”目标达成具有积极意义。为此，针对钢结构构件，梳理了焊接加固、螺栓和铆钉连接加固、粘贴钢板加固、粘贴纤维增强复合材及组合加固法等5种增大截面加固法和构件预应力加固法；针对连接与节点，重点阐述了栓焊并用连接、梁柱节点、螺栓球和焊接球节点、钢管节点等加固研究进展；并概述了钢结构体系间接加固法及钢结构修复技术。在此基础上，介绍了GB 51367—2019《钢结构加固设计标准》的代表性加固技术，并指出未来应进一步对传统加固技术定量化设计、节点加固技术与设计理论、CFRP加固理论、新材料、新技术的应用和结构体系加固机理等方面开展深入研究工作。     

套管加强梁腹板开孔梁柱端板连接节点受力性能研究

针对腹板开孔型梁柱外伸端板连接节点的不足,提出了套管加强型腹板开孔梁柱外伸端板连接节点形式。利用有限元软件ANSYS对这种节点的受力性能进行了参数分析,探讨了端板厚度、开孔位置、套管半径、套管厚度和套管长度对梁端塑性铰形成位置、梁翼缘与端板焊缝处应力分布、节点的弹性刚度和承载力的影响。结果表明,套管加强梁腹板开孔梁柱端板连接节点具有较高的承载能力,同时梁翼缘与端板焊缝处的应力分布更加均匀并且能达到梁端塑性铰外移的目的;采用合理的细部构造形式有利于降低应力集中,改善节点的应力分布,使之受力更加合理。     

装配式可更换梁段腹板开孔削弱型节点滞回性能

为了使塑性铰出现在可更换梁段上的削弱处,提高节点的受力性能,提出了装配式可更换梁段腹板开孔削弱型节点,运用有限元软件ABAQUS对该新型节点展开循环荷载作用下的受力性能分析,探讨了腹板开孔半径、腹板开孔位置、梁端端板板厚和连接端板板厚对该新型节点滞回性能的影响。结果表明:梁腹板开孔半径对节点滞回性能的影响较为显著,开孔过大或者过小都会对节点的滞回性能造成不利影响,建议梁腹板开孔半径r=(0.225～0.25)h(h为梁截面高度); 腹板开孔圆心至梁端端板距离l过小时,不利于保护端板焊缝,距离过大时节点破坏形式接近传统端板节点,无法实现塑性铰外移的目的,建议腹板开孔时l=(0.7～0.8)h; 连接端板板厚与梁端端板板厚取值一致或适当减小,但不宜小于连接螺栓直径。     

蜂窝组合梁钢框架抗震性能分析

为对蜂窝组合梁钢框架进行抗震性能分析,以蜂窝组合梁柱节点的抗震性能试验为基础,采用有限元软件模拟二层单跨正六边形孔蜂窝梁钢框架模型。研究开孔率、梁端第一孔到柱边距离对整体结构滞回性能的影响,分析蜂窝组合梁钢框架在低周往复荷载作用下的塑性铰产生机理与破坏形式。研究结果表明:考虑楼板组合效应的蜂窝梁钢框架的初始刚度大,延性较好,刚度退化明显,耗能能力也较好。蜂窝组合梁钢框架二层在相同位移加载下,其开孔率越大,第一孔到柱边距离越小,结构承载力越低,刚度退化越明显,并且结构进入屈服越早。蜂窝梁钢框架是由于柱脚翼缘板发生屈曲而导致结构丧失承载能力,结构塑性铰产生在梁端第一蜂窝孔处,远离梁柱连接节点,进而降低蜂窝梁钢框架节点焊缝处脆断的可能性,并提高转动能力,充分发挥钢材良好的延性。     

安装阻尼器的削弱型梁柱刚性连接节点抗震性能分析

介绍了一种在梁腹板及下翼缘开孔,并在翼缘开孔处安装摩擦阻尼器的新型节点。利用有限元软件ANSYS分析了铝合金滑动板与梁下翼缘之间的摩擦系数、开孔宽度、开孔距柱翼缘距离和开孔高度等参数变化对新型节点抗震性能的影响,并对各系列新型节点试件与传统节点试件的抗震性能进行了分析比较。分析结果表明:各系列新型节点试件与传统节点试件的滞回曲线都比较饱满,表现出了较好的滞回性能。但各系列新型节点试件的延性及耗能能力要远远优于传统节点试件,且各系列新型节点试件都能够迫使塑性铰远离节点区,而出现在开孔处。摩擦系数和开孔宽度会影响新型节点试件的承载力,而开孔宽度和开孔高度则会影响新型节点试件的延性及耗能能力。     

开孔CFRP板条与混凝土粘结性能试验研究

CFRP板条被广泛应用于钢筋混凝土的加固工程,CFRP板条加固混凝土时常发生粘结界面破坏。本文提出对CFRP开孔并控制孔径和孔距,以增强CFRP与混凝土的粘接界面强度以及CFRP板条与粘结界面的延性,提高构件极限承载力。通过拉拔试验,控制CFRP板条开孔孔径、开孔距离等,探究CFRP板条表面处理以及不同的加固方式对加固效果的影响。试验结果表明:开孔可以显著增加CFRP与混凝土粘结界面的延性,提高加固混凝土构件的塑性性能,且开孔孔径、开孔距离对粘结性能具有一定影响。同时CFRP板条内嵌式加固粘结性能明显优于外贴式加固,更有利于充分发挥CFRP板条强度。     

削弱梁端的方钢管混凝土柱-钢梁栓焊连接节点的有限元分析

对内隔板式方钢管混凝土柱-钢梁栓焊连接节点提出了三种新型的梁端削弱方式,应用通用程序ANSYS对其进行三维非线性有限元分析,将计算结果与无削弱节点、狗骨式节点的分析结果进行对比。研究结果表明:翼缘开孔和翼缘腹板同时开孔的削弱方式能使梁端塑性铰明显外移,防止连接节点脆性破坏,可供实际工程设计参考。