H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式弱轴连接的抗震性能分析

提出一种适用于H形柱的箱形节点域的H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式的弱轴连接。应用ABAQUS软件,对标准节点、梁翼缘对称双肋板加强式节点、梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式节点和梁翼缘扩翼板加强式节点共4个足尺的计算模型进行力学性能对比,分析研究了节点的破坏特点、滞回性能、骨架曲线、耗能特性、塑性转动能力和延性等问题。研究结果表明,H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式的弱轴连接能够有效地在梁端形成"塑性铰",并且"塑性铰"远离节点核心区,从而实现"强柱弱梁"和"强节点弱构件"的抗震理念。梁翼缘非对称双肋板加强式节点可以达到与梁翼缘对称双肋板加强式节点相似的抗震性能,并且改善了梁柱翼缘对接焊缝的应力。梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式节点的耗能能力和延性系数较扩翼板加强型节点显著提高,塑性转动能力能达到美国FEMA-267建议的0.03 rad,符合国际上对节点塑性转动能力的要求。     

方管束腹板削弱型弱轴连接的抗震性能影响因素分析

基于箱形节点域加强式工字形梁柱弱轴连接的基本形式,提出了一种新型的方管束腹板削弱(STW-RBS)型弱轴连接,这种连接是在塑性铰预期出现的位置用方钢管来取代梁平腹板而达到削弱的目的。为了研究该新型连接的抗震性能,设计了8个STW-RBS型弱轴连接节点试件进行有限元变参数(钢管中心距蒙皮板距离L、方钢管的边长A以及方钢管的厚度S)分析,并且设计了一个AW-RBS(Accordion Web RBS)型弱轴连接节点进行对比分析,主要从节点的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性系数以及塑性转动能力等分析节点的抗震性能。结果表明:STW-RBS型弱轴连接节点的削弱参数取值范围为L≤0.55h,A≥0.6b_f,S=t_w(h为梁截面高度,b_f为梁翼缘宽度,t_w为梁腹板厚度);在参数选取合理的情况下,STW-RBS型弱轴连接节点的延性系数可以达到6.0且塑性转动能力不小于0.06 rad,塑性铰出现在方钢管处,钢柱和节点域基本处于弹性状态,满足"强柱弱梁,强节点弱构件"的抗震设计理念;STW-RBS型弱轴连接节点与AW-RBS型弱轴连接节点的抗震性能基本一致。     

肋板加强式新型工字形柱弱轴连接的抗震性能有限元分析

基于一种新型节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的研究成果,进行梁端肋板加强式节点抗震性能的研究。利用有限元软件ABAQUS对模型进行非线性分析,得出节点的破坏形态和焊缝等关键部位的应力分布情况。通过计算得出荷载-位移曲线、骨架曲线、极限承载力、位移延性等节点参数,并对其延性及耗能能力与标准新型弱轴连接试件进行对比分析。研究结果表明:肋板加强式弱轴连接节点能够有效地迫使梁端塑性铰外移,从而实现"强柱弱梁"的抗震理念。肋板加强可以改善新型弱轴连接梁柱翼缘对接焊缝和蒙皮板的应力分布并提高节点的刚度和承载力,具有较标准新型弱轴连接更好的抗震性能。     

带U形连接件的加强式梁柱弱轴端板连接节点抗震性能研究

对带U形连接件的肋板加强式钢梁-H形钢柱弱轴端板连接节点的抗震性能开展数值研究。在验证有限元模型准确性的基础上,分析了U形连接件厚度、加强肋板长度、加强肋板高度和梁端端板厚度对该节点破坏模式、抗弯承载力及抗震性能的影响。结果表明：该节点属于典型的梁柱半刚性连接节点,具有较好的转动能力;在H形钢柱弱轴设置U形连接件可使其与柱腹板和翼缘形成箱形节点域,增大节点域体积和抗剪切变形能力,提高节点抗弯承载力。U形连接件厚度取为0.83tf～1.16tf (tf为柱翼缘厚度)时,梁端形成塑性铰并先于U形连接件发生破坏;设置端板加强肋板可使梁端塑性铰远离节点区,避免钢梁与端板连接处焊缝应力集中,满足“强节点、弱构件”的抗震设防目标。同时提出了梁端端板厚度和加强肋板构造的建议取值,可供工程设计参考。     

