冷弯薄壁型钢钢板-螺栓梁柱节点滞回性能与恢复力简化模型研究

本文采用数值方法对冷弯薄壁型钢钢板-螺栓连接节点静力性能进行研究,讨论了三种梁柱腹板宽度情况下螺栓间距、连接板厚度、腹板厚度和翼缘宽度等因素对此连接性能的影响。研究结果表明,梁柱腹板宽度、连接板厚度、梁柱腹板厚度是影响该连接节点静力性能的主要因素,而改变螺栓间距、梁柱翼缘宽度对节点的初始刚度和极限承载力的影响均不明显。结合数值分析结果,给出三种截面形式节点的设计构造建议。节点滞回性能研究结果表明:冷弯薄壁型钢钢板-螺栓连接节点的延性系数在3~4左右;节点的耗能系数随转角位移增加逐渐增加,其在地震中能较好的吸收和耗散能量;随着梁柱腹板宽度的增大,延性系数与耗能系数逐渐增大。最后在现有的恢复力曲线简化模型基础上,提出了改进的双线性模型,形式简洁并具有较好的精度。     

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。     

带加劲肋顶底角钢连接梁柱节点的有限元研究

为了研究影响钢框架带加劲肋顶底角钢连接梁柱节点的静力性能的因素,采用ABAQUS,对节点进行大量非线性有限元分析,探讨了角钢厚度、加劲肋厚度及其形状尺寸、角钢规格以及高强螺栓预紧力对节点性能的影响,得出了一些有价值的结论。     

角钢连接半刚性节点的非线性有限元分析

对采用带双腹板角钢、顶底角钢连接的半刚性钢梁柱连接节点进行了三维非线性有限元分析。在与试验数据对比的基础上,对影响该连接性能的主要参数如螺栓直径、螺栓预拉力、摩擦系数、角钢厚度等因素进行了分析,得到了其弯矩转角曲线。     

基于OpenSees的碳纤维加固梁柱节点有限元分析

采用有限元软件OpenSees对中间层边柱采用CFRP加固的梁柱节点进行了数值模拟分析,并与实验结果进行了对比,主要模拟和研究了CFRP加固节点核心区混凝土非线性抗剪性能、核心区梁柱纵筋锚固滑移性能、梁柱混凝土强度等级等因素对节点抗震性能的影响。     

顶底角钢连接节点的滞回分析

对采用顶底角钢连接的半刚性钢梁柱连接节点进行了精细的三维非线性有限元分析,在与试验数据对比的基础上,对影响该连接性能的主要参数如角钢厚度、柱翼缘连接螺栓与梁翼缘间的距离等进行了分析,得到了其弯矩-转角曲线。     

四角钢连接的滞回性能分析

对采用带腹板双角钢的顶底角钢连接(简称四角钢连接)的半刚性钢梁柱连接节点进行精细的三维非线性有限元分析。在与试验数据对比的基础上,对影响该连接性能的主要参数如顶底角钢厚度、柱翼缘连接螺栓与梁翼缘间的距离等进行分析,得到了其弯矩-转角曲线。     

OPENSEES软件在框架节点抗震性能分析中的应用

为研究低周反复荷载作用下框架梁柱边节点的抗震基本性能,采用OpenSees通用分析软件对框架梁柱节点进行了非线性数值模拟。结果表明,数值模拟结果和现场试验检测结果一致性较好,两者误差均小于10%,表明所选取材料的参数以及材料的本构关系,具有较好的合理性和适用性,OpenSees可很好地模拟框架梁柱节点在往复荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线。     

梁柱节点的单元模型校准与其组合体试验方法对比

梁柱节点是钢筋混凝土结构中受力性能复杂的重要部位,其有限元模型的合理性是结构非线性数值模拟成功实施的关键。在OpenSees结构分析平台上,以力学模型较为细化的梁柱节点单元(beam-column joint element)模型为研究对象,在合理确定梁柱节点单元各分量的参数取值方法的基础上,分别以多组钢筋混凝土梁柱组合体试件的梁端加载、柱端加载试验结果为依据,对有限元模拟结果的准确性进行校准,并在此基础上分析了同一组合体试件分别采用梁端加载、柱端加载两种试验方法时模拟结果的差别。结果表明：梁柱节点单元中模拟节点内纵筋滑移分量的材料模型存在较明显误差,当滑移较小时,模拟结果有相对较好的精度;当梁纵筋滑移量较大时,模拟的组合体整体滞回性能与试验结果相比误差较大;当梁、柱纵筋黏结滑移值较小时,同一组合体试件在梁端加载、柱端加载两种试验方法下的节点非弹性变形相近。     

