翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载

为研究翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能,采用有限元分析软件ABAQUS对普通节点和翼缘削弱型节点的空间钢框架模型进行有限元模拟,对2种钢框架模型的破坏形式、承载力、滞回性能、耗能能力、强度及刚度退化性能等进行了对比分析。结果表明:翼缘削弱型节点可使梁端塑性铰外移至梁端翼缘削弱处,避免梁端焊缝处应力集中导致脆性破坏;翼缘削弱型节点等效粘滞阻尼系数与普通节点空间钢框架相比有明显的提高,进入屈服阶段后由于应力重分布,其刚度及承载力退化速度较普通节点空间钢框架慢,翼缘削弱型节点钢框架具有梁铰延性破坏机制,抗震性能较好。     

梁端翼缘削弱型节点空间钢框架抗震性能试验研究

为研究梁端翼缘削弱型节点钢框架的抗震性能,设计钢框架试验加载装置,进行1∶3缩尺比例的2榀2层1跨梁端翼缘削弱型节点空间钢框架的低周往复荷载试验,研究其受力特点及破坏形态,对模型框架结构的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、承载力退化、塑性耗能能力等抗震性能进行分析。试验结果表明:空间钢框架的8个梁端翼缘削弱型节点塑性铰均外移至圆弧削弱区域,所有节点的梁柱连接焊缝均未出现裂缝,荷载-位移滞回曲线饱满,破坏时结构位移延性系数介于3.05~3.82之间,等效黏滞阻尼系数介于0.34~0.41之间,弹塑性极限位移层间转角介于0.035 5~0.044 5 rad之间。钢框架梁柱连接采用圆弧削弱型节点可使梁端应力平缓过渡,避免梁柱连接焊缝处产生应力集中现象,钢框架塑性内力重分布后对圆弧削弱型节点的耗能性能没有明显影响。圆弧削弱型节点在钢框架中表现出较好的延性性能,提高了钢框架整体结构的抗震性能及塑性耗能能力。     

肋板加强型节点空间钢框架抗震性能研究

针对肋板加强型节点和普通节点空间钢框架的抗震性能,采用ANSYS有限元分析软件对比分析了两种钢框架的破坏形态、承载力、滞回性能、变形能力、耗能能力以及退化性能.研究结果表明,肋板加强型节点可使梁端塑性铰外移至远离梁柱连接焊缝的梁上,避免梁端应力集中导致焊缝发生脆性破坏;肋板加强节点钢框架的极限承载力、等效黏滞阻尼系数与普通钢框架相比有明显提高,进入屈服阶段后由于应力重分布及肋板参与耗能,其刚度及承载力退化速度明显低于普通节点钢框架,肋板加强节点钢框架具有明确的梁铰延性破坏机制,抗震性能更好,推荐在强震区使用.     

扩翼式连接钢框架抗震性能试验研究

为了深入研究扩翼式连接钢框架的抗震性能,设计制作了一榀1∶2缩尺比例的两层扩翼式连接钢框架,采用试验和有限元分析方法研究了扩翼式连接钢框架在低周往复水平荷载作用下的荷载-位移滞回性能、刚度及强度退化、塑性铰变形能力、耗能以及破坏模式等抗震性能。研究结果表明,扩翼式连接钢框架在低周往复水平荷载作用下,塑性铰自梁柱连接焊缝位置移出,塑性铰中心在扩翼段变截面以外位置形成,达到保护梁端连接焊缝防止发生脆性断裂的延性设计目标;扩翼式连接钢框架的荷载-位移滞回曲线表现出较好的塑性变形和耗能能力;进入屈服后随荷载增加受二阶效应影响结构的强度退化呈加快趋势;梁端翼缘截面扩大后,梁端承载力相应提高,但节点域刚度有所降低,设计中应采取构造措施对节点域进行补强,避免出现"强梁弱柱"现象。     

