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。     

不同构造形式节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接削弱型节点抗震性能分析

首先采用ABAQUS有限元软件,结合国内已通过试验验证的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接以及已有的焊接节点试验,验证了有限元模拟的有效性。在通过有限元软件ABAQUS模拟几种不同构造形式的削弱型节点,并与标准型节点在单调荷载作用下的承载力、循环荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线、强度与刚度退化曲线、断裂指数等方面进行了对比分析,研究结果表明:节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接节点局部削弱可以改善节点的破坏形态,实现塑性铰的外移,防止节点脆性断裂;当采用节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的节点形式,由于弱轴方向本身抗侧刚度较大,同时考虑建筑功能要求、抗震效果及经济性等指标,弱轴方向宜采用削弱型节点,其中腹板开孔型节点承载力及刚度没有过多的下降,且滞回曲线饱满,耗能性能及延性较好。而狗骨削弱型节点存在侧向失稳的问题,因此建议节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接削弱型节点应采用腹板开孔型节点。     

钢框架梁柱顶底角钢弱轴连接的节点研究

针对目前钢框架梁柱在弱轴方向上半刚性连接的研究匮乏,应用有限元软件ABAQUS对半刚性节点进行了研究,并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,在该种节点上进行顶底角钢连接研究。应用ABAQUS软件对模型进行非线性有限元模拟分析,首先将试件进行单调加载分析,并与试验结果对比分析,对比发现总体上吻合较好,从而验证了有限元的有效性。再通过有限元程序ABAQUS将梁柱采用新型节点域箱形加强式节点作顶底角钢连接,并与其他几种连接节点形式对比,通过计算得出各种节点的梁柱连接荷载-位移曲线、初始刚度、极限弯矩以及角钢的极限弯矩等。研究发现新型节点域箱形加强式节点连接的极限弯矩是传统弱轴连接形式的1.2倍,是第一类T形板件弱轴连接形式的1.12倍,是第二类T形板件弱轴连接形式的1.08倍,表明其具有更好的抗弯性能,另外其初始刚度是传统弱轴连接形式的1.35倍,受拉角钢的极限弯矩是传统弱轴连接形式的1.32倍。     

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。     

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。     

节点域箱形加强式工字形柱盖板加强连接异形节点非线性有限元分析

为了研究节点域箱形加强式工字形柱盖板加强连接异形节点的抗震性能,采用有限元分析软件ABAQUS对节点域箱形加强式工字形柱标准型与盖板加强型异形节点进行循环加载模拟分析。结果表明,两种连接形式的节点域箱形加强式工字形柱异形节点破坏时均在梁端形成塑性铰,都具有良好的滞回性能及耗能能力,盖板加强型异形节点能够有效地实现塑性铰外移,满足"强节点弱构件"及"强节点域"的抗震设计要求;相比标准型异形节点,盖板加强型异形节点具有较高的承载力及初始抗侧刚度,但延性性能略低于标准型异形节点;节点域上、下核心区不作为整体协同工作。     

箱形节点域H形柱弱轴削弱型连接的设计方法

为了实现"高延性-高弹性承载力"的抗震设计思路和推广削弱型RBS(Reduced Beam Section)连接在H形柱钢框架中的应用,提出了一种适用于H形柱弱轴的箱形节点域RBS连接的设计方法和步骤。通过一个多层钢框架工程的设计,验证了所提RBS型连接设计方法的可靠性。采用ABAQUS有限元软件对该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、延性系数。研究结果表明,新型箱形节点域H形柱弱轴RBS连接的设计方法合理、可靠,应用该方法设计的H形柱弱轴连接节点能够实现梁"塑性铰"的外移,节点具有较高的延性和承载能力,能够满足抗震规范中"强柱弱梁"和"强节点弱构件"的抗震设计要求。     

