某钢结构工程整体坍塌原因技术分析

通过对某酒店钢结构工程整体坍塌事故案例开展调查与分析发现，其坍塌是由于加夹层改建后结构自重明显增加，导致节点区柱端在主轴平面内的压弯承载力不足，柱中出现塑性损伤，H型钢柱节点区受压翼缘局部屈曲引起失稳破坏；钢柱设计选型不合理是造成其失稳破坏的主因，且未设置柱间支撑，施工上钢梁与钢柱连接处上下翼缘未焊接或焊接质量差导致刚接变成铰接，从而造成结构成为排架结构或局部排架结构，结构整体稳定性差，其结构体系存在严重缺陷，最终钢柱失稳破坏引起结构整体瞬间坍塌。     

方钢管混凝土柱-H钢梁上环下贯栓焊混合节点抗震性能数值模拟北大核心CSCD

为了解决钢结构中钢梁下翼缘焊缝根部易发生脆性断裂的问题,提出一种兼有外环板和贯通隔板的新型栓焊混合装配方钢管混凝土柱-H钢梁连接节点。采用有限元ABAQUS对其进行数值模拟,研究该节点的传力机理、屈服机制、破坏模态和耗能性能。通过有限元参数分析,深入研究轴压比、宽厚比以及外环板厚度对节点抗震性能的影响。结果表明:节点呈现典型弯曲破坏模式,塑性铰发生在梁上翼缘与外环板连接处,节点屈服始于翼缘塑性铰区,经由翼缘扩展至腹板,继而钢管混凝土柱屈曲,最终上翼缘焊缝断裂破坏,且节点表现出良好的转动性能;增大钢管宽厚比和外环板厚度均可提高节点承载力,建议钢管宽厚比取值为35~45,钢梁翼缘与外环板厚度及钢材强度一致。     

方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点抗剪性能试验研究

为研究隔板与核心区钢管翼缘组成的钢框架对方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点抗剪承载力的影响,设计3个足尺十字形方钢管柱-H型钢梁隔板贯通节点并对其进行低周反复荷载试验,变化参数为节点核心区钢管翼缘厚度。试验结果表明,钢框架体系对节点抗剪承载力的影响有限。     

三角形空翼缘梁的极限承载力试验研究

在澳大利亚学者提出的空翼缘梁(HFB)的基础上,提出一种新型三角形空翼缘梁(THFB)。通过试验测试,对三角形空翼缘梁(THFB)和传统H型钢梁在承受集中荷载作用下的破坏过程进行了对比,发现两种梁的破坏模态存在明显差异,THFB在集中荷载作用下极易发生局部屈曲,传统H型钢梁则易发生整体失稳,且THFB比传统H型钢梁具有较好的抗弯扭性能。利用有限元软件ANSYS对试验试件进行有限元模拟,试验结果和有限元模拟结果吻合较好。基于所建的有限元模型对THFB进行参数分析,参数主要包括上翼缘板厚、上翼缘板宽、腹板厚和钢材屈服强度,得出了THFB梁的承载力随不同参数的变化规律。最后结合理论和有限元分析,验证了Eurocode 3提供的H型钢梁设计公式计算THFB极限承载力的适用性。研究结果表明:采用Eurocode 3提供的H型钢梁设计公式对THFB的极限承载力进行验算是安全的,但偏于保守。     

翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载

为研究翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能,采用有限元分析软件ABAQUS对普通节点和翼缘削弱型节点的空间钢框架模型进行有限元模拟,对2种钢框架模型的破坏形式、承载力、滞回性能、耗能能力、强度及刚度退化性能等进行了对比分析。结果表明:翼缘削弱型节点可使梁端塑性铰外移至梁端翼缘削弱处,避免梁端焊缝处应力集中导致脆性破坏;翼缘削弱型节点等效粘滞阻尼系数与普通节点空间钢框架相比有明显的提高,进入屈服阶段后由于应力重分布,其刚度及承载力退化速度较普通节点空间钢框架慢,翼缘削弱型节点钢框架具有梁铰延性破坏机制,抗震性能较好。     

