特殊桁架式钢框架连接节点的滞回性能分析

1994年美国北岭地震、1995年日本阪神地震的灾害调查发现传统抗弯钢框架结构的梁柱连接节点出现了大量的脆性破坏,导致具有良好延性行为的抗弯钢框架结构变形能力未能得到充分发挥,结构整体抗震性能较差.因此,梁柱连接节点性能的优劣成为决定抗弯钢框架结构抗震性能好坏的关键因素.为适应公共建筑跨度大的特点,国内外一些大型公共建...     

钢框架梁柱组合节点滞回性能有限元分析

钢框架组合节点考虑楼板组合效应后,其承载能力大幅提高,节点区刚度相应增大,可能对抗震造成不利影响。采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性精细有限元模型,并对单元选取,螺栓受力行为和材料的应力应变关系及损伤模型的确定进行详细说明。结合国内外已有的钢框架组合梁节点拟静力试验,验证了非线性有限元模型的正确性和适用性。试验和有限元分析结果均表明:考虑楼板的组合效应之后,该类型节点的刚度和承载力均有较大幅度提高,承载力提高幅度约为26%,节点区弹性刚度提高了30%左右;在静力往复荷载作用下,该类型节点的滞回曲线较为饱满,耗能能力强,具有良好的抗震性能。     

一种新型梁柱装配式刚性节点滞回性能研究

新型梁柱装配式节点通过在悬臂梁与框架梁的上、下翼缘交互处布置拼接板,并预先在钢结构加工厂里通过焊缝完成两侧拼接板与梁的连接,在现场通过螺栓进行固定的一种节点形式。利用有限元软件ABAQUS,考虑材料、几何和接触状态3种非线性对该新型节点进行低周循环加载模拟。设计了4组16个试件,研究螺栓数目、盖板宽度及厚度、悬臂梁段长度等参数对节点滞回性能的影响。研究结果表明,由等强设计法设计的基本试件延性和耗能能力较好,螺栓数量、盖板宽度及厚度、悬臂梁段长度对节点的承载力和延性均有一定影响;根据有限元分析结果,对该新型节点的设计给出了建议:使盖板的横截面积大于梁翼缘横截面积,其比值宜控制在1.05~1.30之间,悬臂梁段长度宜取1.7~2.0倍梁高。     

楔形削弱型节点滞回性能有限元分析

为了研究梁柱刚性连接的楔形削弱型节点在循环荷载作用下的受力性能,采用有限元软件ABAQUS对两个系列共10个不同削弱参数取值的楔形削弱型节点模型进行了数值模拟分析。研究结果表明:楔形削弱型节点与翼缘狗骨形削弱节点的承载能力及滞回曲线的饱满程度相当,楔形削弱节点具有良好的滞回性能与耗能能力;楔形削弱型节点的滞回曲线呈现明显的不对称现象,且随着梁腹板削弱高度b增大,不对称现象加剧,承载能力随着参数b的增大先增大后减小,其临界值与梁高hb关系约为b/hb=0.14;削弱最深处距柱表面的距离a对节点的初始刚度没有影响,承载能力随着参数a的增大先减小后增大,其临界值约为梁高;综合节点的滞回曲线及应力分布来看,建议a/hb取为1.12左右,b/hb取为0.17~0.21。     

采用马氏体镍钛形状记忆合金螺杆的钢框架梁柱节点滞回性能试验研究

为研究采用马氏体镍钛形状记忆合金螺杆的钢框架梁柱节点力学性能和耗能能力,对马氏体镍钛形状记忆合金材料进行了单调拉伸和形状记忆效应试验,对采用马氏体镍钛形状记忆合金螺杆的梁柱节点进行了拟静力试验和加热修复后的再次试验。研究结果表明：镍钛合金具有较大的可回复应变,从而能够适应节点不同程度损伤状态的性能修复要求;采用马氏体镍钛形状记忆合金螺杆的钢框架梁柱节点具有稳定的滞回性能和耗能能力;节点具有后期强化效应,能够一定程度上弥补或消除节点部位受损元件引起的节点性能退化;镍钛合金独特的形状记忆效应和优越的疲劳性能确保了镍钛形状记忆合金螺杆的可重复使用和复原节点性能的能力;螺杆应变过大将导致形状记忆效应衰退,加热修复后将产生残余变形。最后,通过与角钢连接和钢螺杆连接的钢框架梁柱节点的性能对比分析,发现采用马氏体镍钛形状记忆合金螺杆的钢框架梁柱节点具有更好的延性和能量耗散能力。     

