钢框架结构梁柱刚性节点抗震设计

钢框架梁柱刚性连接节点是钢结构抗震设计中的重要环节，在总结了梁柱刚性节点破坏形式的基础上，指出了抗震设计计算的要点，针对具体梁端削弱式节点和梁端加强式节点，提出了相应的构造措施和应用特点，具有一定的工程理论及实践意义。     

盖板加强型狗骨式节点的性能分析

基于对"强节点弱构件"这一概念的深化,对现有梁柱延性节点形式实行改进,即局部加大梁端焊缝截面,而且在离梁端一定距离处又适当削弱梁翼缘尺寸(以下称盖板加强型狗骨式节点),使梁端塑性铰外移的同时,梁柱节点既有较强的承载能力,又具备较好延性。利用ANSYS软件对盖板加强型狗骨式节点、狗骨式节点、盖板加强式节点以及普通型四种形式节点进行循环荷载下的非线性有限元分析,分析结果表明:盖板加强型狗骨式节点由于将塑性铰外移,增强了结构的耗能能力及延性性能,而又使节点的承载能力和初始刚度明显高于狗骨式节点,相对于盖板加强式节点,梁端翼缘截面尽管加强,但由于在离梁端一定距离处又适当削弱梁翼缘尺寸,不需要加大柱截面,从而达到节约钢材的目的。     

新型钢结构梁柱节点关键部位的应力分析

采用ANSYS有限元分析软件,比较分析翼缘加强型狗骨式节点、狗骨式节点、扩翼式节点和普通刚性节点4种模型在单调荷载作用下关键部位的应力分布情况.结果表明:翼缘加强型狗骨式节点和狗骨式节点塑性铰外移效果显著,而且不需加大柱的截面;而翼缘加强型狗骨式节点与狗骨式节点相比较可知,由于梁翼缘截面的扩大有效地减小了焊接接头的应力值,梁端焊缝负担得到缓解.     

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。     

钢结构梁柱刚性节点的抗震设计

通过学习现行《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)关于抗震节点设计的条文,总结出了钢结构房屋梁柱刚性连接节点设计的几个要点,针对具体梁端消弱式节点和梁端加强式节点,提出了相应的构造措施和应用特点.     

削弱梁端的方钢管混凝土柱-钢梁栓焊连接节点的有限元分析

对内隔板式方钢管混凝土柱-钢梁栓焊连接节点提出了三种新型的梁端削弱方式,应用通用程序ANSYS对其进行三维非线性有限元分析,将计算结果与无削弱节点、狗骨式节点的分析结果进行对比。研究结果表明:翼缘开孔和翼缘腹板同时开孔的削弱方式能使梁端塑性铰明显外移,防止连接节点脆性破坏,可供实际工程设计参考。     

梁端翼缘扩大型连接的抗震性能研究

通过试验及数值分析方法研究了钢框架梁端翼缘扩大型连接节点的滞回性能、极限承载力、破坏模式、刚度及强度退化等抗震性能。研究结果表明:梁端翼缘扩大式节点可以将塑性铰转移到梁翼缘扩大端截面以外位置,避免梁端焊缝发生脆性破坏;加强侧板末端截面有明显突变和热影响区影响使钢材变脆应力集中现象严重,制约了节点塑性耗能深入发展;直接扩翼型节点塑性铰中心形成于扩翼圆弧段末端,远离柱翼缘,达到了塑性铰外移的目的;在循环荷载作用下,翼缘及腹板随局部屈曲塑性变形的不断积累,导致试件的强度出现退化;节点构造形式对抗震性能影响显著,直接扩翼型节点的塑性变形和耗能能力较好,推荐在强震区采用。     

钢框架肋板加强式连接节点域的力学性能研究

为深入研究钢框架肋板加强式连接节点域抗震机理,采用有限元数值模拟分析方法对比分析肋板加强式和普通梁柱连接节点域在整个加载过程中的变形、应力变化规律及极限承载力。结果表明:随梁端位移增加,肋板加强式连接节点域变形呈板件中心鼓曲并逐渐向四周扩散的环状分布状态,节点域中心处剪切变形最大,四周边缘较小;肋板加强式连接节点域的剪力-剪应变曲线更加饱满,具有稳定的塑性变形能力和良好的耗能能力,其抗剪承载力明显提高;肋板加强式连接节点域进入塑性阶段后,节点域等效应力和剪应力有所降低,表明梁端设置的加强肋板可以提高梁柱连接节点域的耗能能力。     