螺栓角钢钢节点的三维非线性有限元分析

对螺栓角钢钢节点半刚性连接采用非线性有限元分析方法 ,对连接中的主要构件的顶部、底部、腹板角钢、高强螺栓、梁翼缘、柱翼缘和柱翼缘加劲肋进行三维非线性有限元精细模拟 ,针对有无柱加劲肋、有无腹板角钢等几种连接的情况进行比较分析 ,探讨了螺栓角钢半刚性连接的受力性能。     

北京奥运会老山自行车馆屋盖节点数值分析

北京奥运会老山自行车馆的屋顶采用了双层球面网壳结构,柱脚及柱顶分别采用了铸钢球铰支座和圆钢管相贯节点。本文介绍了铸钢球铰支座的构造形式,采用四面体单元、接触单元对及子模型分别模拟了铸钢球铰支座的实体模型、接触模型及螺纹连接问题,分析了不同荷载工况下的应力分布特点;介绍了圆钢管相贯节点的构造,分别采用四边形板壳元及四面体单元模拟了圆钢管相贯节点的实体模型,比较了节点有无加劲肋及垫板时节点刚度的变化情况。通过分析可以看出,铸钢球铰支座构造简单,具有一定的转动能力,能够传递拉力和压力,适用于铰接柱脚节点;垫板和加劲肋的存在提高了圆钢管相贯节点的承载力,改变了节点的破坏形式,增大了节点刚度。     

钢管混凝土柱、钢筋混凝土板、钢梁连接节点的抗震性能:节点模型

基于已有试验和数值计算结果,研究了钢管混凝土柱(CFST)和钢梁的复合节点模型。采用参数研究法利用有限元分析方法(FEA)分析了节点连接处的弹性剪切刚度和剪切变形,给出了复合节点连接处包含弹性剪切刚度、剪切强度、剪切变形和滞后准则的迟滞模型。该迟滞模型用于整合基于纤维的节点宏单元,节点宏单元通过有限元方法和试验结果得到证实。研究了CFST节点和宏单元框架的整体和局部性能。该模型计算精确,建模方法适当,能够用于大尺寸和复杂组合结构的抗震性能分析。     

Seismic performance of CFST column to steel beam joint with RC slab: Joint model

Based on the previous experimental and numerical investigations presented in Han and Li (2010)and Li and Han (2011), this paper studies the joint model for the composite joint consisted of circular concrete filled steel tubular (CFST) column and steel beam with external diaphragm. The elastic shear stiffness and the shear deformation of the joint panel zone are investigated by parametric study using the finite element analysis (FEA) model. A hysteretic model incorporating the shear stiffness, shear strength, shear deformation and the hysteretic rules is proposed for the panel zone of the composite joint. This hysteretic model is then integrated in a fiber-based joint macro element. The joint macro element is validated by both FEA and experimental results. The overall and the local behavior of CFST joints and frame with macro elements are investigated. The proposed model is featured with a favorable accuracy and amenable modeling method, and could be applied to simulate the seismic behavior of large-scale and complex composite structural systems.     

钢制盖板节点拉剪破坏有限元分析

为了明确钢制盖板节点弯矩作用下的力学性能及盖板拉剪破坏的受力特征,获得弯矩作用下的计算设计公式,利用ANSYS分析软件,对钢制网壳盖板节点进行了有限元建模分析。根据有限元数值结果,得到盖板节点复杂应力下的承载力折减系数。在此基础上对比国内外规范公式,提出了钢制盖板节点拉剪破坏情况下的极限承载力公式。     

一种广义节理元模型

采用传统节理元近似模拟岩石破坏过程需要同时增加单元和节点,过程非常复杂。为了更有效模拟岩石岩石破坏过程产生的节理,建议了一种只包含2个节点的广义节理元的模拟方法,通过推导给出了基本方程,提供了单元信息设置方式。采用该广义节理元近似模拟岩石破坏过程只需要增加单元,不需要增加节点。模拟实例表明：采用广义节理元法模拟效果在应力方面精度和传统节理元法的精度一样,该广义节理元法有效可行。     

栓焊混合连接狗骨式梁柱钢节点残余应力有限元分析

焊接作为结构连接的一种重要形式被广泛应用于钢结构中.焊接过程中由于温度梯度产生的焊接残余应力,给实际工程安全带来很大的威胁,所以研究钢结构在焊接过程中产生的残余应力是十分必要的.利用有限元数值模拟软件ANSYS建立狗骨式梁柱节点顶底角钢、焊缝、螺栓混合连接的三维有限元模型,模拟梁柱节点焊接的温度场,在热弹塑性理论基础上求解焊接残余应力.结果表明：构件在焊接过程中主要受拉,并且在不同位置的应力各不相同.由于狗骨式节点的存在,削弱了节点对梁部分的约束.在梁上翼缘螺栓上出现焊接残余应力的最大值,在腹板角钢与柱连接的中间螺栓处出现最小值.这与规范中的规定基本相符.     

