混合高强钢框架节点抗震性能试验研究

混合高强钢框架是一种钢梁采用低强钢材、钢柱采用高强钢材的新型抗弯钢框架结构体系。为研究这一新型框架体系梁柱刚性节点的抗震性能,对两个钢框架节点进行了低周循环加载试验。研究结果表明:混合高强钢框架节点的滞回曲线饱满,其破坏形态、承载性能、耗能能力与普通钢框架相近,并没有因柱截面尺寸的减小导致抗震性能变差。但由于柱截面尺寸变小,节点整体刚度降低导致初始刚度有所下降。     

高强钢组合型连柱钢框架体系子结构抗震性能有限元分析

高强钢组合连柱钢框架是一种双重抗侧力无支撑框架结构,其耗能连梁采用低屈服点的钢材、抗弯钢框架采用较高屈服点的钢材。为了研究不同钢材对连柱钢框架子结构抗震性能的影响,文章设计6组子结构试件。利用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元模型,仅改变抗弯框架部分的钢材等级,分析子结构在循环荷载作用下的破坏模式、滞回性能、刚度退化和延性系数等参数。研究结果表明:高强钢组合的连柱钢框架体系子结构具有良好的变形能力和耗能能力。随着钢材强度等级的提高连柱钢框架体系子结构的承载能力、刚度逐渐增大,但是耗能能力、延性明显下降。     

混合高强钢框架节点抗震性能参数分析

为满足"强柱弱梁"的抗震设计原则,将低强度钢材用于钢梁,高强度钢材用于钢柱,进而形成混合高强钢框架体系。为研究这一新型钢框架节点的抗震性能,在已有试验验证的基础上,以梁柱腹板和翼缘厚度为主要参数对混合高强钢框架节点进行了循环加载有限元分析。分析结果表明:随着柱翼缘、腹板厚度的减小,节点的延性和耗能能力增强,承载能力变化不大;当减小梁翼缘宽厚比时,节点的承载力和延性明显提高,耗能能力变化不大,当减小梁腹板高厚比时,节点的延性和耗能能力均得到提高,对节点承载能力影响不大。     

钢-混凝土混合框架抗撞击设计研究

利用有限元分析软件LS-DYNA模拟汽车撞击钢管混凝土柱-钢梁混合框架的过程。研究不同撞击高度和角度、不同撞击能量以及不同强度等级钢材和混凝土对于钢-混凝土混合框架在撞击荷载作用下动力响应的影响。采用直接加载撞击荷载分析、评价钢-混凝土混合框架结构抗撞击性能,提出了加强混合框架结构抗撞击设计的措施。根据有限元分析结果,总结出在实际工程中提高钢-混凝土混合框架抗撞击性能的设计建议。     

高强钢与普通钢混合连接抛丸表面抗滑移系数试验研究

高强度结构钢延性较普通钢差,不宜应用于抗震设计中会出现塑性铰的高延性需求构件。在抗震设防区建筑结构中,高强钢构件宜与普通钢混合使用以满足结构抗震要求。因此,需对高强钢与普通钢混合连接的摩擦面抗滑移性能进行研究。文中以国产Q550、Q690、Q890三种等级高强钢搭配Q235与Q345普通钢制作了30个试件进行混合连接抛丸表面的抗滑移系数测量试验,并将试验结果与同等级高强钢连接抛丸表面抗滑移系数试验结果进行对比。结果表明,混合连接抛丸表面抗滑移系数大于同等级高强钢连接表面抗滑移系数。设计中,建议其取值与同等级高强钢连接表面抗滑移系数保持一致：Q550钢的混合连接抗滑移系数取0.50,Q690与Q890钢混合连接系数可取0.45。为分析抗滑移系数的影响因素,文中测量了同批次试件的钢材硬度、粗糙度、变形能力。分析结果表明,抗滑移系数受到接触表面的粗糙度及摩擦面相对变形能力的影响,而摩擦面相对变形能力受到材料本身塑性及不同材料塑性变形能力匹配度的共同影响;随着钢材等级的增加,抛丸表面粗糙度及钢材变形能力的下降,导致更高等级高强钢混合连接抗滑移系数的降低。     

