方钢管柱-H型钢梁节点抗震性能数值分析

为研究单向螺栓连接的冷弯方钢管柱-H型钢梁节点的抗震性能,采用ABAQUS对柱壁厚度、端板厚度、加劲肋厚度进行参数化分析,得到节点的滞回曲线、骨架曲线、延性系数和节点刚度退化曲线。研究结果表明,这类节点延性较好;增加柱壁厚度、端板厚度可提升节点承载力;增加加劲肋厚度,对提升承载力作用微小;并给出节点的设计建议。     

方钢管柱-H型钢梁外加强环节点抗震性能的影响参数分析

运用ABAQUS软件建立方钢管柱-H型钢梁外加强环节点模型,以加强环板厚度与梁翼缘厚度比、加强环板角度、方钢管柱宽度与加强环板外宽度比、方钢管柱宽厚比为参数进行有限元模拟,通过对节点破坏模态、滞回曲线、骨架曲线和黏滞阻尼系数的比较来研究影响节点抗震性能的加强环参数。结果表明:对节点的破坏模态、滞回性能及耗能能力有明显影响的参数是加强环厚度与梁翼缘厚度比和方钢管柱宽厚比,没有显著影响的节点参数是加强环板角度及方钢管柱宽度与加强环板外宽度比。     

冲击荷载作用后圆钢管柱抗震性能与恢复力模型研究

为研究冲击荷载作用后圆钢管柱的抗震性能,对12个受冲击荷载作用后的圆钢管柱和3个未受冲击荷载作用的对比柱进行了拟静力试验,研究了冲击高度和轴压比等因素对圆钢管柱破坏模式、滞回性能、延性、刚度退化和耗能能力的影响。基于拟静力试验结果,建立了考虑冲击高度和轴压比参数影响的圆钢管柱恢复力模型。结果表明：冲击高度和轴压比对圆钢管柱的滞回性能均有显著影响,随着冲击高度的增加,滞回曲线由饱满对称的梭形逐渐变为狭窄不对称的梭形,圆钢管柱水平承载力和变形能力逐渐下降,延性和耗能能力显著下降;随着轴压比的增长,滞回曲线的饱满程度显著降低,圆钢管柱承载力和极限位移减小,延性和耗能能力显著降低;受冲击荷载作用后的圆钢管柱恢复力模型计算结果与试验数据吻合良好,可用于工程结构的抗震弹塑性分析。     

方钢管柱-H字钢梁套管加强式端板连接节点抗震性能分析

为了研究方钢管柱-工字钢梁套管加强式端板连接的抗震性能,利用大型有限元软件AN-SYS,考虑几何非线性、材料非线性和状态非线性对方钢管柱-工字钢梁套管加强式端板连接节点进行了循环荷载作用下的有限元分析,分析了端板厚度对梁柱节点滞回性能的影响及节点承载力、初始转动刚度,耗能能力和延性的影响。计算结果表明:方钢管柱-工字钢梁套管加强式端板连接具有良好的延性和耗能能力。     

冷弯矩形钢管柱与H型钢梁连接节点抗震性能分析

结合国内首次将大规格冷弯矩形钢管作为柱材应用到实际工程中的浙江某轻纺市场的工程实例,对冷弯矩形钢管结构进行分析研究。利用有限元分析软件,对冷弯矩形钢管柱与H型钢梁连接节点与焊接箱形钢管柱与H型钢梁连接节点的抗震性能进行对比分析,探讨出冷弯矩形钢管的冷成型过程对节点抗震性能的影响。     

空心圆钢管柱滞回性能分析

近年来,由于空心圆钢管自重轻、刚度相对较大、抗弯及抗扭性能好等优点在高层钢结构中作为柱子的应用越来越广泛。虽然目前有很多关于钢构件滞回性能研究成果,但对于圆钢管柱的滞回性能研究相对较少,因此有必要开展此类研究。分析国内外的研究成果,确定了适于圆钢管柱滞回曲线理论计算的合理加卸载模式。以悬臂圆钢管柱为分析对象,设计了7组不同轴压比的构件,采用位移加载,对低周反复荷载作用下的滞回性能进行了研究。对比分析得到的一系列滞回曲线,得出随着轴压比增大,空心圆钢管柱滞回曲线面积减小、耗能能力变弱的规律。最后,根据数值试验,提出了在高层建筑中采用空心圆钢管柱时限制轴压比的建议。     

