钢框架端板连接半刚性节点受力性能分析

为研究不同构造对钢框架端板连接半刚性节点受力性能的影响,采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元模型,对单元选取,螺栓受力行为、材料本构以及接触模型等方面进行详细说明;结合国内外已有的钢框架端板连接半刚性节点拟静力试验,对比分析有限元分析和试验结果,深入探讨了钢框架端板连接半刚性节点的受力性能。试验和有限元分析结...     

半刚性钢节点的T型钢行为研究

实际上多次震害表明,刚性节点由于耗能能力有限,出现了大量破坏,而以螺栓混合端板、T型钢及角钢形成的、刚度介于刚接和铰接之间的半刚性节点却表现出很好的承载能力和耗散地震力能力,因此这种节点被重视起来。本文选取公认的最为刚劲的半刚性连接-T型钢连接作为模型,考虑在真实复杂荷载下的连接中T型钢的行为特点和破坏模式。利用塑性力学理论和经典公式,给出了较符合实际的M-θ公式和破坏荷载计算方法。     

半刚性梁柱节点连接的初始刚度和结构内力分析

给出了考虑节点半刚性连接的线性化模型初始刚度的计算公式,推导了半刚性连接在荷载作用下的内力计算公式,讨论了半刚性连接对框架内力的影响。通过分析表明,半刚性连接的初始刚度主要与连接件的抗弯刚度、板厚以及螺栓的分布位置有关。半刚性连接框架受连接柔性的影响,钢框架采用半刚性连接会使横梁的杆端负弯矩减少,而跨中正弯矩要相应增加,按刚性连接设计不符合实际受力情况。其结果将高估由梁端传到柱的负弯矩而低估梁的跨中正弯矩,框架的半刚性连接对结构受力性能有明显影响,在钢框架分析和设计中,应考虑半刚性的影响。     

半刚性节点网壳结构研究进展及关键问题

装配式节点通常采用单根或多根螺栓与构件连接,往往具有一定的半刚性特性。但目前,由于对装配式节点认识不足,在装配式网壳结构分析和设计时,通常假定其节点连接为铰接;然而,通过研究发现实际装配式节点具有较好的半刚性性能;为适应实际工程所研发的新型装配式半刚性节点具有刚度更大、更加高效等优点,可应用于更大跨度的单层网壳结构中。半刚性节点网壳结构具有广阔的应用前景,针对半刚性节点及其网壳性能的研究逐渐成为建筑结构领域的热点研究课题之一。该文综述了国内外半刚性节点及半刚性节点单层网壳结构的现有研究成果以及尚需深入研究的主要问题。文献分析表明,目前针对半刚性节点及半刚性节点网壳结构静力性能的研究已取得一定的成果。然而,关于空间半刚性节点在复杂荷载作用下节点抗弯性能、空间半刚性节点耗能性能、适用于更大跨度的新型空间节点研发、半刚性节点网壳结构动力稳定性等方面有必要进行更多更深入的试验和理论研究,以推动半刚性节点单层网壳结构的实际工程应用。     

钢结构梁柱连接节点刚度的半解析测试方法

通过半解析测试方法获取钢结构梁柱连接节点的半刚性特性。在半刚性节点理论分析的基础上,导出了包含节点连接刚度的计算模型;然后通过结合已知的梁端实测荷载和位移试验值,给出了一种有效的求解节点刚度的半解析测试方法。该方法可以克服试验中直接测量节点转角的困难和精度误差,而且与有限元分析结果相比,其计算结果更符合实际真实解。数值算例结果表明,采用该文提供的半解析测试方法获取钢结构梁柱半刚性连接节点M-θ曲线是简单、有效和准确的。     

T型钢连接的方钢管柱-H型钢梁半刚性节点滞回性能的有限元分析

方钢管与H型钢梁采用T型钢通过高强螺栓连接成节点,这种连接节点的刚度相对较大,承载力较高,延性较好,且安装简单,造价经济。该文采用大型有限元分析软件ABAQUS,在此节点的静力参数分析的基础上,进行滞回性能的研究,讨论了T型钢尺寸、梁尺寸等参数对连接节点滞回性能的影响。分析结果表明:T型钢腹板长度、梁高度对节点的滞回性能影响较大,此T型钢梁柱连接节点属于半刚性节点。     