钢框架加强型节点抗震性能试验研究及有限元分析

为探讨加强板构造形式对节点抗震性能的影响,针对盖板、翼缘过渡板、腋板以及肋板等4种不同构造形式加强型节点进行试验及有限元分析,对其承载力、荷载-位移滞回性能、塑性变形能力、耗能、破坏形态等进行研究。结果表明:在低周循环荷载作用下,4种不同构造形式的节点试件均形成塑性铰并远离梁柱连接焊缝位置,塑性铰处的梁翼缘和腹板均产生较大塑性变形,耗能效果明显,达到塑性铰外移设计要求,梁柱节点焊缝没有出现脆性破坏。加强板的构造形式对节点承载力、延性及耗能能力有较大的影响,腋板及肋板加强节点试件的承载力高于盖板和翼缘过渡板加强型节点,而后两种节点的延性和耗能能力大于前两种节点。设计中应综合考虑加强板构造形式对节点抗震性能影响。综合比较试验及有限元分析结果可知,翼缘过渡板、腋板加强型节点具有较高的承载力以及较好的延性和耗能能力,建议在高烈度抗震设防区使用。     

箱形节点域工字形柱弱轴盖板加强连接的设计方法

为了实现“高延性-高弹性承载力”的抗震设计思路和推广盖板加强型连接在工字形柱钢框架中的应用,提出了一种适用于箱形节点域工字形柱弱轴盖板加强连接的设计方法和设计步骤。通过一个多层钢框架工程实例的设计,验证了所提盖板加强型连接设计方法的可靠性。采用ABAQUS有限元软件对实际工程的内框架十字形节点在循环荷载作用下的力学性能进行分析,研究了节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性系数和耗能能力。结果表明:新型箱形节点域工字形柱弱轴盖板加强连接的设计方法合理、可靠,应用该方法设计的工字形柱弱轴连接节点能够实现梁上“塑性铰”外移,节点具有较强的塑性变形能力和耗能能力,能够满足抗震规范中“强柱弱梁”和“强节点弱构件”的抗震设计理念。     

箱形节点域连接的工字形柱钢框架抗震性能试验研究

为研究采用箱形节点域与工形柱连接的钢框架结构的抗震性能,对由工字形柱强轴与弱轴方向采用箱形节点域连接的2榀钢框架结构进行了低周反复加载试验。试验结果表明:强轴连接钢框架具有较高的承载能力及良好的滞回性能,破坏时梁端出现塑性铰;弱轴连接钢框架的承载力相对偏低,但具有优于强轴连接钢框架的变形能力,且在弹塑性变形阶段具有与强轴连接钢框架相近的耗能能力,破坏模式与强轴连接基本相同;两榀钢框架的位移延性系数在2~3之间;试验中两榀钢框架的节点域始终处于弹性工作阶段,均未发生屈服。这表明箱形节点域连接属于"强节点域"连接,达到了"强节点弱构件"的抗震要求。箱形节点域连接可以有效减小节点域的剪切变形,采用该连接进行工字形柱钢框架设计时,在抗震设计中可以忽略节点域剪切变形对层间位移的影响。     

钢管腹板削弱型梁柱弱轴连接的抗震性能影响因素分析

在节点域箱形加强式工字形梁柱弱轴连接和钢管腹板削弱型(tubular web reduced beam section,TW-RBS)连接的基本形式上,提出了一种工字形柱与H形梁的钢管腹板削弱型弱轴(weak axis tubular web reduced beam section,WA-TW-RBS)连接。设计了3个系列共14个WA-TW-RBS弱轴连接节点的对比分析模型,采用有限元软件Abaqus对钢管的直径、厚度以及钢管中心距蒙皮板外边缘的距离进行了变参数分析,研究这些参数的变化对节点滞回性能、刚度退化、节点延性和塑性转动能力的影响。研究结果表明:在上述参数合理的取值范围内,WA-TW-RBS连接节点的延性系数能达到3.0以上,节点的塑性转动能力不小于0.03rad,并且能有效地实现塑性铰外移,是一种非常理想的钢框架抗震节点形式。所有模型在分析时,钢柱和节点域都处于弹性阶段,满足"强柱弱梁"和"强节点弱构件"的抗震设计理念。     

箱形节点域DRBS型弱轴连接抗震性能有限元分析

为了研究箱形节点域翼缘双削弱(double reduced beam section,DRBS)工字形柱弱轴连接节点的抗震性能,设计了两个系列模型。应用有限元软件Abaqus对第2个削弱区段的长度和深度的取值进行了研究,分析了节点的破坏形式、等效塑性应变、承载力、延性、塑性转动能力及耗能系数等,并与箱形节点域翼缘削弱(reduced beam section,RBS)型弱轴连接节点进行了对比分析。结果表明:在循环荷载作用下,在第2个削弱区段的削弱长度等于第1个削弱区段长度且第2个削弱区段的削弱深度取值宜略大于美国FEMA-350规范推荐的上限值时,箱形节点域DRBS型节点具有良好的抗震性能。与RBS型节点相比,DRBS型节点的承载力降低不明显,但是显著降低了最大等效塑性应变,提高了节点的延性和塑性转动能力。此外,DRBS型节点减缓了梁腹板和翼缘的局部屈曲的发生,从而提高了节点的累积耗能能力。     

