钢管混凝土隔板贯通式节点的性能

隔板贯通式节点是一种新型钢管混凝土柱—钢梁连接形式。以中海广场为工程背景,进行了钢管混凝土柱钢梁隔板贯通式节点的拟静力试验,并结合数值模拟结果对该类节点的性能进行了研究。试验结果表明,钢管混凝土柱钢梁隔板贯通式节点具有较好的刚度、承载能力和延性,能够满足“强柱弱梁,强节点弱构件”的抗震设计原则。数值模拟与试验结果相吻合,可以采用本文所建立的数值模型模拟钢管混凝土柱钢梁隔板贯通式节点的性能。采用数值的方法,重点研究了隔板尺寸对该结点性能的影响,并提出设计建议。     

方钢管混凝土柱-钢梁栓焊混合节点抗震性能试验研究

钢管混凝土柱-钢梁节点符合装配式结构发展需求,在工程中得到广泛应用。而以往震害发现,钢梁与柱壁焊缝在地震中易断裂而导致结构破坏。因此,将外肋环板与隔板贯通节点相结合,提出一种上环下贯式方钢管混凝土柱-钢梁栓焊混合节点。设计5个不同连接方式、柱形式和竖向肋板尺寸的方钢管混凝土柱-钢梁节点构件,通过低周往复荷载试验分析节点的破坏模式、滞回性能、延性和耗能能力。研究结果表明：所提出的新型方钢管混凝土柱-钢梁栓焊混合节点具有良好的抗震性能,等效黏滞阻尼系数比全螺栓节点高30%以上,满足强柱弱梁设计准则。上环下贯式比环板式节点具有良好的延性性能,方钢管混凝土柱能有效提高节点的承载能力和刚度,改变竖向肋板厚度和采用全螺栓连接形式对节点破坏模式影响显著。     

PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点#br# 受拉性能试验研究

为得到新型PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式框架节点的受拉性能、并初步验证其抗震性能，开展了6个方钢管混凝土节点试件的受拉试验，试件类型包括普通方钢管混凝土节点、普通方钢管混凝土外隔板式节点、新型的PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点以及去除外隔板后的PBL加劲型方钢管混凝土节点。通过对比分析各试件的破坏特征、初始刚度、屈服和极限荷载、变形组成、支板或隔板应变与应力分布，着重研究了PBL纵肋的设置对新型节点受拉性能的改善，以及去除外隔板对新型节点受拉性能的影响。研究结果表明：相较于普通方钢管混凝土节点和普通方钢管混凝土外隔板式节点试件，PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点试件由于同时设置了外隔板和PBL纵肋，因此其在拉力作用下不仅初始刚度、屈服荷载和极限荷载得到大幅度提升，而且节点区域的变形集中得到了明显的缓解，节点附近的应变和应力分布变得更加均匀。因此，新型框架节点具有优越的传递钢梁翼缘拉力的能力，可以实现地震作用下的梁端屈服破坏模式，应具有优越的抗震性能。而在新型节点的基础上去掉外隔板后，试件的初始刚度、屈服和极限荷载、节点区域附近的应变和应力分布均匀程度均有一定程度的降低，即其传递钢梁翼缘拉力的能力有所降低。该文研究成果可为进一步开展新型节点的受拉承载力计算方法、节点抗震性能的研究奠定基础。     

方钢管混凝土柱-H型钢梁节点研究

方钢管混凝土柱-H型钢梁节点的结构性能影响钢管混凝土结构在住宅建筑中的推广和应用。在总结方钢管混凝土柱-H型钢梁铰接、半刚接和刚接节点类型的基础上,对目前常用的内隔板节点和新提出的外肋环板节点进行了理论分析与试验研究。基于屈服线理论推导了内隔板节点强度的计算公式,提出了基于静力平衡理论的外肋环板节点的强度计算公式。结合工程实践对这两种节点进行了静力拉伸试验,分析了节点的破坏机制。借助于试件的应变测量,研究了节点的应变分布规律和应力传递机制,得到了荷载位移曲线、节点的屈服强度和极限强度。理论计算结果与试验值分析比较表明,填充混凝土的内隔板节点和外肋环板节点具有较好的刚度和延性。     

PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点受拉性能试验研究

为得到新型PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式框架节点的受拉性能、并初步验证其抗震性能,开展了6个方钢管混凝土节点试件的受拉试验,试件类型包括普通方钢管混凝土节点、普通方钢管混凝土外隔板式节点、新型的PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点以及去除外隔板后的PBL加劲型方钢管混凝土节点。通过对比分析各试件的破坏特征、初始刚度、屈服和极限荷载、变形组成、支板或隔板应变与应力分布,着重研究了PBL纵肋的设置对新型节点受拉性能的改善,以及去除外隔板对新型节点受拉性能的影响。研究结果表明:相较于普通方钢管混凝土节点和普通方钢管混凝土外隔板式节点试件,PBL加劲型方钢管混凝土外隔板式节点试件由于同时设置了外隔板和PBL纵肋,因此其在拉力作用下不仅初始刚度、屈服荷载和极限荷载得到大幅度提升,而且节点区域的变形集中得到了明显的缓解,节点附近的应变和应力分布变得更加均匀。因此,新型框架节点具有优越的传递钢梁翼缘拉力的能力,可以实现地震作用下的梁端屈服破坏模式,应具有优越的抗震性能。而在新型节点的基础上去掉外隔板后,试件的初始刚度、屈服和极限荷载、节点区域附近的应变和应力分布均匀程度均有一定程度的降低,即其传递...     

方钢管混凝土柱-钢梁狗骨式节点有限元分析

通过对未设内隔板的方钢管混凝土柱钢梁一般狗骨式节点有限元分析,提出方铜管混凝土柱-钢梁翼缘加强型狗骨式节点,并采用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱-铜梁狗骨式节点进行非线性有限元分析。分析在低周反复荷载作用下,方钢管混凝土柱-钢梁狗骨式节点的抗震性能。结果表明：翼缘加强型狗骨式节点具有良好的延性和耗能能力,翼缘的加强使节点初始刚度增加明显。     

方钢管混凝土柱-钢梁节点承载力试验研究

基于隔板贯通节点在地震作用下的破坏调查结果,提出了一种改善钢梁翼缘与隔板连接处受力性能的新型节点--倒角放坡型隔板贯通节点。对7个十字形节点试件进行了静力拉伸试验,研究了隔板贯通式连接中方钢管混凝土柱与钢梁受拉翼缘的连接性能,分析了钢梁翼缘与隔板连接构造以及浇注孔直径、隔板厚度、钢管的宽厚比等参数对节点局部受拉承载力的影响,并将试验得到的承载力与规程公式计算结果进行了比较。研究结果表明:倒角放坡型隔板贯通节点具有较好的承载力和延性;影响节点承载力的主要因素是隔板的厚度、浇注孔径和钢管的宽厚比,在钢管中填充混凝土有利于提高节点的屈服承载力和刚度;对于填充混凝土的试件,采用公式计算节点承载力偏于保守。     

方钢管混凝土柱-钢梁框架耐火性能分析

研究方钢管混凝土柱-钢梁框架结构的耐火性能。基于有限元方法,分析了GB/T 9978（同ISO-834）加热条件下,带有混凝土楼板的方钢管混凝土柱-钢梁单向螺栓连接框架结构的温度分布、耐火时间和破坏模式,并对有限元模拟结果进行了试验验证,在试验结果基础上采用有限元方法分析了方钢管混凝土柱构件与方钢管混凝土框架柱的耐火极限差异。研究结果表明：与方钢管混凝土框架柱的其他区域相比,方钢管混凝土框架柱节点区的温度相对较低;根据本文建议的框架结构判定准则,当单向螺栓节点连接可靠,随着作用在柱和梁上荷载水平的变化,柱破坏模式和梁破坏模式是方钢管混凝土柱-钢梁框架的主要破坏模式;当框架梁上不施加荷载,只对框架柱起到约束作用,其他条件相同时,方钢管混凝土框架柱的耐火极限大于两端铰接柱构件的耐火极限,但小于一端固接一端铰接支撑柱构件的耐火极限。     

方钢管混凝土柱-钢梁半刚性节点研究综述

文章介绍了目前方钢管混凝土柱-钢梁半刚性连接节点的形式,概述了近年来国内外关于方钢管混凝土柱-钢梁半刚性连接节点研究,提出方钢管混凝土柱-钢梁半刚性连接研究方向的一些看法和建议.     