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。     

节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接腹板开孔型节点的滞回性能研究

采用有限元软件ABAQUS对节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接普通节点和腹板开孔型节点进行有限元分析,研究了开孔参数、轴压比、钢材强度对节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接腹板开孔型节点滞回性能的影响。分析结果表明:在循环荷载作用下,在弹性阶段节点腹板开孔参数对节点骨架曲线影响不大;进入弹塑性阶段后,开孔参数对节点的承载力影响较大,其中开孔直径对节点的滞回性能影响最大,开孔位置次之;轴压比对节点的滞回性能基本无影响;随着钢材强度的提高,节点的屈服承载力和极限承载力随之也提高,并且其延性也在降低,中强度钢材可以满足延性的要求,因此可以通过提高钢材的强度来提高节点的抗震性能。另外提出了一种适用于弱轴连接的加强型与腹板开孔型并用的新型节点。通过有限元分析发现新型节点能够综合加强型节点与腹板开孔型节点的优点,实现塑性铰外移和增加使用功能的要求,有效地保护节点,达到"强节点弱构件"的目的,具有一定的工程应用价值。     

节点域箱型弱轴连接全焊加强型节点抗震性能分析

为了更全面地对比分析节点域箱型弱轴连接不同局部加强型节点的抗震性能,以及局部构造对节点的抗震性能及破坏形态的影响。采用有限元软件ABAQUS建立多种不同局部加强型节点有限元模型,并将不同局部加强型节点与标准型节点在承载能力、滞回性能、刚度、断裂指数、退化性能、破坏形态及塑性铰形成位置等方面进行对比分析,同时结合国内节点域箱形弱轴连接研究课题组的试验和已有的焊接节点试验,验证了有限元模拟的准确性。研究结果表明:节点域箱型弱轴连接节点局部构造形式可以改善节点的破坏形态,实现塑性铰的外移,防止节点脆性断裂;采用节点域箱型弱轴连接的节点形式,同时考虑抗震及经济性等指标,腋板加强型节点承载力及刚度有较大的提高且滞回曲线饱满,耗能性能及延性也较好。因此建议节点域箱型弱轴连接的节点应采用腋板加强型节点。     

翼缘板加强型梁与节点域箱形加强型柱弱轴连接滞回性能研究

采用有限元软件ABAQUS对节点域箱形弱轴连接普通节点和翼缘板式加强型节点进行有限元分析,研究了翼缘过渡板的长度、翼缘过渡板的厚度、轴压比、钢材强度对节点域箱形弱轴连接翼缘板加强型节点滞回性能的影响。分析结果表明:在循环荷载作用下,翼缘板厚度对节点的滞回性能影响较小,建议翼缘过渡板tf的厚度取值范围为1.2t≤tf≤1.6t(t为梁翼缘厚度);翼缘板长度对节点的滞回曲线影响较明显,建议翼缘加强板长度l_p的取值范围为0.6h_b≤l_p≤0.8h_b(h_b为梁的高度);轴压比不宜过大,建议取0.6以下,否则无法满足"强柱弱梁"的抗震设防要求;随着钢材强度的提高,节点的屈服承载能力和极限承载能力随之也提高,但其延性也在降低,Q390以上的中高强度钢材不满足延性大于3的要求,因此中高强度钢材的应用有待进一步的研究。     

H形梁-柱弱轴角钢折形腹板连接的抗震性能分析

为了研究箱形节点域的H形柱钢框架梁柱弱轴角钢折形腹板连接的抗震性能,参考梁柱强轴连接的削弱参数,共设计了9个等肢角钢折形腹板弱轴连接系列试件和1个传统平腹板弱轴连接试件。利用有限元软件ABAQUS对折形腹板节点在循环荷载作用下的受力性能进行模拟分析,研究了角钢折形腹板节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线及塑性转动能力。研究结果表明,在循环荷载作用下,节点屈服以前,削弱参数对节点的滞回曲线影响不大;节点屈服之后,削弱参数对节点的滞回曲线、骨架曲线有一定的影响。研究结果还表明,角钢折形腹板弱轴连接节点的滞回性能、承载力、塑性变形能力均优于传统平腹板弱轴连接节点,滞回环更加稳定饱满,塑性转动能力提高了18.3%,延性系数均大于4.0。满足抗震规范要求,能够达到"强节点,弱构件"的设计理念。     