矩形钢管柱与H型钢梁单边螺栓连接节点的抗震性能与恢复力模型研究

为研究矩形钢管柱与H型钢梁单边螺栓连接节点抗震性能,对5个单边高强螺栓连接节点试件和1个常规高强螺栓连接节点试件进行了拟静力试验,研究了矩形钢管柱与H型钢梁单边螺栓连接节点破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、刚度退化等抗震性能指标,对比了单边高强螺栓与常规高强螺栓连接节点抗震性能的差异性;分析了节点构造参数对单边高强螺栓连接节点抗震性能的影响,根据节点滞回特性和单边高强螺栓受力特点提出了节点恢复力模型。研究结果表明:节点试件的破坏模式中单边高强螺栓均产生滑移现象;节点试件的滞回曲线捏缩严重,滞回曲线呈反S形,且有明显滑移直线段;节点试件初始转动刚度约为常规高强螺栓连接节点的70%,单边高强螺栓滑移使节点具有很大的转动变形能力,节点试件的极限转角为0.06~0.08 rad;节点的受弯承载力与常规高强螺栓连接节点基本一致,单边高强螺栓能够满足节点承载力设计要求;节点试件的等效黏滞阻尼系数为0.15~0.17,等效耗能系数为1.29~1.77,延性系数为1.62~2.26,其耗能和延性性能均低于常规高强螺栓连接节点;通过设置端板加劲肋可有效提高节点试件的抗震性能,设置内隔板对节点试件的抗震性能提高效果不明显;提出的节点恢复力计算模型与节点试件的试验曲线吻合较好。     

长细比对冷弯薄壁方钢管柱轴心受压承载性能影响的研究

以某实际冷弯薄壁型钢结构中的冷弯薄壁方钢管柱为例,针对其不同长细比下的轴心受压承载性能进行试验和有限元模拟研究.结果表明:1)有限元模拟与试验结果吻合较好,选择合理的数值模型可以较好地模拟此类方钢管柱在不同长细比下的轴心受压承载性能;2)此类型方钢管柱长细比小于等于30时,柱极限承载力变化很小,此时柱的破坏由材料的强度...     

钢管柱-混凝土框架非下插转换节点抗震性能试验研究

钢-混凝土竖向混合结构由上部钢结构和下部钢筋混凝土结构组成，通过转换节点实现上下结构的连接和转换。传统节点钢管下插长度大，现场焊接量大，节点域施工困难且不利于施工质量控制。为解决上述问题，在已有研究基础上对钢管柱-混凝土框架转换节点构造进行改进优化，提出钢管柱-混凝土框架非下插转换节点。该节点钢管柱仅下插至节点域，梁底纵筋贯通，混凝土柱纵筋采用间接搭接方式与钢柱连接。制作4个缩尺比1∶2.5的钢管柱-混凝土框架非下插转换节点并进行往复加载试验，对其抗震性能进行研究。试验结果表明：钢管柱-混凝土框架非下插转换节点滞回曲线饱满，耗能能力及延性良好，具有很好的抗震性能；在轴压比为0.05～0.40范围内，增大轴压比可显著提升节点抗震性能，而节点域上部混凝土对抗震性能影响很小；对比分析了钢管柱-混凝土框架非下插转换节点与普通钢管柱-混凝土框架转换节点的承载力、刚度、耗能能力等性能，证明钢管柱-混凝土框架转换节点构造并未削弱其抗震性能，且间接搭接的连接方式传力可靠有效。     

冷弯薄壁方钢管梁柱焊接节点抗震性能分析

对8个冷弯薄壁型钢方钢管梁柱焊接节点进行低周往复加载试验及非线性有限元数值模拟分析,将循环荷载下节点的数值计算结果与试验结果进行对比分析讨论,结果表明数值模拟能够较好地反映试验结果,所采用的数值建模方法可以进行冷弯薄壁型钢梁柱节点的参数化分析。通过对两类梁柱节点不同参数下抗震性能的分析,所得结果表明:(1)对于GJD系列节点,随着加腋高度、长度、厚度三个参数的减小,节点的滞回曲线变得饱满,耗能能力增强,同时承载力没有明显的下降段,三个参数增大时,滞回曲线变化不大,但承载力提前进入下降段,延性降低;(2)加腋高度和厚度减小时,GJD系列节点的极限承载力以及初始刚度明显降低,但节点的延性增加明显;(3)对于XJD系列节点,增大钢管柱壁厚、C型钢梁厚度,以及减小C型钢梁高度、C型钢梁与方钢管相对位置时,滞回曲线变得饱满,耗能能力增强,并且承载力增大。     

