梁柱螺栓连接节点刚度对装配式斜支撑钢框架结构受力性能影响研究

采用ANSYS有限元分析软件,对单榀单层纯钢框架、斜支撑钢框架和30层装配式斜支撑钢框架整体结构进行分析,结果表明,梁柱螺栓连接节点刚度对纯框架的构件内力、构件承载力、侧向位移、楼层刚度、自振特性、构件损伤率、极限荷载、结构破坏模式等影响较大,应按照节点实际连接刚度计算;对斜支撑框架的受力性能影响较小,可以按照节点刚性连接进行计算;对30层整体结构的影响与无斜支撑梁柱螺栓连接节点占总节点的比率有关,当比率小于4.2%且梁柱节点转动刚度达到3×10⁴kN•m•rad^-1以上时,可以按照节点刚性连接假定进行结构整体设计分析,无需修正。当不满足上述要求时,提出了先将梁柱螺栓连接节点简化为刚性连接计算,再对结构位移、周期、构件承载力等进行修正的简化分析方法。文中研究结果可为该结构体系的设计提供参考。     

改良型梁柱节点用于D型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的滞回性能分析

偏心支撑框架结构体系是一种非常适合强震地区的抗震结构体系。D型偏心支撑钢框架结构是偏心支撑结构中常用的一种抗震耗能结构形式,其耗能梁段与柱直接相连,为了满足梁端抗弯承载力的设计要求和保证耗能梁段充分发展剪切塑性变形,一般需要对梁柱连接节点处采取一些加强措施。利用ANSYS有限元程序,针对传统节点比较分析了两种改良型梁柱连接节点的D型偏心支撑框架。分析结果表明,改良型节点的D型偏心支撑将耗能梁段外移不与柱直接相连,有良好的强度、刚度,不仅可以使剪切屈服的区域远离梁翼缘焊缝,而且可以放松钢柱对梁端部的变形约束,从而提高整个耗能梁段的耗能能力。     

斜撑对装配式钢框架梁柱拼接节点抗震性能影响研究

针对装配式钢框架带柱座梁柱拼接节点连接受力复杂、强度和刚度影响因素多等问题,应用非线性有限元软件ANSYS对带斜撑和无斜撑的两种节点进行数值模拟,研究斜撑对装配式钢框架梁柱节点的滞回性能、极限承载力、延性系数、破坏模式等抗震性能的影响。结果表明:斜撑的设置,可较大幅度地提高节点的刚度和承载力,对于螺栓型连接的梁柱节点,斜撑的设置使其承载力提高3倍多,焊接节点的承载力提高约50%,延性系数提高约70%;且有效地转移了塑性铰,使节点破坏位置位于斜撑之外的桁架梁上,起到保护节点的作用,符合"强节点,弱构件"的设计要求。同时反复荷载作用下的滞回曲线更加饱满,具有更好的抗震性能。     

支撑节点板对铰接支撑框架体系的影响

由于支撑节点板的存在,将对铰接支撑框架结构中的梁柱节点的转动能力产生影响,梁柱节点的刚度将由铰接过渡到半刚接。本文通过ABAQUS有限元分析软件,分析了节点板的尺寸、厚度对梁柱节点刚度的影响。由于梁柱节点半刚接的影响,结构体系的整体反应及局部杆件内力都将受到影响,通过分析计算,可以发现梁柱节点半刚接对结构体系整体反应影响较小,但是对布置支撑的中间跨梁的弯矩影响则不能被忽略。     

冷弯型钢梁柱斜节点初始刚度研究北大核心CSCD

冷弯型钢梁柱节点刚度对结构承载力影响较大,因此对冷弯型钢梁柱斜节点进行研究。基于欧洲规范组件法计算冷弯型钢梁柱斜节点初始刚度,根据已有试验得到的梁柱斜节点变形特征和破坏模式分别进行理论和有限元分析,提出冷弯型钢梁柱斜节点的计算模型,推导节点初始刚度的理论计算公式。结果表明:试验结果与理论计算结果的平均误差为3.6%,说明公式比较可靠。此外,对冷弯型钢梁柱L形节点进行拓展分析,发现计算公式同样具有适用性。     

新型插盘式脚手架的试验和数值模型研究

为研究一种新型插盘式脚手架的力学性能,对三跨两步脚手架体系进行足尺试验研究,得到其极限承载力、破坏模式及顶层节点的荷载一位移曲线.这种新型脚手架的承载力显著高于传统扣件式脚手架,破坏模式为单根竖杆的屈曲破坏.采用通用有限元软件ANSYS对试验中的脚手架体系建立三维杆系计算模型,考虑材料的弹塑性及结构的几何非线性,进行非线性极限承载力分析;并引入转角弹簧和轴向弹簧单元分别模拟梁柱节点半刚性以及支撑与节点的连接刚度,通过改变弹簧单元的刚度对整个结构进行参数分析,得到与试验结果较吻合的数值分析模型.试验和数值分析结果对比研究表明:支撑连接刚度对结构的极限承载力和抗侧刚度影响显著;但梁柱节点的半刚性对其影响不大,为计算简便,梁柱节点可按铰接处理.     