新型模块装配式灌浆钢梁柱节点滞回性能试验研究

提出一种新型模块装配式灌浆钢梁柱节点,其上、下模块的梁通过螺栓连接,而方钢管柱通过内套承插钢管连接,且钢管柱内壁与承插管外壁设置抗剪键并灌浆。为了研究所提出节点的滞回性能、破坏模式、节点承载力以及节点的转动能力,对2个节点试件进行了低周往复加载试验,结果表明：两试件均发生钢管柱局部屈曲,并最终在梁柱焊接处钢管柱发生开裂;该新型节点的承载力、延性以及耗能能力与比对组未灌浆承插节点基本相同,同时灌浆节点试件的塑性转角满足美国抗震规范的限值要求,表明灌浆节点具有良好的抗震性能。     

焊接工艺孔对梁柱节点滞回性能的影响研究

为了研究焊接工艺孔的细部尺寸对钢框架梁柱节点滞回性能的影响,运用有限元软件ABAQUS对10个不同焊缝通过孔细部尺寸的节点试件进行模拟分析。首先,根据已有梁柱节点循环加载试验对有限元建模方法进行有效性验证。然后,分别根据我国GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》和美国FEMA-350推荐的焊缝通过孔形式建立有限元模型,研究焊缝通过孔的细部尺寸对节点滞回性能的影响。研究结果表明:采用FEMA-350推荐的焊接工艺孔形式的梁柱节点的初始刚度与我国标准节点相近,但其承载能力较标准节点有所降低,梁下翼缘焊缝处的应力水平明显降低,可以减小焊缝脆断的风险;随着开孔的末端梁腹板距柱翼缘表面的距离a及开孔斜线段的水平长度b的增大,承载能力逐渐降低。综合考虑梁柱节点的滞回性能及梁下翼缘焊缝处应力分布,建议开孔的末端梁腹板距柱翼缘表面的距离a及开孔斜线的水平长度b分别取60 mm和30 mm。     

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。     

钢筋混凝土结构梁柱节点滞回性能对比分析

为验证装配式强化梁柱节点与传统梁柱节点在受力和抗震性能方面的区别,借助ABAQUS的非线性分析功能分别建立了传统梁柱节点和装配式强化梁柱节点有限元模型,选择了合理的参数,分析了二者的破坏形态和滞回性能。结果表明：在相同荷载作用下,传统梁柱节点模型中的部分钢筋已发生破坏,强化梁柱节点中的钢筋未破坏,只部分钢筋进入塑性变形阶段,且通过滞回曲线对比显示：强化梁柱节点曲线的包络面积明显大于传统梁柱节点,说明了装配式强化梁柱节点的耗能能力更好。装配式强化梁柱节点设计的刚度、承载力和耗能能力均优于传统梁柱节点。     

T形钢连接梁柱半刚性节点滞回性能试验研究及数值分析

为研究T形钢连接梁柱半刚性节点的滞回性能,对6个T形钢连接梁柱半刚性节点试件进行拟静力试验。分析梁高、螺栓直径、T形连接件尺寸、螺栓个数以及柱截面面积等参数对节点的受力过程、破坏模式、滞回性能、延性性能的影响。利用有限元软件ABAQUS对试验过程进行分析,将分析结果和试验结果进行对比并分析了误差产生的原因。研究结果表明:T形钢连接梁柱节点变形性能良好,节点的极限转角均超过0.03 rad,是典型的半刚性连接节点;节点延性性能良好,各节点位移延性系数均大于3;各试件的滞回曲线在加载后期呈Z形,节点耗能系数较小(与端板连接半刚性节点相比);T形连接件尺寸和连接柱及T形件的螺栓个数是影响节点初始刚度、承载力和变形能力的主要因素,梁高对节点性能的影响次之;有限元分析结果与试验结果基本吻合;采用考虑材料循环塑性特征的有限元分析模型可以很好地预测节点在循环荷载作用下的受力性能。     

半刚接钢框架-钢板剪力墙结构滞回性能的有限元分析

为研究半刚接钢框架-钢板剪力墙结构(Partially-restrained Steel Frame Steel Plate Shear Wall)的抗震性能,利用经试验验证的双向等效拉杆模型分析了低周往复荷载作用下梁柱半刚性连接对强、弱框架SPSW结构滞回性能、承载力、刚度、耗能能力的影响.分析结果表明:SPSW结构的滞回曲线具有双重特征,当周边钢框架较强时,滞回曲线趋于饱满;当内填剪力墙板较强时,滞回曲线趋于捏缩.随着节点抗弯承载力的增加,强、弱框架的SPSW结构的滞回性能趋于饱满,耗能能力增强,水平承载力呈增大趋势,但对强框架SPSW结构的影响程度大于弱框架SPSW结构.节点抗弯承载力对强框架SPSW结构的抗侧刚度影响较大,对弱框架SPSW结构抗侧刚度影响相对较小.     

