钢框架梁柱组合节点滞回性能有限元分析

钢框架组合节点考虑楼板组合效应后,其承载能力大幅提高,节点区刚度相应增大,可能对抗震造成不利影响。采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性精细有限元模型,并对单元选取,螺栓受力行为和材料的应力应变关系及损伤模型的确定进行详细说明。结合国内外已有的钢框架组合梁节点拟静力试验,验证了非线性有限元模型的正确性和适用性。试验和有限元分析结果均表明:考虑楼板的组合效应之后,该类型节点的刚度和承载力均有较大幅度提高,承载力提高幅度约为26%,节点区弹性刚度提高了30%左右;在静力往复荷载作用下,该类型节点的滞回曲线较为饱满,耗能能力强,具有良好的抗震性能。     

延性节点钢框架结构的力学性能分析

延性节点是近年来采用的新型梁柱连接方式,具有良好的抗震性能,但由于延性节点构造较复杂,该类型节点的框架实体结构数值计算耗时、耗力,为提高计算效率,利用3种延性节点的简化理论模型,分别对3层1跨和6层3跨的翼缘削弱型节点和盖板加强型节点钢框架进行简化,并对框架简化模型进行3种工况下的静力分析,提取结构内力和变形等计算结果与实际框架计算结果进行对比,分析表明:3种延性节点简化模型均表现出与原结构相一致的受力特性,利用框架简化模型进行静力分析具有良好的精度,为延性节点框架静力分析提供了较为简便的数值计算方法。     

典型性十字钢框架节点受力性能的有限元分析

对十字钢框架节点在设计荷载组合下的受力性能进行了有限元分析及试验研究,描述了节点在荷载作用下应力、应变及变形的发展过程,并将有限元分析与试验结果进行了比较。在此基础上得到一些对十字钢框架节点的设计、工厂加工的有益建议。     

延性钢框架设计方法研究

介绍了1994年美国Northridge地震和1995年日本Kobe地震中钢框架结构断裂模式,指出利用钢框架结构梁柱新型延性节点进行延性设计是预防脆性断裂的主要途径;然后讨论了钢框架非线性分析的各种方法,以及钢框架延性设计的步骤和注意事项。     

钢框架梁柱栓焊节点的有限元分析

在用试验验证有限元计算精度的基础上 ,对钢框架梁柱栓焊节点的滞回性能进行了有限元分析 ,得到了连接处梁端截面应力分布 ,揭示了梁翼缘发生脆断的原因 ,指出了现行规范设计方法的不足之处及对此问题的展望。     

延性节点钢框架结构的抗震性能分析

为简化延性耗能节点钢框架结构的数值计算,利用延性耗能节点简化理论模型分别对6层、12层的翼缘削弱型节点钢框架和盖板加强型节点钢框架进行简化,并对框架简化模型和实际框架模型进行模态分析;提取框架结构的前3阶基本周期并计算阻尼比,并对框架结构简化模型和实际模型开展El Centro波和Taft波2种地震波下的动力时程分析,将框架简化模型计算得到的框架基本周期、柱顶位移和柱底剪力时程曲线与实际框架模型的数值计算结果进行对比。结果表明:整体上框架简化模型和实际框架模型的数值计算结果吻合较好,翼缘削弱型节点框架简化模型计算的框架基本周期比实际模型计算值稍小,相对误差在8.5%以内,而盖板加强型节点框架简化模型计算的框架基本周期比实际模型计算值稍大,相对误差在4.0%以内;柱顶位移和柱底剪力时程曲线吻合较好。延性节点简化理论模型用于框架结构动力计算具有极高的计算精度,可有效分析延性节点钢框架结构的抗震性能。     