某美术馆斜柱框架结构设计方法

与传统框架相比斜柱框架在受力性能上存在较大差异,斜柱框架在结构自重作用下会产生较大的水平和竖向变形。借助一典型工程案例多方位、多角度对斜柱框架进行了研究分析,总结了一套分析斜柱框架的计算方法。该方法主要包括:斜柱受力特点对比分析、典型单榀框架受力分析、与斜柱相连的框架梁受力分析、楼板应力分析、穿层斜柱的整体屈曲分析、节点有限元分析和防连续倒塌分析等。采用该方法对本工程进行计算分析,结果表明:与斜柱相连的框架梁满足设计要求,节点设计满足强节点的设计原则,柱截面承载能力能满足防连续倒塌的设计要求。同时,应适当加大斜柱区域框架结构体系的整体刚度,应在适当位置设置中心支撑,增强斜柱框架的抗侧刚度;在楼板薄弱位置应采取适当的加强措施,保证水平力的有效传递。     

防屈曲耗能支撑在世博中心工程中的应用研究

世博中心主体结构平面布置复杂,结构抗震要求高,设计采用防屈曲耗能支撑钢框架结构体系。详细介绍了防屈曲耗能支撑设计中必须解决的主要问题,包括防屈曲耗能支撑参数的确定、节点的设计和产品的验收标准。结合防屈曲耗能支撑在世博中心工程的实际应用,对防屈曲耗能支撑芯材材质、刚度计算、屈服承载力、变形要求、节点构造要求、节点承载力计算以及与防屈曲耗能支撑相连接的框架梁柱设计进行探讨,提出可行的计算方法和构造做法。在现行钢结构验收规范的基础上,根据防屈曲耗能支撑的特点提出防屈曲耗能支撑产品的验收标准。     

基于干式节点连接的装配式混凝土框架结构抗震性能评估

对于装配式混凝土框架结构,确保梁柱节点具有足够的刚度和强度对于结构的抗震安全十分重要。提出一种干式梁柱节点连接方式,同时对采用该节点的装配式混凝土框架结构整体进行了抗震性能分析。分析结果表明:采用的混凝土梁柱干式连接节点的滞回性能与现浇节点的滞回性能几乎一致,满足“等同现浇”的要求;采用干式梁柱连接节点的装配式混凝土框架结构的抗震性能良好,干式连接对结构整体抗震承载力和延性的削弱程度有限。     

外包钢加固钢筋混凝土框架梁受力性能分析

根据实际工业厂房钢筋混凝土(RC)框架结构体系的受力特性,采用外包钢加固RC框架梁和梁柱连接节点。运用有限元软件ABAQUS对已有外包型钢加固RC梁试件进行计算分析,取得与试验结果具有较好一致性的计算结果,验证了有限元模型的可靠性。对集中荷载作用下加固前后RC框架梁和梁柱连接节点进行整体建模,并对其承载力和破坏模式进行有限元分析。结果表明,外包钢加固后RC框架梁承载力提高了62.3%,刚度和延性均显著提高,加固后RC梁在集中荷载位置附近发生剪切破坏。     

大直径钢管混凝土柱-H形钢梁节点设计研究

在传统内环板节点的基础上,提出一种适用于大直径钢管混凝土柱的梁柱节点。为了避免内环板宽度过大造成混凝土浇筑困难、用钢量较大的问题,在内环板焊接拉结钢筋,既可以减小钢材用量又便于在钢管柱内设置钢筋笼。为避免与钢梁翼缘焊接处的钢管表面发生层状撕裂,局部加大梁端翼缘宽度,并通过分析合理确定梁端扩翼宽度与扩翼角度。采用非线性有限元软件,对节点构造与应力分布、变形性能的关系进行分析。通过对比分析得到梁端的刚域长度,并对刚域长度与框架梁抗弯刚度的关系进行研究。为了验证该类节点设计的合理性,进行钢管混凝土柱-H形钢梁缩尺模型试验。有限元分析与缩尺模型试验结果表明,节点拉结钢筋可以提高内环板传力的有效性,有效减小节点区柱壁应力,当梁端扩翼宽度为1.5倍梁翼缘宽度、扩翼角度为1∶6时,节点区柱壁应力明显低于H形钢梁的应力,满足“强节点弱构件”的抗震设计理念。节点刚度对钢管混凝土柱-H形钢梁框架结构的侧向刚度影响显著,当梁端刚域长度约为钢柱直径的0.4倍时,框架梁的抗弯刚度可增加40%以上。节点抗震性能良好,可以实现“强节点弱构件”的抗震设计理念。     