Post-fire behaviour of concrete-filled steel tubular column to axially and rotationally restrained steel beam joint

This paper presents a numerical investigation on the post-fire behaviour of concrete filled steel tubular (CFST) column to restrained steel beam joint. An entire loading and fire phase, including ambient loading, heating with constant loads, cooling with constant loads and post-fire loading, was employed in the numerical analysis, and a finite element analysis (FEA) model was built to simulate the behaviour of CFST column to axially and rotationally restrained steel beam joints with external diaphragm connections under the entire loading and fire phase. For validation, the proposed modelling method was used to predict the test results of CFST columns and joints in fire and post-fire. The comparison demonstrates that the accuracy of the proposed FEA model is acceptable. Afterwards, the FEA model was used to analyse the mechanics characteristics of CFST column to restrained steel beam joints in the entire loading and fire phase. Based on the numerical analysis, the joint moment versus relative rotation angle relationship in the entire loading and fire phase was addressed, and the residual joint strength index and stiffness index were defined to evaluate the post-fire performance of joints. Finally, simplified calculating formulas were proposed to calculate the two indexes, which provide a simply and feasible method to evaluate the post-fire performance of external diaphragm joints in the CFST column - steel beam framed structure.     

RC联肢剪力墙宏观数值计算模型研究

已有的钢筋混凝土联肢剪力墙宏观数值计算模型在墙体单元和连梁单元连接处采用水平变形协调，即连梁单元的梁端转动与墙体单元水平刚性梁的转动变形相协调。然而，水平变形协调并不能反映墙体和连梁的实际变形协调条件。为此，提出了一种钢筋混凝土联肢剪力墙宏观数值计算模型，该模型中墙体单元为具有分布式剪切弹簧且考虑平面外自由度的三维宏观墙体单元模型，连梁单元为具有3个子单元串联的一维杆单元模型，墙体单元与连梁单元的连接采用竖向变形协调，即连梁单元的梁端转动与墙体单元边垂直杆元的变形相协调。并通过算例对其模拟的准确性进行校验。结果表明：采用竖向变形协调方式建立的计算模型能更加准确地模拟联肢剪力墙的力学行为，提出的钢筋混凝土联肢剪力墙宏观数值计算模型可用于三维的非线性分析，其中墙体单元能更好地模拟剪切变形和面外变形，连梁单元能够更好地模拟与墙肢的变形协调。     

大理岩三点弯曲梁弹塑性损伤破坏研究

在应变空间内,推导出弹塑性损伤增量本构方程,通过自编程序实现该本构方程,同时将此程序实现了并行算法;建立了三点弯曲梁二维及三维细观尺度数值试样,分别进行相应地弹塑性损伤破坏数值模拟,作了相应的对比分析,在数值模拟中,提出破坏单元网格消去法,模拟裂纹扩展。研究发现:数值试验同物理试验较吻合,且与理论分析是一致的;由于三维试样细观单元的非线性比二维在空间上更为离散,由三维细观单元弹塑性损伤非线性反映宏观试样的非线性,更能深入地研究细观破坏机理;提出的破坏单元网格消去法为有限元清晰模拟裂纹开辟了新的途径;并行算法程序的实现为应用于大型三维水利水电工程奠定了基础。     

A Novel Numerical Method for Considering Friction During Pre-stressing Construction of Cable-Supported Structures

Suspen-dome structures are extensively used due to their superiority over traditional structures. The friction between cable and joints may severely influence the distribution of cable force, especially during the pre-stressing construction period. An accurate and efficient numerical method has not yet been developed that can be used for estimating the influence of friction on cable force distribution. Thus, this study proposes an efficient friction element to simulate friction between cable and joint. A flowchart for estimating the value of friction force is introduced. These novel numerical methods were adopted to estimate the influence of friction on cable force distribution. The accuracy and efficiency of these numerical methods were validated through numerical tests.