焊接工字形截面钢梁整体稳定性能研究

为研究不同强度等级的钢材对焊接工字形截面简支梁整体稳定性的影响,依据现有Q235、Q345和Q460三种级别钢材强度的简支梁试验数据,验证采用ANSYS有限元程序所建立的简支梁有限元分析模型是准确可行的。根据验证的有限元模型对屈服强度为235、345MPa和460MPa的钢梁进行整体稳定性能的有限元分析。结果表明钢梁的整体稳定承载力会随着钢材强度的提高而提高,但增高幅度随着钢材强度的提高而逐渐减小。     

高强Q460钢高温冷却后力学性能研究

为了评估高强Q460钢高温冷却后的力学性能,采用电炉对高强Q460钢进行加热升温,再采用自然冷却或浸水冷却方式冷却,然后进行拉伸试验,获得了高温冷却后高强Q460钢的应力-应变关系曲线、屈服强度、极限强度、弹性模量和极限伸长率.将高温冷却后高强Q460钢和普通Q235钢的屈服强度、极限强度和弹性模量进行对比.结果表明:高温后高强Q460钢力学性能与常温下力学性能相比有所变化,尤其是当温度超过700℃时,变化基本较大;700℃后,不同冷却方式对高强Q460钢极限强度和极限伸长率影响较大,浸水冷却后钢材的极限强度明显高于自然冷却后钢材的极限强度,而浸水冷却后钢材的极限伸长率则明显低于自然冷却后钢材的极限伸长率;高强Q460钢弹性模量和屈服强度受冷却方式的影响较小;高温冷却后高强Q460钢与普通Q235钢屈服强度、极限强度和弹性模量折减系数存在差异.     

基于性能设计的高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能研究

Y形偏心支撑钢框架结构中耗能梁段置于框架梁之外,耗能梁段变形不会对主体结构和楼板造成损害,震后易于修复更换。为了保证耗能梁段充分发挥塑性变形进行耗能,非耗能构件(框架梁、框架柱)截面设计往往过大,浪费钢材且限制了偏心支撑钢框架的应用。高强钢组合偏心支撑框架结构是指耗能梁段采用普通钢材(Q345钢),而框架梁、柱等非耗能构件采用高强度钢材(如Q460),不仅有效减小构件截面,而且可以推动高强钢在抗震设防区的应用,经济效益显著。采用基于性能的抗震设计方法设计了5层、10层、15层和20层的Y形偏心支撑钢框架结构,算例模型包括高强钢组合Y形偏心支撑钢框架和传统普通钢Y形偏心支撑钢框架,通过Pushover分析和时程分析研究该结构形式的承载力、抗侧刚度、层间侧移分布及破坏模式。研究表明:相同设计条件下,高强钢组合Y形偏心支撑钢框架结构与普通钢Y形偏心支撑钢框架结构的承载能力相近,但抗侧刚度略低,罕遇地震作用下二者具有相似的层间侧移分布和破坏模式。     

双向交叉连接件连接的剪力墙抗震性能分析

本文分析一种新型双向交叉连接件在钢板组合剪力墙中的应用。基于ABAQUS有限元模型，遍历不同钢材强度等级下连接件长厚比、跨高比对抗震性能影响进行了分析，如：滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、刚度退化、耗能能力等。结果表明：钢梁跨高比为12.7,增大连接件钢材强度，试件承载力先增后减，延性性能、耗能能力较大幅度降低，因此连接件钢材强度等级宜取Q235,长厚比取11.1～13.9;连接件不同钢材强度，其承载能力、延性性能、耗能能力均随连接件梁端长厚比增大而提升，强度为Q345,长厚比宜取12.2～13.9;强度为Q390,长厚比宜取12.8～13.9。跨高比对结构滞回性能影响较大，跨高比在6.2～11.1范围内，随跨高比增加，结构初始刚度、承载能力降低，但延性、耗能能力有较大幅度提高；在4.1～5.3范围内，随跨高比增加，承载能力、延性性能、耗能能力均提升。为满足延性、低经济考虑，跨高比宜取5.3～8.6。     