梁端腋板加强节点抗震性能试验研究

针对钢框架梁端腋板加强节点,设计制作6个梁柱节点试件,进行低周往复加载拟静力试验,分析对称和非对称腋板加强式节点的破坏模式、承载力、延性、耗能、刚度及承载力退化等抗震性能,并与板式加强式和普通节点试件的抗震性能进行比较。试验研究表明:梁端腋板加强式节点试件在加载过程中表现出良好的塑性变形能力,能有效将塑性铰移至加强板以外位置,荷载-位移滞回曲线比较饱满,表现出良好的耗能能力和延性,加强板末端梁腹板设置的横向加劲肋可以减缓腋板端部变截面处的应力集中现象。非对称腋板加强式节点试件的正负向加载刚度表现出不对称性,随梁端塑性铰形成,等效刚度退化趋向稳定,普通节点试件等刚度退化曲线呈直线降低,非对称腋板加强式节点试件的承载力退化曲线波动较大。     

方钢管混凝土柱-削弱钢梁端栓焊连接节点受力性能

采用三维实体单元,对“带内隔板的方钢管混凝土柱削弱梁端钢梁栓焊连接框架节点”建立了考虑几何非线性、材料非线性和接触非线性的有限元理论分析模型,将有限元模型与试验模型进行对比分析,规律方面吻合较好,进而对“框架节点”在单调和低周反复荷载作用下的受力性能进行了数值分析,深入研究了其荷载位移曲线、节点区梁端的应力分布规律、耗能能力及破坏特征。研究表明：各种梁端削弱节点P Δ曲线的初始刚度和梁端无削弱节点的初始刚度基本相同;梁端削弱节点的承载力比梁端无削弱节点的承载力有所降低,但降低幅度不大;梁端削弱节点均能够将塑性铰外移致梁端削弱区域;各种削弱形式的梁端削弱节点均表现出良好的延性及耗能能力,具有较好的抗震性能。     

装配式梁翼缘侧板加强-狗骨式削弱节点滞回性能及变参研究

提出一种新型装配式梁翼缘侧板加强-狗骨式削弱节点,利用有限元软件ABAQUS对其进行静力和拟静力加载分析; 在此基础上对该新型节点进行系列参数分析,设计了端板厚度t_d、梯形侧板末端斜边在梁长度方向的尺寸l_t、削弱区削弱深度c共3个变参数系列试件,探究各参数对节点滞回性能的影响,并给出设计参考建议。结果表明:在静力加载过程中,节点在梁端削弱区产生大量塑性变形,形成塑性铰破坏,该种破坏形式属延性破坏; 在拟静力加载过程中,节点滞回曲线饱满,表现出良好的耗能能力; 端板厚度t_d对节点滞回性能影响较大,对塑性铰的形成位置起决定作用,建议端板厚度t_d的取值为t_f≤t_d≤1.5t_f(t_f为柱翼缘厚度); 梯形侧板末端倾斜角度l_t对节点的承载能力和耗能性能有较大影响,建议倾斜角度的正切值取值为0.27≤tan(θ)≤0.59(θ为侧板末端角度); 削弱区削弱深度c影响着节点的承载力和延性系数等多项指标,削弱深度的取值应该综合考虑承载力和耗能能力2种性能的影响,建议削弱深度的取值为0.18b_f≤c≤0.25b_f(b_f为梁翼缘宽度)。     

狗骨式型钢高强混凝土边节点抗震性能试验研究

为了研究狗骨式型钢高强混凝土(HSRC)框架边节点的抗震性能,对9个边节点试件进行低周反复荷载试验。试验结果表明:设计合理的狗骨式型钢高强混凝土框架边节点具有良好的位移延性和滞回特性;轴压比小的试件,其节点的滞回曲线较丰满,骨架曲线较平缓,延性与耗能能力相对较好;在轴压比相等或相近的情况下,对梁型钢采用狗骨式削弱的试件较普通试件具有更好的延性性能和耗能能力,位移延性系数提高幅度为10%～25%;对节点附近梁端型钢翼缘采取狗骨式削弱,能够将框架梁的塑性铰从梁端根部转移到削弱部位,从而有效地提高节点的抗震性能,达到延性设计的目的。     

装配式可更换梁段腹板开孔削弱型节点滞回性能

为了使塑性铰出现在可更换梁段上的削弱处,提高节点的受力性能,提出了装配式可更换梁段腹板开孔削弱型节点,运用有限元软件ABAQUS对该新型节点展开循环荷载作用下的受力性能分析,探讨了腹板开孔半径、腹板开孔位置、梁端端板板厚和连接端板板厚对该新型节点滞回性能的影响。结果表明:梁腹板开孔半径对节点滞回性能的影响较为显著,开孔过大或者过小都会对节点的滞回性能造成不利影响,建议梁腹板开孔半径r=(0.225～0.25)h(h为梁截面高度); 腹板开孔圆心至梁端端板距离l过小时,不利于保护端板焊缝,距离过大时节点破坏形式接近传统端板节点,无法实现塑性铰外移的目的,建议腹板开孔时l=(0.7～0.8)h; 连接端板板厚与梁端端板板厚取值一致或适当减小,但不宜小于连接螺栓直径。     