矩形钢管混凝土柱-钢梁刚接连接设计与构造

结合设计规范及工程经验,介绍了矩形钢管混凝土柱与钢梁带隔板式刚接连接的节点设计与构造做法,包括钢柱隔板设置、梁柱节点加强方式、灌浆孔设置等,同时,对于钢梁偏心连接的矩形钢管混凝土柱节点域提出了加强措施,可为类似节点设计提供参考。     

WUF-W connection performance to box column subjected to uniaxial and biaxial loading

The prequalified connections presented in AISC are limited to the connections of the I beam to wide flange columns. It is necessary to investigate the seismic performance of the prequalified connections to the box column, which has a very low strength and stiffness panel zone in contrast with the wide flange column. In this study, the seismic behavior of the WUF-W (welded unreinforced flange) connection to the box column was investigated through full-scale cyclic loading tests. The experimental results revealed that this type of connection to the box column can satisfy the prequalified criteria of the special moment frame. Moreover, the main advantage of using box column is its high biaxial bending strength. Therefore, as part of the analytical study, the connection subjected to biaxial loading for a series of parameters was investigated. The analytical investigation showed that in order to achieve the desired performance under biaxial loading, the panel zone must provide the strong column/weak beam ratio of more than what is suggested by AISC. Furthermore, the analytical study revealed that for the box column under biaxial loading, the inner diaphragm may not be suitable because of the potential for the weld to fracture.     

Panel zone evaluation of direct connection to box column subjected to bidirectional loading

As an effective factor for force‐controlled components, in special moment frames, the main advantage of using box column is high biaxial bending strength. Most research studies have been concentrated on the box column performance subjected to unidirectional loading. On the other hand, seismic provisions given so far in codes are limited to beam to wide flange column connections with planar webs. In the research work presented, the bidirectional loading configurations are adopted to better simulate the actual response of the box column subjected to a ground motion excitation. The connection used in the article is welded unreinforced flange–welded web, being the direct connection that was introduced in the American Institute of Steel Construction as one of the prequalified connection. Analytical results from finite element method indicate that when the structure is subjected to bidirectional loading, the level of shear and flexural strength capacity of the box column reduces. Because of the yielding of the panel zone and the inner diaphragm, the distribution of stress and strain in the finite element models reveals that the design criteria presented in most seismic codes seem not to place the plastic hinge out of the panel zone region and therefore need to be modified. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

三维空间外加强环式部分钢框架节点非线性有限元分析

利用非线性有限元软件ABAQUS,建立了三维空间外加强环式部分钢框架节点模型,考察了柱壁厚度,梁翼缘宽度、厚度,梁腹板高度,外环板宽度、厚度等几何参数对外加强环式部分钢框架节点的承载能力及刚度的影响,有限元分析结果表明:柱壁厚度、梁翼缘宽度、厚度、腹板高度、外环板宽度、厚度的变化对外加强环式节点的刚度和承载力有明显的影响,通过单参数分析,并利用回归的方法建立包括以上参数的节点极限抗弯承载力,屈服抗弯承载力,初期刚度,屈服刚度评价公式,并证明了公式的可靠性,为该类节点应用于工程实际提供了理论基础。     

扇形焊接开孔于钢骨梁柱接头耐震行为之影响

扇形焊接开孔为进行梁翼板全渗透开槽焊接时所需之工作孔。然而,实尺寸梁柱接头试验证实,传统梁腹板锁螺栓及梁翼板全渗透焊接之钢构造梁柱接头,常于扇形开孔处发生突然性之脆性破坏。本研究采用非线性有限元素分析方法,探讨扇形焊接开孔于钢骨梁柱接头耐震行为上之影响,包括扇形开孔几何形状对接头区力学行为之影响。分析结果显示,平顺接至梁翼板之扇形开孔能将最大塑性应变之发生位置移离扇形开孔根部,减少因几何形状不连续所造成之应力集中现象,降低局部区域之韧性需求;无扇形开孔之梁柱接头可避免有扇形开孔之缺陷,大幅的改善梁柱接头之韧性行为。     

