梁柱盖板连接的滞回性能研究

盖板加强式梁柱刚性连接节点是使塑性铰外移以提高节点塑性变形的一种改进形式。为了研究梁柱盖板连接的滞回性能,在考虑材料、几何和接触状态非线性基础上,采用三维实体单元对梁柱盖板连接进行了循环加载有限元模拟。设计了4组共12个试件,研究了节点域厚度、梁高、盖板长度及轴压比等参数对盖板连接滞回性能的影响。有限元分析结果表明:大部分节点表现出良好的延性,梁端位移超过80mm;节点域厚度越厚,连接的承载力和刚度越高;梁高越大,连接的延性越差,可能会发生强梁弱柱破坏;盖板长度对节点性能没有显著影响;轴压比越大,节点的强度、刚度和延性会显著降低。     

翼缘削弱型外伸端板H形柱弱轴连接的力学性能分析

为解决H形柱外伸端板弱轴连接抗震性能不足的问题,提出了一种翼缘削弱型外伸端板梁柱弱轴连接。利用有限元软件ABAQUS对削弱型端板节点和普通端板连接节点进行了低周反复荷载下的力学性能比较分析,并研究翼缘削弱几何参数对削弱型端板节点受力性能的影响。研究结果表明:削弱型端板节点的塑性转动能力平均值约为0.05 rad,与普通端板连接节点相比具有较好的抗震性能;削弱型端板节点破坏出现在远离节点域的削弱区域,而柱子基本完好,满足"强柱弱梁"的抗震设计理念,按照欧洲标准EC 3的连接刚度分类,削弱型端板节点属于半刚性连接;翼缘削弱几何参数中,削弱区距柱端板的距离、削弱长度以及削弱深度对削弱型端板节点的极限转角,塑性转动能力等方面均有显著影响,应合理选择削弱参数;根据美国标准FEMA-350中对削弱参数的规定,给出了翼缘削弱几何参数的建议取值范围。     

H形梁与H形柱弱轴单板简支连接性能研究

研究了H形梁和H形柱弱轴单板简支连接的受力性能。为了研究节点连接对于H形柱腹板的影响以及单板在节点受力过程中扭转问题,对H形梁与H形柱腹板的单板简支连接进行了试验研究。提出了节点部位H形柱腹板的抗弯和抗冲剪承载力计算方法;给出了提高节点单板抗扭转能力的构造要求。最后将理论计算、试验和有限元分析结果进行对比,验证了计算方法的准确性。     

弱轴半刚性角钢连接节点的伪静力试验研究

目前关于半刚性连接性能的分析主要集中在梁与柱强轴连接上,而对于梁与柱弱轴连接的研究并不多。通过顶底角钢与H型钢柱弱轴连接节点的伪静力试验,分析了两种弱轴顶底角钢连接节点在循环荷载作用下的受力性能和破坏机理。研究结果表明,该连接节点是典型的半刚性连接节点,具有明显的非线性性质,在地震荷裁作用下具有稳定的滞回性能和良好的耗能性能。     

半刚性钢框架梁柱弱轴端板连接的试验研究和有限元分析

空间钢框架结构的高等分析必须考虑梁柱弱轴连接的抗弯性能。为研究钢框架梁柱节点弱轴端板连接的性能,进行2个边柱弱轴端板连接试件和2个中柱弱轴端板连接试件的单调加载试验,并建立有限元分析模型。为与试验结果对比,有限元分析采用的构件几何尺寸、材料特性等参数和加载过程均与试验相同,对比显示有限元分析结果和试验结果吻合较好。明确了弱轴端板连接的应力分布、塑性发展、变形特点和破坏模式。研究表明:①梁柱弱轴端板连接具备一定的转动变形能力和良好的弯矩承载能力,在端板受拉区可能形成塑性铰;②梁端弯矩较小时弯矩-转角曲线就体现出非线性的性质,弱轴端板连接属于典型的半刚性连接;③中柱节点和边柱节点弱轴端板连接的承载力基本一样,但半刚性特性差别很大。     

弱轴半刚性角钢连接节点的伪静力试验研究

目前关于半刚性连接性能的分析主要集中在梁与柱强轴连接上,而对于梁与柱弱轴连接的研究并不多.通过项底角钢与H型钢柱弱轴连接节点的伪静力试验,分析了两种弱轴顶底角钢连接节点在循环荷载作用下的受力性能和破坏机理.研究结果表明,该连接节点是典型的半刚性连接节点,具有明显的非线性性质,在地震荷载作用下具有稳定的滞回性能和良好的耗能性能.     