均布荷载作用下榫卯连接木梁的解析解

基于弹性力学的半逆解法,在均布荷载作用下的简支木梁、铰接木梁和固接木梁解答的基础之上,结合中国古建筑榫卯节点半刚性连接的特点,通过引入两个表示半刚性的参数,得到了榫卯连接木梁内应力分布的多项式解答。通过对一个随梁实例的计算,分析了两个半刚性参数对梁内应力分布的影响,又通过比较榫卯梁和简支梁、铰接梁及固接梁内应力分布的特点,发现剪应力对于木梁尤其是榫卯木梁的影响不能被忽略。该文最后指出,榫卯节点的刚度随荷载的增大是在不断变化的,并给出了变荷载作用下半刚性参数的确定方法。     

T型钢连接梁柱节点抗火性能试验研究

为研究T型钢连接梁柱节点的抗火性能及破坏模式,使用垂直抗火试验炉,采用恒载升温方式,对4个十字形足尺钢框架T型钢半刚性节点进行抗火试验。试验主要考察T型钢厚度、高强螺栓直径和楼板等因素对节点抗火性能的影响。试验过程中对节点的温度发展和变形情况进行测量,并对钢梁的位移-时间曲线进行分析。结果表明:火灾下T型钢节点的破坏模式主要取决于T型钢和高强螺栓间的相对承载力,承载力相对弱的部分将先发生破坏;混凝土楼板可以较大幅度地提高节点的抗火性能,高强螺栓直径和T型钢壁厚对节点的抗火性能影响不显著;T型钢节点刚度和抗弯承载力在温度升高到500℃~650℃之前无明显变化,之后迅速下降。     

地震荷载下双腹板-顶底角钢连接半刚接钢框架的动力特性研究

利用大型有限元分析软件ANSYS对双腹板、顶底角钢半刚性连接的钢框架进行了三维弹塑性动力有限元分析。该分析采用了有限元实体建模,考虑了钢框架连接节点的非线性、几何非线性以及材料非线性等因素。通过有限元数值模拟分析得出了在地震荷载作用下,半刚性节点刚度的变化对钢框架的基本自振周期、楼层剪力、楼层位移、楼层加速度和节点的弯矩-转角关系的影响规律,并将部分数值模拟分析结果与拟动力试验结果进行对比,发现这两种研究方法所得结果基本一致。通过该文的分析,得出了节点刚度的变化对结构动力特性影响的一般规律,为今后高层钢结构设计和钢结构规范的修改提供了一定的理论依据。     

钢框架梁翼缘削弱型节点力学性能的试验研究

梁翼缘削弱的梁柱刚性连接是将塑性铰外移的一种典型节点形式。为研究这种连接形式在循环荷载作用下的滞回性能,共进行了6个模型的拟静力加载试验,其中5个模型用于研究梁翼缘的削弱深度、削弱长度、削弱起始位置对节点连接的破坏形态、极限荷载、最大塑性转角、延性性能的影响。作为比较,还进行了一个传统型梁柱全焊接刚性模型连接的试验。试验结果表明:梁翼缘削弱节点比传统梁柱刚性连接具有良好的塑性变形能力和耗能性能,试验中5个节点的塑性转角都大于0.04rad,延性系数大于4.0,达到了抗弯钢框架连接塑性转角不小于0.03rad,延性系数不小于4.0的要求。而普通梁柱全焊接刚性连接的塑性转角仅达到0.026rad,延性系数仅为2.4。5个试件的破坏主要以翼缘削弱处平面外刚度较弱而导致梁发生扭转失稳或梁下翼缘与柱连接的对接焊缝的脆性断裂为主。研究结果表明:将梁翼缘进行适当的削弱后形成的骨型节点可以增加梁柱节点的耗能性能,是一种较为理想的延性节点。     