高强度Q460钢柱抗火性能研究

采用恒温加载方式和振动法分别对Q460钢材高温下的强度和弹性模量进行试验研究,得到了Q460钢材的力学性能随温度的变化曲线。考虑高强钢Q460高温下力学性能和柱的初始缺陷,对常温下计算钢柱极限承载力的三种方法,即临界应力法、逆算单元长度法(ICSL法)和压杆挠曲线法(CDC法)进行延伸并得到Q460轴心受压柱高温下极限承载力。通过算例对三种方法的计算结果进行比较,并采用有限元分析对极限承载力计算结果进行验证。计算不同荷载比下高强度Q460钢柱的临界温度,将高强Q460钢柱与《建筑钢结构防火设计规范》CECS200:2006中给出的普通钢柱的高温极限承载力和临界温度进行对比。研究表明:高强度Q460钢高温下力学性能与普通钢差别较大,强度和弹性模量随温度升高降低较慢;三种方法计算高温下Q460钢柱极限承载力的结果基本一致并与有限元分析结果吻合较好;普通结构钢柱的稳定系数和临界温度与高强度Q460钢柱有较大差别,《建筑钢结构防火设计规范》CECS200:2006中给出的普通结构钢柱抗火设计结果不适用于高强度Q460钢柱。     

四角钢连接框架-十字加劲钢板墙结构抗震性能试验研究

通过一榀单跨双层的四角钢连接框架内嵌十字加劲钢板墙模型的低周反复荷载试验,系统分析结构受力性能和破坏机理,研究其滞回性能、破坏模式、延性及耗能性能等抗震特性。试验结果表明：整个结构具有较大的初始刚度以及良好的延性和耗能能力,结构丧失承载力是因为柱脚处焊缝全部撕裂。     

Q690高强钢端板连接梁柱节点抗震性能试验研究

对3个齐平式端板螺栓连接节点试件进行低周反复荷载试验,其中1个为普通钢端板节点试件,另2个为Q690高强钢端板节点试件。通过改变端板和柱的尺寸与材料,得到普通钢与高强钢端板节点、刚性柱和非刚性柱节点的性能差别,并与欧洲规范EC3的计算结果进行对比。结果表明：Q690高强钢端板节点的受弯承载能力比Q345钢端板节点高30%,但因其端板弹性变形能力较强,易于导致螺栓破坏,因此,需提高螺栓的承载力以提高其延性;刚性柱节点的受弯承载能力与非刚性柱节点基本相同,但其转动能力、延性、耗能能力等抗震性能明显优于非刚性柱节点;EC3组件法普通钢节点承载能力的预测公式可直接用于高强钢端板节点,但转动刚度及破坏模式的预测方法并不适用于高强钢端板节点。     

高强度Q460钢梁抗火性能研究(Ⅱ)——理论验证

系列文章的第1篇已经对高强度Q460钢梁高温下的抗火性能进行了理论分析,给出了高强度Q460钢梁的温度分布和极限承载力、临界温度和稳定系数的计算方法。该文采用有限元分析对高强度Q460钢梁的温度分布和极限承载力进行了计算,并将计算结果与理论分析和试验结果进行了对比,验证了理论分析的正确性。对高强度Q460钢梁和普通Q235钢梁的抗火性能进行了对比,得到两者在抗火性能方面的区别。提出了高强度Q460钢梁抗火设计的简化方法,并通过一个算例演示了简化设计方法的使用。     

不同粘钢加固的钢筋混凝土框架节点破坏机理研究

现有钢筋混凝土框架结构中梁、柱、节点因设计不当或施工事故，发生梁、柱、节点不能满足强柱弱梁、强节点弱构件的抗震设计原则，针对强柱弱梁、梁弱弯弱剪、梁纵筋锚固不足等４个节点试件进行了低周反复加荷对比试验，从破坏过程分析了梁、柱、节点核心区不同粘钢加固方案的效果。试验结果表明：粘钢加固对提高构件强度、改变框架破坏机制及增加变形能力具有良好的效果。并全面地分析了试件加固方案的优劣，初步给出了粘钢加固节点的构造措施和更合理的加固方法。     