高强度钢材箱形截面轴心受压短柱局部稳定试验研究

针对高强度钢材焊接箱形截面柱的局部稳定受力性能,对4个Q460钢材等边箱形短柱进行轴心受压试验。根据试验结果分析试件的局部屈曲应力、极限应力随板件宽厚比的变化规律,并将试件的局部屈曲应力、极限应力与我国、美国、欧洲钢结构设计规范以及陈绍蕃建议的相应设计方法和计算公式进行对比分析。结果表明,钢板的宽厚比越大,试件截面的利用率越低,局部屈曲后强度越富余;我国钢结构设计规范中对于试件的局部屈曲应力的计算公式不适用于等边箱形短柱;对于等边箱形短柱的极限应力,美国、欧洲钢结构设计规范和陈绍蕃建议的设计方法的计算结果较为接近,且均略高于试验结果,这3种设计方法都是可行的。进一步修改已有的计算公式,以适用于计算Q460高强度钢材等边箱形短柱的局部屈曲应力;建议采用陈绍蕃建议的设计方法,并进一步修改欧洲钢结构设计规范的计算公式,以适用于计算Q460高强度钢材等边箱形短柱的极限应力。     

冷成型轴压方钢管柱破坏模式的数值模拟研究

为准确揭示冷成型轴压方钢管柱的受力全过程,对其极限承载力和破坏模式进行了数值模拟研究,并与试验结果进行了对比。分析中考虑了材料非线性和几何非线性的影响。详细阐述了使用ANSYS进行冷成型轴压方管柱建模时需要注意的问题,并根据模拟结果分析了网格密度、初始缺陷等参数对模拟效果的影响。提出了合理的有限元分析模型、网格划分密度、初始缺陷施加方式等一系列具体措施。数值模拟结果与试验结果吻合良好。给出了实际工程中柱边界条件模拟方法的建议。     

方钢管高强混凝土短柱轴压试验研究

本文对3根冷弯型方钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验,并分析了冷弯型方钢管高强混凝土轴心受压短柱的受力性能及变形特点。提出了典型荷载-应变全过程曲线,并分析了各阶段的受力性能。得到如下结论:冷弯型方钢管高强混凝土短柱充分利用了高强混凝土抗压与钢材抗拉的材性特点,其极限承载力较普通方钢管混凝土更高;短柱试件承载力的下降取决于方钢管的局部屈曲与核心混凝土失去三向受力状态并被压碎的程度;冷弯型方钢管高强混凝土的极限承载力本质上主要由冷弯型方钢管局部屈曲控制;冷弯型方钢管高强混凝土轴压短柱后期延性较差,但含钢率越大,其后期残余承载力越大。     

高强冷弯薄壁型钢抱合箱形截面受压构件承载力试验研究

由两个槽形截面构成的抱合箱形截面在超薄壁冷弯型钢结构中应用广泛,但关于其承载力的计算只是将单个构件的承载力简单地数学叠加,并没有相应公式来考虑单个槽形截面构件之间的相互加强。对40根高强冷弯薄壁型钢抱合箱形截面受压构件进行试验研究,考察其受力特性及破坏特征,包括轴压构件21个,绕弱轴偏心和绕强轴偏心构件共19个。试验研究结果表明:抱合箱形截面构件由于两个槽形截面试件的相互约束作用,实测承载力比按单根构件计算承载力叠加结果提高10%～20%左右。最后,在试验和理论分析的基础上,针对高强冷弯薄壁型钢抱合箱形截面受压构件极限承载力提出了一种建议计算方法,依照建议计算方法所得结果与试验结果吻合较好,且偏于安全,可供实际设计参考。     

Buckling analysis of high strength stainless steel stiffened and unstiffened slender hollow section columns