三种钢框架刚性节点滞回性能与造价对比

结合某一钢结构增层选用何种节点,本文提出了三种不同截面形式的节点,利用大型有限元软件ABAQUS对钢框架十字型刚性节点的滞回性能进行了数值分析,结果表明,轴压比为0.4～0.6时,节点承载力、耗能能力随着轴压比的增大而减小。钢框架十字型刚性节点钢梁截面形式为H型钢时,其滞回曲线、包络线饱满,节点抗震性能良好。最后对三种节点形式的整体工程造价进行了对比,最终选取H型钢柱-H型钢梁的刚性节点形式,可为同类增层工程提供参考。     

钢框架肋板加强型节点的滞回性能研究

运用有限元软件ABAQUS 6.14-1首先对已有节点试验试件的滞回性能进行模拟,验证了有限元建模方法的正确性后,对外侧双肋板加强型、内侧双肋板加强型及外侧单肋板加强型节点进行滞回行为对比分析,然后对单肋板加强型节点进行系列参数分析,考虑的参数包括肋板长度a、肋板高度b和肋板厚度t。结果表明:内侧双肋板加强型节点并不适用于工字形柱强轴连接,其梁翼缘焊缝处有明显的应力集中,而外侧双肋板加强和单肋板加强型节点的受力性能相当;各参数对单肋板加强型节点的承载能力基本没有影响;随着参数b和t的增大,梁上、下翼缘焊缝处的Mises应力逐渐降低,肋板长度a主要影响塑性铰的位置;建议a=(1/2～3/4)h_b,b≥h_b/3,t≥2t_(bw),两短边a′=0.2a,b′=0.2b,其中,h_b为梁截面高度,t_(bw)为梁腹板厚度,最后给出了单肋板加强型节点的设计方法。     

不同节点形式钢框架受力性能研究进展

节点形式对钢框架受力性能会产生不同程度的影响,对半刚接钢框架、延性节点钢框架、装配式钢框架和空间钢框架的受力性能研究进行综述,通过理论、有限元及试验的研究方法分析不同节点形式对钢框架力学性能的影响,并介绍了不同节点形式钢框架的受力特性。介绍了ANSYS、SAP2000和ABAQUS三种有限元分析软件的模拟方法,并针对不同节点钢框架的特点对有限元模拟单元的优缺点及适用范围进行归纳总结。对不同节点钢框架的静力性能和抗震性能研究现状进行总结,最后对不同节点形式钢框架的力学性能研究趋势进行了展望。     

半刚性节点钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构滞回性能分析

钢筋混凝土内填墙弥补了钢框架侧向刚度不足的缺点,为钢框架采用相对经济的半刚性节点提供了可能。为了研究半刚性节点钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构的滞回性能,在一榀循环加载模型试验的基础上,建立了非线性有限元模型,并验证了模型的有效性。考虑影响结构滞回性能的6个主要因素:节点刚度、剪力墙厚度、栓钉的设置、剪力墙的配筋、竖向荷载及混凝土强度等级,进行了6个系列22个有限元模型的变参数分析。结果表明:降低节点刚度有利于提高结构的延性和耗能能力;增加内填墙的厚度可提高结构的初始刚度和承载力;增加水平向栓钉的数量,采用普通混凝土以及合理设置暗柱、暗梁,能够有效地提高结构的整体性能,在此基础上提出了相关的抗震设计建议。     

循环荷载作用下锈蚀钢材滞回性能与本构模型

为研究循环荷载作用下锈蚀钢材的滞回性能,采用人工加速腐蚀及自然暴露腐蚀的方法获取了17组锈蚀试件,并对其开展单调拉伸及循环加载试验,分析了单调拉伸曲线、滞回曲线和骨架曲线等的差异性,得到了锈蚀钢材单调拉伸与滞回性能退化规律,基于混合强化模型提出了材料参数随腐蚀程度、等效塑性应变的退化表达式,进而建立了锈蚀钢材塑性本构模型。研究结果表明：单调拉伸作用下,锈蚀导致钢材屈服平台缩短、抗拉强度和断裂伸长率降低;锈蚀钢材单调曲线和滞回曲线存在显著差别,锈蚀加剧钢材循环强化,循环损伤累积则进一步加剧锈蚀钢材延性退化,造成峰值点应变、断裂应变和滞回耗能大幅降低,但对抗拉强度的影响较小。通过锈蚀钢材塑性本构模型应力 应变模拟曲线与试验曲线的对比,验证了所提模型的可靠性。     