节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接梁端加强与削弱并用节点滞回性能有限元分析

提出了一种新型的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的梁端加强与削弱并用的节点形式,对应用该新型节点形式的工字形柱钢框架和箱形柱采用梁端加强与削弱并用节点的钢框架的整体力学性能、经济性进行对比分析,以及在循环荷载作用下两种节点的力学性能、转动能力、延性等进行对比分析。分析结果表明,对于8度抗震区的6层钢框架,采用节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的钢框架在整体力学性能和经济性方面完全优于箱形柱钢框架;在循环荷载作用下,节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的滞回性能、承载力等均与箱形柱连接相当,塑性转角均大于0.03rad,延性系数都大于4.0,均满足规范要求,能完全实现"强节点弱构件"和"强柱弱梁"的设计理念,并具有强节点域的特点。     

H形梁-工形柱弱轴箱形节点域连接节点单调加载试验研究

提出了一种新型的适合于H形梁与工形柱弱轴箱形节点域连接节点的构造形式，该连接属于后Northridge连接方式。试验中共设计梁端标准、梁端加盖板、梁端截面削弱和梁端加腋4种不同的处理方式的足尺边框架节点试件。通过单调加载试验，得到各个试件的破坏模式、塑性铰出现位置及节点域组成板件的应力分布情况。试验现象和试验数据分析结果表明，各试件破坏时，塑性铰均出现在远离连接位置的梁截面上，节点域和工字形柱基本处于弹性工作状态，节点域组成板件的应力均较小，其转角延性系数都大于4，塑性转角都大于0.030rad，说明H形梁-工形柱弱轴箱形节点域连接节点具有较高的延性和塑性转动能力，完全能够实现“强柱弱梁”、“强节点弱构件”及“强节点域”的抗震设计目标。     

梁端翼缘扩大型连接的抗震性能研究

通过试验及数值分析方法研究了钢框架梁端翼缘扩大型连接节点的滞回性能、极限承载力、破坏模式、刚度及强度退化等抗震性能。研究结果表明:梁端翼缘扩大式节点可以将塑性铰转移到梁翼缘扩大端截面以外位置,避免梁端焊缝发生脆性破坏;加强侧板末端截面有明显突变和热影响区影响使钢材变脆应力集中现象严重,制约了节点塑性耗能深入发展;直接扩翼型节点塑性铰中心形成于扩翼圆弧段末端,远离柱翼缘,达到了塑性铰外移的目的;在循环荷载作用下,翼缘及腹板随局部屈曲塑性变形的不断积累,导致试件的强度出现退化;节点构造形式对抗震性能影响显著,直接扩翼型节点的塑性变形和耗能能力较好,推荐在强震区采用。     

钢结构焊接翼缘板加强式梁柱刚性连接滞回性能试验研究

焊接翼缘板加强式梁柱刚性连接是塑性铰外移以提高连接塑性变形的一种改进形式。为考察这种连接形式在循环荷载作用下的滞回性能,共进行了4个1/2模型的拟静力加载试验,研究了梁翼缘宽厚比、腹板高厚比对连接性能的影响和节点域强弱对连接塑性转动能力的影响。作为比较,还进行了一个盖板加强式梁柱刚性连接的试验。试验结果表明,这种连接形式性能优良,所有的试件都没有发生脆性破坏,都能确保塑性铰转移到加强板以外,梁端塑性转角介于0.044～0.054rad之间,达到了特殊抗弯钢框架连接塑性转动能力不小于0.03rad的要求。在试验过程中所有的加强板都没有发生局部屈曲。在满足我国抗震规范要求的前提下,增大梁翼缘的宽厚比,梁翼缘更易于发生塑性局部屈曲,但对极限承载能力和变形能力的影响不大;减小梁腹板的高厚比则对承载能力的影响较明显;较弱的节点域,会显著降低连接的承载力,但可提高其变形能力。     

盐雾环境下锈损钢框架梁柱节点抗震性能试验研究

为研究盐雾环境下锈损钢框架梁柱节点抗震性能的退化规律,对7个不同锈蚀龄期焊接梁柱节点试件开展三维形貌扫描和拟静力试验,研究了锈蚀损伤对框架梁柱节点滞回行为、破坏形态、承载性能、转动变形和耗能能力的影响.研究结果表明:锈蚀梁柱节点滞回环形状虽然较为饱满,但是其包络面积、加卸载刚度和循环圈数明显减小;锈蚀梁柱节点破坏模式均...     