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。     

翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能

为研究翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能,采用有限元分析软件ABAQUS对普通节点和翼缘削弱型节点的空间钢框架模型进行有限元模拟,对2种钢框架模型的破坏形式、承载力、滞回性能、耗能能力、强度及刚度退化性能等进行了对比分析。结果表明:翼缘削弱型节点可使梁端塑性铰外移至梁端翼缘削弱处,避免梁端焊缝处应力集中导致脆性破坏;翼缘削弱型节点等效粘滞阻尼系数与普通节点空间钢框架相比有明显的提高,进入屈服阶段后由于应力重分布,其刚度及承载力退化速度较普通节点空间钢框架慢,翼缘削弱型节点钢框架具有梁铰延性破坏机制,抗震性能较好。     

L形钢管混凝土柱-H型钢梁Z字形拼接节点抗震性能研究

研究了一种L形钢管混凝土柱-H型钢梁Z字形拼接节点的抗震性能,包括翼缘和腹板均拼接的节点和设置上、下部翼缘加劲肋替代腹板处拼接板的节点.通过对节点的拟静力试验和研究,获得了节点的滞回曲线、滑移荷载、屈服荷载、极限荷载、耗能能力、延性与刚度退化规律,分析腹板处拼接板和翼缘加劲肋对节点抗震性能的影响.研究结果表明:腹板处拼接板可以提高节点的屈服荷载和极限荷载.增加翼缘高强螺栓数量可以提高节点的滑移荷载,但会降低节点的延性性能.垂直加劲肋可以提高节点的屈服荷载、极限荷载和延性.对比有无上、下翼缘加劲肋的两组节点可知,上、下翼缘加劲肋可以提高节点的承载能力,有效传递拼接区的剪力,可代替腹板连接,该节点具有良好的延性和塑性转动能力.     

波纹腹板H型钢梁受弯承载力性能研究

为研究波纹腹板H型钢梁的受弯性能,首先对其进行理论分析,得出波纹腹板H型钢梁的承载力完全由上、下翼缘提供,腹板不承担弯曲正应力,并提出受弯承载力的理论计算式。设计完成2个试件的受弯承载力试验,得到了试件的荷载-位移曲线、极限荷载和破坏形态等。试验结果证明了所提出理论分析模型的正确性,并验证了所提出的承载力计算式是安全合理的。为了进一步验证理论分析模型,同时支持参数分析,采用有限元方法对波纹腹板H型钢梁的受弯性能进行数值模拟。有限元方法和试验得到极限弯矩等结果较为接近,试验梁的破坏弯矩超过理论塑性弯矩20%以上。通过参数分析可知：稠密腹板波形及较小的翼缘宽厚比能够提高极限弯矩;腹板高厚比对极限弯矩无显著影响。     

PEC柱-型钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究部分包裹混凝土(PEC)柱-型钢梁框架中节点的抗震性能,以端板厚度、柱翼缘宽厚比以及是否增设背垫板为参数,对4榀焊接H形钢部分包裹混凝土柱-型钢梁框架中节点进行低周反复荷载试验,分析其破坏模式、承载力、滞回性能及延性等。并以此为基础,建立有限元拓展模型。试验和有限元结果表明:各节点滞回曲线均为饱满的梭形;节点处梁翼缘、腹板变形明显,节点域出现塑性铰;端板厚度由18 mm增加到24 mm,节点承载力提升7.1%;柱翼缘宽厚比由8减小到6,节点承载力提升17.3%;增设背垫板后,节点承载力提升14.2%;加载过程中节点刚度退化稳定,屈服后承载力退化系数约为0.9;节点位移延性系数介于3.72～5.34之间,等效黏滞阻尼系数介于0.537～0.619之间;节点破坏时,层间位移角介于1/26～1/24之间,变形性能满足抗倒塌设计要求。基于节点受力分析,建立节点域抗剪计算模型,提出PEC柱-型钢梁框架中节点受剪承载力计算公式,计算结果与试验值及有限元模拟结果较为吻合。     