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。     

Hysteretic behaviour of tubular joints under cyclic loading

This paper examines the cyclic performance of CHS joints used in steel tubular structures. Quasi-static experimental study into the response of eight T-joint specimens is described. Four of them are subjected to cyclic axial load, and the other four are subjected to cyclic in-plane bending. The general test arrangement, specimen details, and most relevant results (failure modes and load-relative deformation hysteretical curves) are presented. Some indexes to assess the seismic performance of tubular joints, including strength, ductility and energy dissipation, are synthetically analyzed and compared. Test results show that failure modes of axially loaded joints mainly contain weld cracking in tension and chord plastification in compression. But for joints under cyclic in-plane bending, both punching shear and chord plastification become regular failure modes accompanied by ductile fracture of the welds. Hysteretic curves take on a plump form in general. Ultimate strengths of joints are also compared with equation values for monotonic loading from various design codes. Results indicate the strength at a certain deformation limit can be regarded as the ultimate strength of a T-joint under cyclic loading and existing codes can be used to check it. It is also found that there is a significant distinction in the energy dissipation mechanism for tubular joints under different loading conditions. Finite element analyses are performed by taking into account weld geometry to facilitate the interpretation of the test results. It is identified that high tensile stress triaxiality can be one primary cause of weld cracking which happened under low cyclic load level.     

梁端楔形翼缘连接钢框架低周反复荷载试验研究

提出了梁端楔形翼缘连接节点,通过2跨2层梁端楔形翼缘连接钢框架试件的低周反复加载试验,研究了结构在地震作用下的滞回性能、耗能机制、耗能能力、刚度退化和破坏形态。结果显示,试件破坏模式为延性,破坏时的顶点位移角达到了1/29,整体延性系数在4.7以上,梁上塑性铰出现在翼缘变化处,表明梁端楔形翼缘连接钢框架具有良好的抗震性能。对试件进行了静力弹塑性分析,节点域用转动弹簧来考虑其剪切变形,采用双线性特性塑性铰的计算结果与试验结果较一致。     

焊接及螺栓连接钢框架的循环加载试验研究

为了探讨、比较焊接和螺栓连接钢框架的极限承载能力、滞回性能及动力特性,本文进行了6榀1∶2比例的单跨双层钢框架循环加载试验和动力特性测试,其中焊接、端板螺栓连接、角钢螺栓连接钢框架各两榀。试验过程中每层框架都铺设了混凝土楼板和配重,水平循环荷载按三角形分布施加。循环加载试验表明:当焊接连接框架的焊缝质量较高时,钢框架具有良好的承载能力和滞回性能,其最终破坏模式是构件形成塑性铰而发生强度破坏,属于典型的延性破坏,框架侧向层间塑性变形可以达到层高的1/25,塑性变形主要来自梁柱连接节点域的剪切变形和柱、梁的弯曲变形;端板螺栓连接框架的承载能力和滞回性能也较好,耗能能力略低于焊接框架,框架侧向层间塑性变形可以达到层高的1/30,但端板焊缝容易发生断裂;角钢螺栓连接框架的承载能力和耗能能力相对较低,塑性变形主要发生在连接角钢和柱脚部位,且翼缘连接角钢容易发生低周疲劳破坏。动力特性测试结果表明:随着节点转动刚度的减小,框架自振     

Failure criteria and cumulative damage models for steel components under cyclic loading

In this paper the behaviour of welded beam-to-column connections under low-cycle fatigue is investigated in terms of failure criteria. A damage index and a failure criterion for steel components under cyclic loading, based on the capacity of the structural details to dissipate energy, are presented and discussed.After a review of some cyclic test results obtained for steel beam-to-column connections, a comparison is presented between the cumulative damage model based on the damage index and failure criterion previously introduced, and other models and failure criteria available in the literature.     