方钢管混凝土柱-H形钢梁不同构造隔板贯通节点力学性能研究

为研究具有不同连接形式、隔板厚度和外伸长度的隔板贯通节点的力学性能,使用ABAQUS对不同构造节点进行数值模拟研究。基于试验结果验证了建模方法的准确性,并分别建立了全焊接、腹板栓接-翼缘焊接、下栓上焊、全螺栓四种连接形式的隔板贯通节点模型,对比了不同连接形式节点的力学性能,对产生差异的原因进行了机理分析。并进一步针对下栓上焊连接形式节点的隔板厚度、外伸长度对力学性能的影响进行了参数化分析。研究发现,具有翼缘螺栓连接形式的节点承载力更高且塑性铰远离节点核心区,基于此且考虑到施工因素,认为下栓上焊的连接形式具有显著优势;隔板过薄或隔板外伸长度过长均会降低该种节点的承载力和延性,隔板也会发生明显变形导致在核心区形成塑性铰,劣化节点受力性能。推荐工程中采用的隔板厚度宜比钢梁翼缘厚度厚3mm左右,隔板外伸长度宜控制在50~75mm。     

方钢管混凝土边柱节点抗震性能试验研究

通过柱端加载的3个内隔板三面焊接的方钢管混凝土柱-H形钢梁节点的低周反复荷载试验,研究其不同轴压比情况下节点的破坏模式、延性、耗能性能等。试验结果表明,内隔板与柱壁未焊一侧受力约为内隔板与柱壁焊接一侧的1/3,内隔板未焊一端梁翼缘侧面柱壁间焊缝被撕裂,内隔板与柱壁板焊接一侧梁翼缘在柱顶位移约70mm时发生局部屈曲。研究结果表明,节点具有很好的延性和耗能能力,层间转角位移延性系数μ=3.40~3.45,弹性和弹塑性层间位移角分别为φy=0.0075~0.0083 rad、φu=0.0279~0.0286 rad,等效粘滞阻尼系数he=0.247~0.462。满足现行抗震规范的要求。三面焊接的内隔板式节点可以用于方钢管混凝土边柱节点。     

Internal flange stiffened moment connections with low-damage capability under seismic loading

This study presents the seismic performance of steel moment connections using internal flange stiffeners (IFSs) welded at the face of the wide-flange column and inner side of the beam flange. The objective is to develop a steel moment connection that can achieve good seismic performance with low-damage capability during a large earthquake loading and minimize the repair cost. Four large-scale moment connections were tested to validate the cyclic performance. One connection which represented a welded-unreinforced flange-bolted web connection failed before finishing cyclic tests at a drift of 4%. Three IFS moment connections showed excellent performance and low damage after experiencing the AISC seismic load twice up to the target drift of 4%, without strength reduction. The specimens were also modeled using the computer program ABAQUS to further verify the effectiveness of the IFS in transferring beam moment to the column and to investigate potential sources of connection failure.     

Ductile moment connections used in steel column-tree moment-resisting frames

This paper presents analytical and experimental studies on the cyclic behavior of beam-to-column moment connections used in steel column-tree moment-resisting frames. The column-tree system is joining the column-trees and link beams in the field while the column-trees are fabricated in the shop by welding stub beams to the column. The proposed ductile column-tree connections have two distinctively improved connection details which are no weld access hole detail and a widened flange of the stub beam. Nonlinear finite element analysis demonstrated the effectiveness of the improved connection details which significantly reduce the stress concentration and plastic strain demands at the beam flange groove weld. Cyclic testing of three full-scale specimens was conducted to verify the proposed connection details. All the specimens successfully developed ductile behavior with no brittle fracture by forming the plastic hinging of the beam away from the beam-column interface. The widened flange and no weld access hole details are effective in reducing the potential of brittle fracture.