Zur Rotationssteifigkeit standardisierter geschraubter Stirnplattenverbindungen nach Eurocode

Rotational stiffness of standardized bolted end plate connections according to Eurocode. This paper deals with standardized end plate connections of the German DSTV/DASt [1] and the Austrian‐Swiss Catalogue [2], which are widely used in practice. The rotational stiffnesses of the joints according to the caclulation model in Eurocode 3, part 1.8 [3] are compared with tabulated values [4]. The different joints are classified in order to illustrate, whether the joint has to be assumed rigid or semi‐rigid in the global analysis. Finally the influence of the geometry of the joint (beam depth, column depth, bolt diameter, profile type) and the strengthening of the column web on the rotational stiffness is shown to give general tendencies for practical work. In addition the influence of the individual components on the rotational stiffness of the joint is presented.     

二次受力下自密实混凝土加固框架节点抗震性能试验研究

通过对3个自密实混凝土加固框架中节点和1个未加固的对比框架节点进行二次受力下自密实混凝土框架节点的拟静力试验,研究不同初始受力对自密实混凝土加固节点抗震性能的影响。柱轴压比为0.3,梁端初始力为0、0.25、0.50倍的被加固试件预估梁端开裂荷载。通过对试件破坏过程、新老钢筋应变、荷载位移滞回曲线等试验结果的分析得出：采用自密实混凝土增大截面法加固框架节点,新老混凝土的协同工作性能良好;考虑初始受力的影响,加固节点的极限荷载、极限位移、梁端位移延性系数等都会降低,且降低的程度随梁端初始荷载的增大而增大,在加固设计中应予以考虑。     

CFRP环包加固RC梁柱边节点抗震性能试验研究

传统CFRP加固钢筋混凝土梁柱节点技术无法克服正交梁空间障碍,难以对节点核心区形成有效横向约束,且易出现CFRP端部锚固失效,影响加固效果。引入金刚石绳锯切割技术,实现对节点核心区CFRP布的环包黏贴加固。为验证该加固方法的可行性和有效性,进行5个RC梁柱边节点试件在水平低周往复加载下的抗震性能试验,对试件的破坏特征、滞回性能和耗能能力等抗震性能指标进行分析,并将加固试件与未加固试件和“强节点”试件进行对比分析。试验结果表明：该加固方法显著提高了节点核心区受剪承载力,抑制节点核心区斜裂缝发展,实现破坏位置转移和破坏形态改变,加固后试件的破坏形态由节点核心区的脆性剪切破坏转变为梁端延性弯曲破坏,试件的承载能力、延性和耗能等抗震性能指标均得到明显提高,且加载过程中加固试件CFRP布未出现搭接锚固失效或界面剥离,加固效果显著,验证了CFRP环包加固技术的可行性和有效性。在试验和理论分析的基础上,提出了CFRP环包加固RC梁柱节点核心区斜截面承载力计算式,能较好地预测加固RC框架节点斜截面承载力。     

多高层房屋钢结构梁柱刚性连接节点的抗震设计

以实际算例分析了在美国北岭地震和日本阪神地震中 ,数百幢多高层钢结构房屋的梁柱刚性连接节点受到严重破坏的根本原因 ,提出在钢结构梁柱节点抗震设计中必须遵守的两个基本原则 ,同时还推荐了几种具有良好抗震性能的梁 -柱刚性连接节点。     

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。     

Experimental study on seismic performance of RC exterior beam-column joints strengthened by annular CFRP sheets wrapping

传统CFRP加固钢筋混凝土梁柱节点技术无法克服正交梁空间障碍，难以对节点核心区形成有效横向约束，且易出现CFRP端部锚固失效，影响加固效果。引入金刚石绳锯切割技术，实现对节点核心区CFRP布的环包黏贴加固。为验证该加固方法的可行性和有效性，进行5个RC梁柱边节点试件在水平低周往复加载下的抗震性能试验，对试件的破坏特征、滞回性能和耗能能力等抗震性能指标进行分析，并将加固试件与未加固试件和“强节点”试件进行对比分析。试验结果表明：该加固方法显著提高了节点核心区受剪承载力，抑制节点核心区斜裂缝发展，实现破坏位置转移和破坏形态改变，加固后试件的破坏形态由节点核心区的脆性剪切破坏转变为梁端延性弯曲破坏，试件的承载能力、延性和耗能等抗震性能指标均得到明显提高，且加载过程中加固试件CFRP布未出现搭接锚固失效或界面剥离，加固效果显著，验证了CFRP环包加固技术的可行性和有效性。在试验和理论分析的基础上，提出了CFRP环包加固RC梁柱节点核心区斜截面承载力计算式，能较好地预测加固RC框架节点斜截面承载力。