扇形焊接开孔于钢骨梁柱接头耐震行为之影响

扇形焊接开孔为进行梁翼板全渗透开槽焊接时所需之工作孔。然而,实尺寸梁柱接头试验证实,传统梁腹板锁螺栓及梁翼板全渗透焊接之钢构造梁柱接头,常于扇形开孔处发生突然性之脆性破坏。本研究采用非线性有限元素分析方法,探讨扇形焊接开孔于钢骨梁柱接头耐震行为上之影响,包括扇形开孔几何形状对接头区力学行为之影响。分析结果显示,平顺接至梁翼板之扇形开孔能将最大塑性应变之发生位置移离扇形开孔根部,减少因几何形状不连续所造成之应力集中现象,降低局部区域之韧性需求;无扇形开孔之梁柱接头可避免有扇形开孔之缺陷,大幅的改善梁柱接头之韧性行为。     

钢结构梁柱节点耐火性能的数值模拟

建立数值模型,研究钢结构节点的耐火性能。采用2种方法将火灾模拟中的热分析转变为结构分析。根据ISO834标准火灾曲线,对钢结构节点进行足尺试验,验证本方法的正确性。通过火灾动态模拟器获得壁面温度,将其对应的截面作为火灾截面置于结构表面进行分析,数值结果与试验一致。此外研究了火炉尺寸的影响和对绝缘材料的敏感性分析。分析两根翼缘削弱梁,并与无翼缘削弱梁的模拟结果对比。经历相同时间之后,两种构件均能承受严重的火灾,并发生跑道现象。     

钢材强度对梁柱组合节点性能影响的有限元分析

随着高层钢框架结构梁柱构件逐渐向高强材料、组合受力方向发展,在梁柱组合节点中,钢材强度对节点性能和混凝土楼板组合作用的发挥有显著影响。基于对组合节点的有限元分析,着重比较了在钢材强度提高时,组合作用对节点承载力的影响程度和影响方式的变化。分析结果表明,组合节点的弹塑性极限承载力会随着钢材强度提高而提高,延性有一定的降低,混凝土楼板组合作用的影响相应减小,节点以正弯矩侧混凝土被压溃为失效标志。     

刚性钢框架焊接梁柱连接的损伤累积破坏机理

采用考虑损伤累积的有限元本构模型,分析了焊接刚性钢框架梁柱连接在循环荷载作用下的受力性能和破坏机理,研究了梁柱连接中的损伤发展和分布,以及材料损伤对梁柱连接受力性能的影响。计算结果表明,在地震荷载作用下,遗留在结构上的焊接衬板造成了比较严重的应力集中和三向拉应力状态,使梁翼缘对接焊缝的损伤发展很快,影响了节点的变形能力。移去焊接衬板,可以有效地改善梁柱连接的受力性能,提高其延性和耗能能力。     

钢框架结构顶底角钢梁柱连接滞回性能研究

通过对顶底角钢梁柱连接原型模型进行循环荷载作用下的试验研究,以及对试验模型进行非线性有限元分析计算,全面分析了顶底角钢梁柱连接节点在循环荷载作用下的破坏机理和极限变形状态,研究了高强螺栓预紧力,角钢与梁、柱之间的接触压力等节点组件之间的力学特征,对工程设计有重要的参考价值。     

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。     

剖分T型钢梁柱连接滞回性能研究

T型钢梁柱节点是典型的半刚性连接形式之一,目前已初步应用在工程实践中。本文对T型钢连接原型模型进行循环荷载作用下的试验研究,并对试验模型进行非线性有限元分析计算,分析了剖分T型钢梁柱连接节点在循环荷载作用下的破坏机理,为T型钢梁柱连接在钢框架中的应用提供一定的理论依据。     

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。     

新型方钢管混凝土梁柱节点抗震性能研究

通过低周反复加载试验对3个内隔板一面贯通式节点进行了试验研究,研究了不同轴压比情况下节点的滞回性能、强度及刚度退化、延性、耗能性能及破坏特征。试验结果表明,试件的层间位移延性系数为2.11～2.32,峰值荷载时的能量耗散系数为1.141～1.502。提出了抗震设计、研究建议。