This paper investigates the buckling behaviour of cold-formed high strength stainless steel stiffened and unstiffened slender square and rectangular hollow section columns. The high strength duplex material is austenitic-ferritic stainless steel approximately equivalent to EN 1.4462 and UNS S31803. The columns were compressed between fixed ends at different column lengths. A nonlinear finite element model has been developed to investigate the behaviour of stiffened slender square and rectangular hollow section columns. The column strengths, load-shortening curves as well as failure modes were predicted for the stiffened and unstiffened slender hollow section columns. An extensive parametric study was conducted to study the effects of cross-section geometries on the strength and behaviour of the stiffened and unstiffened columns. The investigation has shown that the high strength stainless steel stiffened slender hollow section columns offer a considerable increase in the column strength over that of the unstiffened slender hollow section columns. The column strengths predicted from the parametric study were compared with the design strengths calculated using the American Specification, Australian/New Zealand Standard and European Code for cold-formed stainless steel structures. It is shown that the design strengths obtained using the three specifications are generally conservative for the cold-formed stainless steel unstiffened slender square and rectangular hollow section columns, but slightly unconservative for the stiffened slender square and rectangular hollow section columns.     

冷弯薄壁槽钢轴压柱的卷边研究

采用有限元软件ABAQUS对两端固接的冷弯薄壁槽钢柱的屈曲性能进行研究分析,探讨卷边形式、卷边高度和壁厚对槽钢轴压柱的屈曲荷载和屈曲模式的影响,从而确定当构件截面面积不变时对抵抗屈由最有利的卷边形式.     

厚壁冷弯方矩管和热轧H型钢轴压极限承载力的对比研究

运用ANSYS有限元软件,在综合考虑初始几何缺陷、残余应力、冷弯效应等因素的基础上,分析了厚壁冷弯方、矩钢管和热轧H型钢轴心压杆的极限承载力,并将它们的极限承载力计算结果进行对比,得出相关结论,为轻钢结构框架柱构件截面选型提供了参考.     

不锈钢冷成型管截面轴心受压构件的有限元分析

采用有限元软件ANSYS对不锈钢冷成型管截面轴心受压长柱进行模拟,有限元模型中考虑不锈钢材料的非线性本构关系、冷加工效应、构件的初始缺陷以及构件中的残余应力。将模拟结果与国内外的试验数据进行对比。对比表明:有限元模型能够准确地模拟不锈钢构件的受力全过程,模拟平均误差小于5%;对影响不锈钢轴心受压构件受力性能的因素进行分析,分析表明:方矩管截面的转角区冷加工效应,不锈钢材料力学性能参数变化以及构件的整体缺陷取值对构件的整体稳定性能影响较大,而不锈钢构件的截面对稳定系数影响很小。分析结论可作为建立不锈钢轴心受压构件稳定承载力设计公式的参考。     

焊接箱形截面短柱稳定承载力及设计方法

现行GB 50017-2003《钢结构设计规范》对焊接箱形截面构件在考虑壁板局部失稳后的稳定极限承载力计算未建立成熟的设计理论.采用板壳单元,精确地模拟了箱形截面短柱的壁板局部失稳及其相互作用,在大挠度、弹塑性范围内对箱形截面的稳定极限承载性能进行研究.在大量数值分析的基础上,分别归纳总结箱形截面短柱在承受轴向压力、纯...     

Structural performance of cold-formed high strength stainless steel columns

This paper describes an accurate finite element model for the structural performance of cold-formed high strength stainless steel columns. The finite element analysis was conducted on duplex stainless steel columns having square and rectangular hollow sections. The columns were compressed between fixed ends at different column lengths. The effects of initial local and overall geometric imperfections have been taken into consideration in the finite element model. The material nonlinearity of the flat and corner portions of the high strength stainless steel sections were carefully incorporated in the model. The column strengths and failure modes as well as the load-shortening curves of the columns were obtained using the finite element model. Furthermore, the effect of residual stresses in the columns was studied. The nonlinear finite element model was verified against experimental results. An extensive parametric study was carried out using the verified finite element model to study the effects of cross-section geometries on the strength and behaviour of cold-formed high strength stainless steel columns. The column strengths predicted from the parametric study were compared with the design strengths calculated using the American Specification, Australian/New Zealand Standard and European Code for cold-formed stainless steel structures. The results of the parametric study showed that the design rules specified in the American, Australian/New Zealand and European specifications are generally conservative for cold-formed high strength stainless steel square and rectangular hollow section columns, but unconservative for some of the short columns.