波折腹板钢梁柱弱轴半刚性连接性能研究

为研究波折腹板钢梁柱弱轴半刚性连接的性能,采用有限元软件ANSYS建立三维实体有限元模型,对连接进行加载模拟,得到弯矩-转角曲线、最大荷载时的节点区位移和von Mises应力云图、端板及节点附近柱腹板应变和变形,分析连接的受力性能。讨论了梁腹板高度、端板厚度和螺栓直径对弯矩-转角曲线的影响。研究结果表明:与梁受拉翼缘连接处的端板及与节点区域柱上加劲肋附近的腹板变形是梁柱产生相对转动的主要因素;梁腹板高度对连接的初始转动刚度及抗弯承载力有显著的影响;当板厚度与螺栓直径较小时,端板厚度与螺栓直径的变化对节点连接性能有较大的影响;随着外荷载的增加,弯矩-转角曲线由线性特征转为非线性。     

PEC柱(弱轴)对穿螺栓端板连接抗震性能研究

为了研究部分包裹混凝土组合(PEC)柱(弱轴)与型钢梁对穿高强螺栓端板连接节点的抗震性能,考虑端板厚度、盖板厚度以及节点构造形式3个参数,设计了两种不同构造的梁柱节点,对其进行低周往复荷载试验和有限元模拟,分析了各设计参数对试验节点滞回性能、承载能力、节点刚度、延性和耗能能力等指标的影响.研究结果表明:盖板厚度由14 ...     

弱轴连接的梁柱狗骨式节点性能研究

在钢框架中梁柱弱轴连接同强轴连接一样普遍,其理论分析和设计更为困难,研究其节点的性能具有重要的理论意义和重大的工程应用价值.狗骨式节点是针对传统刚性节点延性不容易保证、容易发生脆性断裂的缺陷提出的一种新型节点.考虑几何、材料和接触3种非线性的ANYSYS有限元软件,对弱轴连接的梁柱狗骨式节点在单向和循环荷载作用下的受力特点及抗震性能进行研究.结果表明:通过对靠近节点处梁翼缘的适当削弱,可以使得在结构刚度和强度降低较小的情况下,节点的延性显著增加;使地震作用下塑性铰偏离脆弱的节点焊缝,出现在具有较大延性的梁端,以充分发挥钢材的塑性性能.     

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。     

梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点的滞回性能研究

针对钢框架梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点的滞回性能和骨架曲线,参照梁柱强轴连接的削弱参数,设计了梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点系列试件,应用有限元软件ANSYS研究了削弱区中心至柱中心线距离、削弱宽度以及削弱深度对节点滞回性能的影响。研究结果表明:在往复荷载作用下,节点屈服以前,模型的削弱参数对节点的骨架曲线影响不大;节点屈服以后,削弱参数对节点的屈服荷载和极限承载力的影响比较明显,其中削弱部位的深度对骨架曲线的影响最大,削弱区中心至柱中心线距离对骨架曲线的影响次之,削弱部位长度对骨架曲线的影响最小。研究还表明强轴连接的削弱参数不能完全适用于弱轴连接节点,并给出了梁柱弱轴连接削弱参数的取值范围。     

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。     

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。     

部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点抗震性能试验研究

为研究不同连接构造的部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点(PEC梁柱节点)的抗震性能,对2个PEC梁柱节点试件进行了拟静力加载试验,研究了低周往复荷载作用下PEC梁柱节点试件的破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。结果表明：强轴连接PEC梁柱节点的滞回曲线呈梭形和弓形,在达到极限承载力后仍能保持一定的延性和耗能能力;弱轴连接PEC梁柱节点牛腿与梁间的焊缝处发生破坏,未展现出预期的耗能能力,PEC梁仍在弹塑性状态,没有达到极限状态;PEC梁柱节点核心区混凝土替换为加劲肋板后,试件仍具有较好的承载力、延性和耗能能力,刚度退化规律无明显变化,且强轴连接节点与弱轴连接节点刚度变化规律基本一致;PEC柱牛腿设计过短会导致焊缝连接处断裂,试件延性和耗能能力得不到发挥,剩余刚度较大。     