垫板对端板连接半刚性组合边节点力学性能影响的实验研究

为了研究钢框架梁端板与柱翼缘间加设垫板的端板连接半刚性组合边节点力学性能,设计4 个足尺试件,其中3 个分别加设了厚度为6mm、9mm、12mm 的垫板,另外一个为未加设垫板的对比试件。该文采用柱顶水平位移控制低周循环加载试验,分析了垫板对端板连接半刚性组合边节点力学性能的影响。结果表明:当垫板厚度小于端板厚度时,垫板的影响较小;当垫板厚度接近或大于端板厚度时,垫板的影响比较明显。因此,在实际施工中,应该尽可能避免加入较厚的垫板。     

强震下弦支穹顶结构的动力性状精细化研究

为了探索强震下材料损伤累积、节点半刚性及节点刚域对弦支穹顶结构动力性能的影响,通过对承受轴力和弯矩共同作用的焊接球节点的有限元分析,得到考虑材料损伤累积的焊接球节点M-θ曲线,建立考虑材料损伤累积的半刚性节点、节点刚域模型,然后对5个分别考虑节点半刚性、节点刚域及材料损伤累积的弦支穹顶模型进行对比分析。结果表明:考虑材料损伤累积、节点半刚性使结构塑性发展充分,结构刚度更趋向均匀,会引起结构破坏位置、失效模式及结构延性的转变。考虑材料损伤累积、节点半刚性及节点刚域等对弦支穹顶的动力性能有较大的影响。     

PEC柱-异形钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究PEC柱（partially encased concrete composite column）-型钢梁框架中节点破坏特征及抗震性能,完成了3个PEC柱-型钢梁中节点及1个钢框架梁柱中节点对比试件的低周往复加载试验。分析了试件中节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能、强度退化、刚度退化、节点域力学机理,研究了轴压比及梁截面变化对该类中节点抗震性能的影响。研究结果表明:PEC柱-型钢梁中节点滞回曲线呈纺锤形,具有钢框架节点的力学特性;型钢柱内部填充混凝土后试件初始刚度、承载力分别提升约40%、31.1%,且试件仍具有较好的延性性能及耗能能力;当轴压比试验值为0.25~0.35时,随着轴压比增加,试件承载力显著增加,延性性能有所下降,耗能能力则有所提升;试件均为梁弯曲破坏,损伤程度无明显变化。改变柱一侧梁的截面尺寸后,试件的承载能力、延性性能有一定提升,耗能能力、强度及刚度退化规律无明显影响,但PEC柱-变截面型钢梁中节点发生节点核心区剪切破坏,主要原因为改变柱一侧梁截面高度后,造成节点域输入剪力增大所致。按常规节点设计的变截面梁中节点不能满足"强节点弱构件"的抗震设计要求,在进行工程设计时应予以重视。     

Experimental studies on roof trusses made of glubam

This paper presents experimental and analytical studies on trusses made of glue-laminated bamboo or glubam, which is a new type of structural material unlike conventional steel or timber. Six full-scale model trusses with two types of configurations and sizes were tested to failure under gradually increased vertical load. The failure of the model trusses was caused by lateral buckling of the top compressive chords. Tests show that the model glubam trusses have adequate stiffness and strength. Analyses were also conducted to model the truss behavior with considering different joint conditions, such as pinned, rigid as well as semi-rigid joint using fictitious members. The analytical results for deformation at the design load level agree with the test results favorably well using all types of joint models. The semi-rigid joint model provides a slightly better prediction to the load carrying capacities of the model trusses. However, the analytical truss model based on pinned joints generally provides conservative prediction to load carrying capacities.     

型钢混凝土异形柱-钢梁空间边节点的抗震性能及影响因素分析

为了研究型钢混凝土异形柱-钢梁空间边节点的抗震性能,以配钢形式、加载角度和轴压比为变化参数,通过1个平面节点和9个空间节点的拟静力试验,获取其滞回关系,并在此基础上探讨了该类新型空间节点的抗震行为。研究结果表明:实腹式配钢试件在骨架曲线的上升段为最陡,承载能力最大,刚度退化最轻,但T形钢桁架试件在耗能能力和延性性能上为最优;该类空间节点的抗震性能在不同加载角度下具有一些区别,45°试件的骨架曲线包围了其余加载角度下的骨架曲线,同时该角度的节点抗剪承载力为最大,耗能能力较之0°和60°的更强,但略比30°的低,而位移延性在平面节点上表现为最佳;提高轴压比可增强型钢混凝土异形柱边节点的受剪承载力和耗能能力,同时轴压比的增大对试件的初期刚度较为有利而后期刚度退化较快。     