混凝土密排内框架-纤维石膏板低周往复试验研究

本文提出了在速成墙板的孔腔中隔孔浇注混凝土的方案,通过对4块混凝土密排内框架-纤维石膏板在低周反复荷载作用下的试验研究,探讨了构件的抗剪承载能力、变形能力、破坏特征、构件的延性、恢复力特性、耗能能力等受力特性。试验结果表明,在竖向力和水平往复荷载作用下,混凝土密排柱纤维增强石膏板结构中的混凝土和石膏板作为一个整体共同承受外力作用,芯柱主要承受弯曲作用,最终破坏形式为弯曲破坏;石膏板主要承受剪切作用,破坏形式为剪切和挤压破坏;混凝土密排内框架-纤维石膏板的位移延性系数大于3。试验分析说明混凝土密排内框架-纤维石膏板具有良好的抗震性能。此板可以应用于实际工程。     

Hysteretic behaviour of square tubular T-joints with chord reinforcement under axial cyclic loading

The stiffness of hollow section tubular joints is weak in the chord radial direction, and thus failure frequently occurs at the weld toe in the form of brittle fracture caused by crack propagation due to cyclic loading. To avoid such brittle failure, the chord at the intersection can be reinforced by increasing the chord thickness. With the chord reinforced, the failure position can be transferred to the chord intersection, and hence the cracking along the weld toe is prevented. To verify the efficiency of the proposed reinforcing method, both experimental test and finite element analysis are carried out on reinforced and un-reinforced square tubular T-joints subjected to quasi-static cyclic loads. The hysteretic curves, ductility ratio, energy dissipation and failure mode of the two full-scale specimens are studied experimentally, and it is found that the hysteretic curves of both specimens are plump, which show the T-joints can absorb much energy when they are subjected to seismic action. However, the enclosed area of the hysteretic curves of the reinforced T-joint is larger than that of the un-reinforced specimen because the chord reinforcement can prevent the fracture failure as well as improving the bearing capacity. The failure performance of the reinforced and un-reinforced specimens also show that a T-joint with chord reinforcement is more advantageous in resisting seismic action. Finally, the effect of the reinforced chord length and thickness on the hysteretic behaviour of square tubular T-joints is also investigated from a parametric study.     

单调及循环荷载作用下锈蚀焊接钢板力学性能退化研究

文章为研究不同加载模式下钢结构局部焊接区域的力学性能退化规律,首先对5组Q235B对接焊缝连接钢板试件开展总周期长达12月的盐雾环境暴露腐蚀试验,采用三维形貌扫描技术对不同龄期、不同焊接区域锈蚀特征进行分析,随后对不同锈蚀程度焊接钢板试件开展单调及循环加载试验和数值模拟分析,详细研究锈蚀损伤及荷载类型等因素对焊接钢板受力行为、性能和失效模式的影响。研究结果表明：(1)局部点蚀深度随锈蚀深度的增大呈阶梯型增长趋势,受焊接过程影响,热影响区锈蚀速率略高于焊缝及母材区;(2)单调及循环荷载作用下锈蚀焊接钢板均在热影响区发生断裂,当锈蚀较为严重时,焊接钢板的断口形貌由韧窝断裂向剪切断裂转变;(3)循环荷载作用下,锈蚀焊接钢板强度、变形和耗能能力均呈现更显著的劣化现象,但锈蚀损伤对循环硬化效应的影响有限;(4)基于锈蚀特征参数建立的循环本构模型和等效循环延性断裂模型可准确模拟锈蚀损伤对焊接钢板受力性能及断裂行为的影响。