半刚接钢框架内填RC墙结构滞回性能试验——整体性能分析

半刚接钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构(简称PSRCW)在低周反复荷载作用下抗剪栓钉易发生疲劳断裂,从而使结构后期承载力衰减过快,延性较差。为了进一步改善结构的延性性能,采用槽钢、U形钢筋及抗剪栓钉三种不同形式的抗剪连接件,通过3榀1/3缩尺、两层、单跨PSRCW试件的低周反复荷载试验,重点研究抗剪连接件对结构性能的影响,分析结构的传力机理、破坏模式、滞回性能、刚度退化、变形及延性、耗能能力等。试验结果表明:加载过程中,抗剪连接件未发生疲劳断裂,试件的后期承载力退化缓慢,试件的变形能力、延性性能以及耗能能力均得到大幅提高,试件呈内填墙压碎的延性破坏模式。抗剪连接件的抗剪能力应与混凝土内填墙的抗剪能力相协调,内填墙混凝土强度等级不宜过高,避免抗剪连接件的破坏模式由剪断控制。PSRCW结构中抗剪连接件不发生疲劳断裂是结构发生延性破坏的重要前提。     

高温(火灾)条件下钢结构材料性能研究

对钢结构建筑中最常用到的Q2 35钢在高温下的力学性能进行试验研究 ,得出了Q2 35钢的各项力学性能指标随温度变化的规律 ,建立其随温度变化的力学模型 ,并利用该模型对钢框架模型在火灾中的反应进行分析研究。结果表明该理论模型是有效的、可靠的     

四角钢连接框架——薄钢板墙结构抗震性能试验研究

通过一榀1∶3比例单跨双层的四角钢框架内嵌薄钢板墙模型的低周反复荷载试验,研究了模型的破坏特征,滞回特性,延性及耗能性能等抗震性能。试验结果表明:在四角钢框架内设置薄钢板墙能较大程度提高结构的极限承载力与侧向刚度,整个结构具有较好的延性和耗能能力,结构丧失承载力是由于柱发生弯扭屈曲,研究可为该结构的工程应用和理论研究提供参考。     

变电构架中Q235～Q420牌号角钢和钢管适用性分析

为研究不同牌号角钢和钢管在变电构架中的适用范围,应用有关规范对Q235～Q420轴心受压角钢和钢管、单向偏心受压钢管以及纯弯钢管的承载力比值进行了大量计算分析.结果表明:相对于一般规格轴心受压Q235角钢和钢管,Q345,Q390,Q420钢材的长细比经济适用范围分别为λ≤100,λ≤110和λ≤120;相对于一般规格轴心受压Q345角钢和钢管,Q390和Q420钢材的长细比经济适用范围分别为λ≤40和λ≤70;高强钢应用于单向压弯钢管和纯弯钢管时,其经济性能将得以充分发挥.     

半刚接钢框架-十字加劲钢板剪力墙结构滞回性能研究

对一榀单跨两层半刚接框架-十字加劲钢板剪力墙结构进行水平反复荷载作用下的抗震试验研究,系统分析结构破坏模式和耗能机理,研究节点刚度与加劲墙体的相互影响效果,得到了承载力,延性,刚度和耗能能力等指标。试验结果表明:该种结构具有良好的延性和耗能性能,安全储备高;节点刚度退化小,内填钢板的设置缓解了节点区自身的延性要求,半钢框架和墙板协同工作良好;加劲肋的设置改善了钢板的实际受力,提高墙体的承载力及刚度,减轻了滞回曲线的捏缩现象,减小钢板噪音及震颤。结构破坏模式为加劲肋屈曲,内填钢板以小区格局部屈曲为主,伴随相关屈曲;框架柱脚及梁柱半刚性连接部位形成塑性铰;试件面内呈弯曲破坏模式,研究为该种结构体系的工程应用和理论分析提供依据。     

中间柱摩擦阻尼器预应力钢框架静力推覆试验研究

为研究跨度较大的预应力钢框架结构的可恢复功能,提出了具有可恢复功能的中间柱设有摩擦阻尼器的预应力钢框架体系,给出了中间柱摩擦阻尼器的典型构造。设计了一个8层原型结构,对底部两层平面框架子结构进行了静力推覆试验,同时采用ABAQUS有限元软件对试验进行了数值模拟。结果表明：中间柱的摩擦阻尼器在提高框架结构刚度的同时,还提高了结构的耗能能力;结构除梁翼缘加强板和柱脚翼缘出现塑性变形以外,其他主体结构始终保持弹性工作状态;第1、2层框架的层间剪力 位移滞回模型分别呈梭形和弓形。卸载后的检测结果显示,钢绞线的预应力损失很小,为结构提供了良好的自动复位和恢复结构功能的能力。