工型梁柱弱轴直线扩翼型节点的滞回性能研究

本文参照梁与箱型截面柱强轴连接时的扩翼参数,设计了3组工型梁柱弱轴连接的斜边为直线的扩翼型节点模型,应用有限元软件ABAQUS分析了节点扩翼参数对扩翼型节点滞回性能的影响规律。研究发现:当钢材达到屈服强度后,扩翼段的外伸宽度、扩翼段斜边沿梁纵向长度、扩翼段斜边根部至蒙皮板间的距离对节点骨架曲线的影响程度依次减小;工字型梁柱弱轴连接的扩翼参数取值范围小于扩翼梁与箱型截面柱强轴连接时更加合理。     

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。     

钢梁柱半刚性节点顶底角钢弱轴连接的有限元分析

空间钢框架结构的高等分析必须考虑梁柱弱轴连接的抗弯特性。为研究钢梁柱节点弱轴连接的弯矩-转角性能,进行3个顶底角钢弱轴连接大尺寸试件的单调加载试验,并建立有限元分析模型,有限元分析考虑几何大变形、材料非线性和接触非线性。为与试验结果对比,有限元分析采用的构件几何尺寸、材料特性、摩擦系数等参数和加载过程均与试验相同,对比显示有限元分析结果和试验结果吻合较好。这进一步明确了顶底角钢弱轴连接的应力分布、塑性发展、变形特点、接触摩擦状态和破坏模式。研究表明:顶底角钢弱轴连接具备一定的弯矩承载能力和良好的转动变形能力,顶角钢可以形成3个塑性铰机构;角钢弱轴连接与角钢强轴连接不同的是,柱腹板过于薄弱可以改变弱轴连接的变形模式;顶底角钢弱轴连接在使用荷载作用下接触状态稳定。     

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。     

T形钢连接梁柱半刚性节点滞回性能试验研究及数值分析

为研究T形钢连接梁柱半刚性节点的滞回性能,对6个T形钢连接梁柱半刚性节点试件进行拟静力试验。分析梁高、螺栓直径、T形连接件尺寸、螺栓个数以及柱截面面积等参数对节点的受力过程、破坏模式、滞回性能、延性性能的影响。利用有限元软件ABAQUS对试验过程进行分析,将分析结果和试验结果进行对比并分析了误差产生的原因。研究结果表明:T形钢连接梁柱节点变形性能良好,节点的极限转角均超过0.03 rad,是典型的半刚性连接节点;节点延性性能良好,各节点位移延性系数均大于3;各试件的滞回曲线在加载后期呈Z形,节点耗能系数较小(与端板连接半刚性节点相比);T形连接件尺寸和连接柱及T形件的螺栓个数是影响节点初始刚度、承载力和变形能力的主要因素,梁高对节点性能的影响次之;有限元分析结果与试验结果基本吻合;采用考虑材料循环塑性特征的有限元分析模型可以很好地预测节点在循环荷载作用下的受力性能。     

钢框架梁柱弱轴顶底角钢连接刚度的理论分析和试验研究

为研究梁柱弱轴连接的抗弯性能,进行了2类共6个大尺寸弱轴顶底角钢连接试件的单调加载试验,试验试件包括腹板-角钢连接试件和本文根据梁柱弱轴连接受力变形特点设计的T形钢-角钢连接试件。根据经典力学理论,推导了弱轴顶底角钢连接初始刚度的分析计算方法。梁柱弱轴角钢连接的刚度取决于各组件的刚度,角钢、螺栓和与角钢竖向肢连接的板件起决定作用,其中刚度最小的组件其几何尺寸对连接刚度的影响最明显。弱轴顶底角钢连接作为一种典型的半刚性连接,具备良好的变形能力、一定的弯矩承载能力和很好的钢材屈服后塑性强化能力。