方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能研究

翼缘削弱型节点可将塑性铰外移到梁端,从而有效地保护节点,避免发生脆性连接破坏。基于ABAUQS软件,参照目前钢框架节点的削弱参数取值,对方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能的影响进行了数值模拟,结果表明:合理选择相应的翼缘削弱参数,可在承载力降低不明显的情况下实现此类节点塑性铰外移,且位移延性有所提高。基于前述模型,对此类节点的翼缘削弱参数对其承载力和位移延性的影响进行了参数分析,最终建议了此类节点削弱深度的合理取值范围。     

钢梁与承力墙平面内节点承载力的影响因素分析

本文根据实际工程应用中的案例,模拟出结构模型,研究钢梁与混凝土承重墙平面内节点。考虑墙肢轴力、钢梁埋入长度、约束边缘构件等影响因素,分析节点的承载力。研究钢梁的埋入长度、混凝土承重墙混凝土强度、钢梁翼缘宽度对钢梁与混凝土承重墙节点在平面荷载作用下的节点承载力的影响;通过大型有限元分析软件,对钢梁与混凝土承重墙节点进行有限元非线性模拟分析,通过改变各因素条件,分析了多个有限元模型。分别就钢梁埋入长度、承重墙混凝土强度、H型钢梁翼缘宽度对节点最大承载力进行分析,从而寻求规律。     

钢管混凝土L形柱-H型钢梁Z字形拼接节点受力性能分析

对一种钢管混凝土L形柱-H型钢梁Z字形拼接节点进行了有限元参数分析。通过改变7种参数,建立22个模型,分析各节点的受力性能。分析表明:工程中可以省去腹板处拼接板的连接、采用削弱型上下部翼缘加劲肋替代矩形上、下部翼缘加劲肋;增加翼缘高强螺栓数量,能够提高节点的承载能力和总耗能,但是延性性能有所降低;增加翼缘高强螺栓预拉力,能够提高节点的滑移荷载和总耗能,延缓节点的滑移;增加上、下部翼缘加劲肋厚度,能够提高节点的正向峰值荷载和总耗能;增加上、下部翼缘加劲肋高度,能够提高节点的滑移荷载和总耗能;上部翼缘加劲肋能够显著提高节点的受力性能。各节点具有良好的延性和塑性转动能力。     

圆形钢管砼结构梁柱节点局部抗拉强度的研究

介绍钢管砼梁柱节点局部的抗拉实验方法，并通过对５个柱－钢梁翼缘的节点局部构件实验现象的观察，介绍钢管砼柱－钢梁翼缘节点的屈服机理以及以屈服线理论为基础的局部抗拉全塑性强度和最大强度的评价方法。     

高温下H型钢焊接空心球节点抗弯力学性能研究

采用有限元分析对H型钢焊接空心球节点高温下的抗弯性能进行研究,温度范围为20～800℃,模拟得到常温和高温下节点的弯矩-转角曲线。通过对球径、壁厚、H型钢高度、宽度、腹板和翼缘厚度的参数化分析,得到节点高温下塑性抗弯承载力、极限抗弯承载力和初始刚度的退化规律,提出承载力和初始刚度的计算公式。节点受纯弯荷载作用下,H型钢和球节点交界处应力迅速增长,塑性区域从交界处向周围扩展。破坏时,球节点发生屈曲破坏,翼缘和腹板较多区域均未达到极限强度。     

中性盐雾环境锈蚀H型钢柱抗震性能试验研究

通过7根锈蚀H型钢柱的低周往复荷载试验,研究锈蚀对H型钢柱破坏形态、承载力、变形、延性、耗能等方面的影响。结果表明:锈蚀钢柱的翼缘和腹板变形范围及屈曲中心高度呈减小趋势,部分钢柱屈曲中心高度降低了约30%;随着质量损失率增加,滞回环梭型饱满程度越低,所包围的面积越来越小;钢柱的承载力下降明显;钢柱位移延性系数及累积滞回耗能不断减小,并基于试验数据建立了锈蚀H型钢柱位移延性系数的退化模型及累积滞回耗能与循环次数的关系。锈蚀导致钢柱截面面积减小,同时点蚀的存在引起应力集中,减弱了其塑性变形能力。反复荷载作用下,钢柱塑性变形累积,局部屈曲导致承载力下降,抗震性能降低。     