钢框架梁柱顶底角钢弱轴连接节点的滞回性能分析

基于目前对钢框架梁柱弱轴半刚性连接节点的研究现状,对顶底角钢弱轴连接节点进行了研究。首先通过ABAQUS模拟分析,在与试验对比验证的基础上,将一种新型节点域箱形节点作顶底角钢弱轴连接,设计7个试件,通过计算得到了在低周反复荷载作用下的弯矩-转角曲线、骨架曲线、耗能系数和初始刚度等节点参数,重点研究了角钢厚度、受拉角钢连接螺栓与角钢趾距离以及角钢肢长等设计参数对该种连接方式的工作性能的影响。研究发现:随着角钢厚度的增加,连接节点的承载能力、初始刚度和滞回性能明显提高,但抗震性能、耗能性能有所下降,随着受拉角钢连接螺栓与角钢趾的距离的增加,连接节点的承载能力、初始刚度和滞回性能均有所下降,但耗能性能有所提高,随着角钢肢长的增大,连接节点的承载能力随之降低,初始刚度和滞回性能变化不大,耗能性能变化也不明显。     

钢管混凝土柱-钢梁框架边节点有限元分析

文中利用ABAQUS对多层框架结构中存在空鼓的内隔板式矩形钢管混凝土柱-H型钢梁边跨节点,从钢管壁厚、轴压比两个变量因素进行模拟对比分析研究,结果表明在弹性阶段范围内,节点随着钢管壁厚的增加,钢管混凝土柱对边存在空鼓的试件的刚度逐渐增加,承载力有所提高;节点随着轴压比的增加,极限承载力、强度、刚度、抗震性能有所减弱,但是延性变形能力稍有增加。     

单调荷载下钢异形柱(T形)框架节点的力学性能研究

利用ANSYS有限元软件分析T形钢异形柱框架节点的基本力学性能,对软件分析得出的节点应力分布规律进行初步分析。结果表明,异形柱节点的柱侧翼缘受力复杂,应力呈反对称分布,可承担相当一部分弯矩作用。对翼缘和腹板宽厚比对节点承载能力和转动能力的影响进行研究,通过对比异形柱框架节点和传统的箱形柱节点在单调荷载作用下的承载能力和变形能力,得出异形柱节点的优越性,即承载能力强,节点转动能力大。     

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。     

H形梁翼缘双肋板加强式弱轴连接的抗震性能分析

提出了一种适用于工字形柱箱形节点域的H形梁翼缘双肋板加强式弱轴连接;应用ABAQUS有限元软件对标准节点、梁翼缘外侧双肋板加强式节点和梁翼缘内侧双肋板加强式节点共7个足尺计算模型进行了力学性能分析,研究了节点破坏模式、滞回特性、骨架曲线、耗能能力、塑性转动能力和延性等问题。结果表明:箱形节点域双肋板加强式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;梁翼缘内侧双肋板加强式节点可以达到与梁翼缘外侧双肋板加强式节点相同的抗震性能,并且改善了梁柱翼缘对接焊缝的应力;梁翼缘双肋板加强式节点的耗能能力和延性系数都有显著提高,塑性转动能力达到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。     

柱与柱法兰连接对多高层钢框架结构性能影响研究

为了研究装配式钢框架结构柱与柱螺栓连接半刚性节点对纯框架整体结构的影响,采用ANSYS有限元分析软件,对8层2跨钢框架整体结构进行了分析,研究了柱与柱半刚性连接钢框架在风荷载作用下的弹塑性性能,得到半刚性柱与柱连接节点对整体结构力学性能的影响规律。由于柱与柱半刚性连接节点的存在,钢框架在变形性能比刚性连接钢框架有一定提高,同时其侧向位移有所增大。对于柱与柱半刚性连接钢框架,由于柱与柱连接节点的柔性影响,会增大整体框架的梁端弯矩。     

穿心板式钢管混凝土柱-钢梁栓接节点抗震性能试验研究

为解决传统钢管混凝土柱-钢梁节点采用内隔板式连接构造时焊接施工困难、采用外环板式连接构造时空间占用过大以及柱子截面较大时室内出现凸角的问题,文章提出两种穿心板式窄截面钢管混凝土柱-钢梁栓接节点,阐述了节点的构造组成、设计原理及受力过程;设计了2个竖向穿心板式十字形节点、2个水平穿心板式十字形节点,并对两种节点均进行单调...