法兰连接L形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓节点抗震性能研究

为降低多高层钢结构的梁柱间的装配难度,提出了法兰连接L形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓装配节点,包括梁与柱连接和柱与柱连接,梁与柱现场全螺栓连接,柱与柱现场法兰连接。为研究连接件形式及加劲肋对该种节点抗震性能的影响,以改变连接件形式、加劲构造为主要变化参数,设计了4个该类型节点,通过低周反复加载试验和有限元分析获得了节点的破坏模式、滞回曲线、耗能能力和性能指标。研究结果表明：4个节点的滞回曲线均呈梭形,具有良好的耗能能力;节点正负方向的塑性转角超过0.05 rad,满足抗震规范要求;L形连接件与T形连接件均有足够的刚度传递荷载,4个节点的破坏模式、耗能能力与滞回曲线形状较为接近;连接件与梁翼缘之间的滑移提高了节点的延性、耗能能力与转动能力。     

矩形钢管混凝土柱-混凝土梁搭接式节点抗震性能研究

在现有钢管混凝土柱与混凝土梁连接形式基础上,提出一种新型搭接式钢管混凝土柱-混凝土梁节点,通过低周反复荷载试验和数值模拟分析,研究了节点的破坏形态、承载能力、刚度退化、延性及耗能能力等,分析了梁端纵筋和搭接牛腿翼缘的应变发展规律。结果表明:钢管混凝土柱-混凝土梁搭接式节点表现出典型的混凝土梁端塑性铰破坏模式,符合“强节点、弱构件”的抗震设防理念; 节点的滞回曲线饱满,捏缩现象较轻,刚度退化明显,强度退化较小,具有较好的延性及耗能能力; 梁纵筋及牛腿各测点中搭接牛腿端部截面应变最大,通过搭接连接方式可实现梁端弯矩和剪力的有效传递,但搭接牛腿长度不足会使节点发生锚固破坏; 在节点设计时,应保证足够的搭接长度,以实现钢筋混凝土梁纵筋在弯剪复合受力状态下锚固性能的可靠性,充分发挥节点的抗震耗能能力; 有限元计算结果与试验结果吻合良好,该模型能够准确反映节点在实际受力情况下的力学特性,所得结论可为此类新型搭接式节点工程应用提供技术支撑。     

宽肢组合异形柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为研究适用于高层钢结构住宅体系的组合异形柱框架结构的翼缘加强型节点的抗震性能,设计了两种不同构造形式的足尺节点试件,即格构式宽肢组合异形柱节点和实腹式宽肢组合异形柱节点,并进行拟静力试验,研究了该类节点的破坏形态、滞回性能、承载能力、梁端转角、延性及耗能能力。试验结果表明：2个节点最终均在加强件端部发生了翼缘开裂而破坏;节点的受弯承载力是梁端全截面塑性承载力的1.10~1.13倍;钢梁转角是梁端总转角的主要组成部分,节点区转角只占梁端总转角的1.0%~1.8%,柱变形转角占9.2%~13.0%;节点的位移延性系数约为2.33~2.38,黏滞阻尼系数约为0.264~0.267。此外,2个节点的承载能力基本相当,格构式宽肢组合异形柱节点的抗震性能指标相对实腹式宽肢组合异形柱节点较好;但与传统翼缘加强型节点相比,其延性和耗能能力略有降低。     

住宅钢结构梁翼缘材料削弱型节点的有限元分析

提出一种利用低屈强比钢实现住宅钢结构节点梁翼缘削弱的新方法。采用非线性静动态有限元方法,分析和比较梁翼缘材料削弱前后节点的极限承载能力和滞回性能,研究梁翼缘削弱位置和削弱长度等对节点承载能力、塑性铰发生位置、节点抗震性能等的影响。分析表明:梁翼缘材料削弱会造成节点承载能力小幅度降低,并使节点局部应力重分布,实现塑性铰外移;梁翼缘削弱后,节点的滞回曲线更为饱满,节点耗能性能和延性性能增强;梁翼缘削弱位置和削弱长度的变化对节点承载能力和抗震性能都有一定影响,需要对削弱参数进行综合考虑。     

Q690高强钢板式加强型节点抗震性能研究

在抗震设防区,钢结构节点在具备足够承载力的同时应有良好的转动能力.板式加强型节点不仅能提高粱端的受弯承载力,使塑性铰转移到加强板以外位置,还能有效保证梁端焊缝不发生脆性破坏,提高节点的延性.通过对6个Q690高强钢板式加强型节点进行低周反复加载试验,分析不同加强形式、钢材强度等级和节点域补强措施等因素对节点性能的影响,...