中性盐雾环境锈蚀H型钢柱抗震性能试验研究

通过7根锈蚀H型钢柱的低周往复荷载试验,研究锈蚀对H型钢柱破坏形态、承载力、变形、延性、耗能等方面的影响。结果表明:锈蚀钢柱的翼缘和腹板变形范围及屈曲中心高度呈减小趋势,部分钢柱屈曲中心高度降低了约30%;随着质量损失率增加,滞回环梭型饱满程度越低,所包围的面积越来越小;钢柱的承载力下降明显;钢柱位移延性系数及累积滞回耗能不断减小,并基于试验数据建立了锈蚀H型钢柱位移延性系数的退化模型及累积滞回耗能与循环次数的关系。锈蚀导致钢柱截面面积减小,同时点蚀的存在引起应力集中,减弱了其塑性变形能力。反复荷载作用下,钢柱塑性变形累积,局部屈曲导致承载力下降,抗震性能降低。     

中性盐雾环境锈蚀H型钢柱抗震性能试验研究

通过7根锈蚀H型钢柱的低周往复荷载试验,研究锈蚀对H型钢柱破坏形态、承载力、变形、延性、耗能等方面的影响。结果表明: 锈蚀钢柱的翼缘和腹板变形范围及屈曲中心高度呈减小趋势,部分钢柱屈曲中心高度降低了约30%;随着质量损失率增加,滞回环梭型饱满程度越低,所包围的面积越来越小;钢柱的承载力下降明显;钢柱位移延性系数及累积滞回耗能不断减小,并基于试验数据建立了锈蚀H型钢柱位移延性系数的退化模型及累积滞回耗能与循环次数的关系。锈蚀导致钢柱截面面积减小,同时点蚀的存在引起应力集中,减弱了其塑性变形能力。反复荷载作用下,钢柱塑性变形累积,局部屈曲导致承载力下降,抗震性能降低。     

粘贴钢板加固偏压H型钢长柱承载力试验研究

为了研究粘贴钢板加固对H型钢长柱承载力的影响,以粘贴钢板厚度和施加荷载偏心距为变量,制作了3根未粘贴钢板加固H型钢长柱和6根在翼缘纵向通长粘贴钢板加固的H型钢长柱,加固前后钢柱长细比均大于30,并对其进行压弯试验。通过对试验测得的柱中腹板应变、柱中翼缘应变、柱中侧向位移及试验现象进行分析,研究粘贴钢板加固对于H型钢长柱受力稳定性能的影响。结果表明：未经加固的H型钢长柱稳定性较差,在荷载下降段时发生空间弯扭破坏;经过加固的H型钢长柱试件稳定承载力提升显著,胶层在达到极限承载力之前粘接牢固,在荷载下降段时胶层发生剥离,试件发生平面内整体弯曲失稳破坏;并且在其他条件相同情况下,加固试件的偏心距越小,承载力越高,粘贴钢板厚度越大,承载力提升幅度越大。     

外隔板连接钢管混凝土柱-H型钢梁节点抗剪性能研究

通过对4个十字形外隔板连接钢管混凝土柱-H型钢梁节点试件进行低周反复荷载试验研究了该类型节点的抗剪性能,节点试件的核心区钢管厚度进行了一定程度的削弱。试验中研究的参数包括核心区钢管厚度、外隔板宽度和轴压比大小。4个试件的变形发生于核心区钢管翼缘和外隔板的弯曲、核心混凝土的压碎、钢管腹板的剪切变形甚至屈曲开裂,钢管腹板屈曲开裂是主要的剪切破坏形式。试验和有限元参数化分析均表明抗剪承载力与节点核心区钢管厚度正相关,外隔板宽度和轴压比对抗剪承载力的影响不大。对现有的3种针对于钢管混凝土柱-H型钢梁连接节点的抗剪承载力计算方法进行了对比评价,并结合混凝土核心区的剖切试验观测结果,提出了外隔板连接节点的抗剪承载力计算公式。新计算方法考虑了钢管翼缘和外隔板对抗剪承载力的贡献,其结果与试验值吻合良好,该方法的适用性得以验证,可用于外隔板连接节点的设计应用。