钢-竹组合梁柱边节点拟静力试验研究

钢-竹组合工字形梁和箱形柱的边节点,采用T型钢连接件和螺栓实现组合梁柱之间的连接,并在节点核心区柱子四周焊接钢板形成钢套筒,从而增加节点域的刚度和整体性能。以螺栓数目、强度和有无加劲肋为基本参数,对6个组合梁柱边节点试件进行了拟静力加载试验,观察节点在不同参数条件下的梁端P -Δ 滞回曲线、组合梁柱之间的转角和节点区钢板的剪切变形,得到了梁柱节点的耗能系数、延性系数等抗震性能指标,在此基础上进行了节点区连接件理论转角计算方法分析。试验结果表明,螺栓强度等级和根数对节点核心区的剪切变形和组合梁柱节点的极限承载力影响不大,但节点区钢套筒焊脚尺寸和加劲肋的设置变化对节点转动刚度和抗震性能指标影响显著。根据钢-竹组合节点在弹性阶段的梁端位移和应力、应变关系,提出了组合节点的力学简化模型及连接件转角的计算方法,其计算结果与试验值吻合较好。     

半预制装配式地下车站侧墙底节点抗震性能试验研究

针对半预制装配式地下车站结构,提出一种新型的车站外侧墙与底板连接节点,该节点通过车站单侧半预制墙板与底板伸出的竖向U型钢筋搭接连接来实现侧墙与底板间的内力传递。为研究该节点的抗震性能,结合实际工程设计制作了3个连接区位置各不相同的足尺预制拼装节点试件和1个现浇对比节点试件。以拟静力试验为基础,结合有限元分析,研究了节点的破坏形态、承载能力、滞回性能以及U型筋搭接连接的传力性能。研究表明：U型钢筋的搭接连接能够有效传递钢筋应力;预制拼装节点在其连接区内可能出现U型筋弯弧内部混凝土的压碎破坏以及U型筋弯弧段的断裂破坏,两种破坏形态均始于钢筋与混凝土之间的粘结退化;将U型筋搭接连接区设置于车站侧墙的腋板加强段,可以使预制拼装节点呈现出与现浇节点基本相同的承载能力、破坏形态以及滞回性能;在保证不出现钢筋粘结失效的前提下,设置于腋板加强段之外的U型筋搭接连接区可以有效提高节点的抗剪承载力。     

钢管混凝土梁柱加强环螺栓节点受力性能优化研究

为研究具有不同构造形式的加强环螺栓连接节点的力学性能,基于圆钢管混凝土柱-钢梁外加强环螺栓连接节点单调加载试验结果,采用合适的混凝土与钢材本构模型,通过ABAQUS建立该类节点的三维精细化有限元分析模型;对比分析试验和模型的受力特征和破坏形式,验证了数值模型的可靠性;与加强环焊接刚接节点对比,通过对不同构造措施下的加强环螺栓连接节点进行数值模拟,分析结果表明：加强环上采用4排螺栓并加设腹板加劲肋和环板加劲肋的加强环螺栓连接节点可达到全焊加强环刚接节点的初始刚度和抗弯承载力。     

Seismic behavior of hybrid fiber reinforced cementitious composite beam–column joints

This paper presents the experimental results of six exterior beam–column joints with different concrete composites under cyclic loading. Engineered cementitious composite with polypropylene fiber and hybrid cementitious composites (HCC) using three different types of fiber namely hooked end steel fiber; brass coated steel fiber and polypropylene fiber are explored in this study. The hysteresis behavior, ductility response, energy dissipation with damping characteristics, crack patterns and damage index of all tested specimens are analyzed and compared with the cyclic response of conventional specimens. The test results indicate that HCC increases load carrying capacity and enhances energy dissipation with increased stiffness retention over conventional specimens. At higher rotation, joint specimens with HCC manifest better damage tolerance capacity over conventional specimens. This investigation implies that the use of HCC in the joint region may be an alternative solution to significantly increase the shear capacity, damage tolerance capacity and member ductility.