螺栓装配多高层钢结构梁柱连接抗震性能研究

对三个不同参数螺栓连接的多高层钢结构装配节点的抗震性能进行试验和有限元分析,获得以梁端荷载-位移表征的滞回曲线、骨架曲线、延性性能、转动能力、刚度退化曲线等,分析了法兰螺栓和盖板螺栓对试件受力性能的影响。试验和有限元分析结果表明：通过调整盖板螺栓数量和规格,可以实现梁柱刚性连接和变刚度连接,变刚度连接时,可实现多遇地震作用下不滑移,设防地震和罕遇地震作用下利用盖板与梁翼缘相对滑移耗散地震能量;通过分析螺栓接触面的滑移,认为盖板与梁翼缘滑移构造提高了梁端的变形能力,延性以及耗能能力,实现了摩擦耗能,可以用于抗震设防区结构中。     

Cyclic flexural analysis and behavior of beam-column connections with gusset plates

This research investigates the cyclic flexural behavior of double-angle concentrically braced frame beam-column connections using three-dimensional nonlinear finite element analysis. Prior experimental research demonstrated that such connections possess appreciable flexural stiffness, strength, and ductility. The reserve capacity provided by these connections plays a significant role in the seismic behavior of low-ductility concentrically braced frames, so knowledge about the impact of connection parameters on local limit states and global connection performance is needed for employing reserve capacity to design and assess concentrically braced frames. Finite element models were developed and validated against prior experiments with focus on the limit states of failure of the fillet weld between the gusset plate and beam, low-cycle fatigue fracture of the steel angles joining the beam and gusset plate to the column, and bolt fracture. The models were used to evaluate the flexural stiffness, strength, and ductility of braced frame connections with primary attention on the effects of beam depth, angle thickness, and a supplemental seat angle. The finite element analysis demonstrated that increasing beam depth and angle thickness and adding a supplemental seat angle all increased the stiffness and strength of the connection while maintaining deformation capacity. A procedure to estimate the flexural behavior of beam-column connections with gusset plates was developed based on the results of the numerical simulations.     

恒大山水城酒店圆桌会议厅钢屋架结构设计

本文较详细地介绍了某酒店圆桌会议厅钢屋盖结构的设计过程,该屋盖由4种不同型号的Q345B焊接工字形钢梁和压型钢板组成,保证了整个结构的强度、刚度和稳定性。文中应用MIDAS软件对空间模型进行整体计算,并运用ANSYS软件对梁柱复杂节点进行有限元数值模拟,相关设计方法可供同类工程参考。     

带加劲肋的顶底角钢与腹板双角钢连接的梁柱节点的试验

通过带加劲肋的顶底角钢和腹板双角钢连接的梁柱节点静力荷载试验,分析顶底角钢、顶底角钢加劲肋、腹板角钢、梁柱翼缘和腹板在荷载作用下的应力情况,确定这种连接的受力性能及破坏模式,得到此类连接的M-θ曲线、连接初始刚度、极限承载力和极限转角,讨论了加劲肋及其他因素对连接性能的影响。     

Design and specification compilation of a modular‐prefabricated high‐rise steel frame structure with diagonal braces part II: Elastic–plastic time‐history analysis and joint design

The use of modular‐prefabricated steel structures has distinct advantages, such as rapid construction, industrial production, and environmental protection. Although this type of structure has been extensively employed around the world, it is primarily used for low‐rise buildings; its application in high‐rise buildings is limited. This paper proposes a new type of modular‐prefabricated high‐rise steel frame structure with diagonal braces. An elastic–plastic time‐history analysis of a 30‐storey building during rare earthquakes was performed. The base shear, storey drift, stress, damage characteristics, and other performances of the structure were investigated. According to the mechanism analysis, finite element simulation, and model test, the formulas for the elastic and elastic–plastic design of the truss–column connection, column–column flange connection, and diagonal brace–truss connection are proposed in this paper. The control parameters for the structural design are also discussed. This study provides an important reference for the research and design of this type of modular‐prefabricated high‐rise steel structure. The design method has been compiled into a design specification named Technical Specifications for Prefabricated Steel Frame Structure with Diagonal Bracing Joints, which is unique for this type of structure.     

某办公楼加固改造钢框架节点分析

通过对某出版社办公楼加固改造工程中钢框架结构梁柱节点的连接形式和计算方法进行分析,指出与圆形柱连接的梁翼缘端部很容易形成应力集中现象,梁柱连接处的受力比较复杂,采用焊缝连接比高强螺栓连接计算更加简便,节点受力更加合理。     

狗骨式钢梁侧向支撑合理位置分析

借助有限元分析软件,采用两种侧向支撑的设置方案对狗骨式钢梁进行非线性屈曲分析。探讨侧向支撑间距对狗骨式钢梁稳定承载力的影响,以及狗骨式钢梁翼缘削弱处侧向支撑的影响。结果表明:侧向支撑并非越多越好,应合理控制其间距。按现行规范设置狗骨式钢梁的侧向支撑能够满足结构承载力要求,而不必非在翼缘削弱处设置侧向支撑。