钢桁架-混凝土组合剪力墙与钢连梁连接节点的抗震性能分析

型钢混凝土剪力墙具有抗震性能好、便于装配化的优点,该墙体和钢连梁连接节点的抗震性能严重影响结构体系的安全。采用ABAQUS有限元软件建立精细化模型,分析了以剪切塑性变形为主的节点和以弯曲塑性变形为主的节点的抗震性能。通过低周往复加载,观察节点的破坏形态,并对节点的滞回性能、骨架曲线、刚度退化曲线、等效黏滞阻尼系数以及位移延性系数等进行分析,探明了节点处腋梁、侧肋板、墙体斜撑及翼缘削弱等对节点抗震性能的影响。研究表明：节点处设置腋梁或侧肋板可提高节点初始刚度及承载力,并使塑性铰外移,减小边柱变形,实现“强节点”的抗震需求,但增加侧肋板将降低节点的延性;翼缘削弱将降低节点初始刚度及承载力,但对刚度退化影响较小;翼缘削弱后增设腋梁、侧肋板和斜撑对节点滞回曲线和骨架曲线影响较小。     

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。     

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。     

方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能研究

翼缘削弱型节点可将塑性铰外移到梁端,从而有效地保护节点,避免发生脆性连接破坏。基于ABAUQS软件,参照目前钢框架节点的削弱参数取值,对方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能的影响进行了数值模拟,结果表明:合理选择相应的翼缘削弱参数,可在承载力降低不明显的情况下实现此类节点塑性铰外移,且位移延性有所提高。基于前述模型,对此类节点的翼缘削弱参数对其承载力和位移延性的影响进行了参数分析,最终建议了此类节点削弱深度的合理取值范围。     

腋板加强型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能研究

为对比分析普通节点和腋板加强型节点钢框架的抗震性能,采用ANSYS有限元分析软件对两种不同节点形式的钢框架建立三维空间计算模型,进行了低周反复荷载作用下的有限元模拟。对比分析了两种节点钢框架模型的破坏形态、滞回性能、承载力、耗能能力、强度及刚度退化性能。分析结果表明,腋板加强型节点钢框架能有效地提高钢框架的承载力,达到塑性铰外移的目的,滞回曲线饱满,具有较强的耗能能力,退化性能较普通节点钢框架更缓慢。研究内容可为工程应用和理论分析提供参考。     

翼缘削弱的型钢混凝土框架抗震性能研究

为了研究翼缘削弱的型钢混凝土框架的抗震性能,对一榀两跨三层型钢混凝土框架模型进行了低周反复荷载试验。框架模型按"强柱弱梁"原则设计,且对节点核心区附近梁端工字形型钢的上、下翼缘采取狗骨式削弱,并适当增加最大削弱部位纵向钢筋的配筋率。通过对框架模型顶层施加低周反复水平荷载,观察了框架模型的破坏过程,测得框架模型的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线以及各阶段的荷载和位移值,并分析了框架模型的延性、耗能、强度降低、刚度退化以及破坏机制。试验结果表明:框架模型的承载能力、变形能力和耗能能力高,延性大(延性系数大于7),满足延性框架的抗震要求。进一步分析了翼缘削弱在型钢混凝土框架中的具体作用。分析结果表明:翼缘削弱不仅能将塑性铰从梁端根部转移到翼缘削弱部位,从而降低节点核心区所受的剪力以及梁柱连接焊缝的应力,而且有利于框架形成梁铰耗能机构,从而提高框架的整体耗能能力。翼缘削弱能有效提高型钢混凝土框架的抗震性能,可在型钢混凝土     

轴压力对梁端削弱的钢框架的滞回性能影响分析

为了对比不同梁端削弱形式的钢框架的滞回性能,运用有限元软件ABAQUS首先对试验试件进行了实体建模分析,验证了本文有限元建模方法的正确性之后,对梁端形式分别为RBS型、腹板开圆孔型及楔形削弱型的钢框架进行了循环荷载作用下的模拟分析。结果表明:钢框架的初始刚度和承载能力基本不受梁端削弱方式不同的影响;当柱顶施加轴压比为0.45的轴压力时,不同梁端削弱方式的钢框架的破坏均为柱翼缘的屈曲破坏;当不施加柱轴压力时,各削弱形式的钢框架均实现了梁上塑性铰外移,延缓了下部柱翼缘的屈曲破坏,且承载能力有大幅提高;钢柱的轴压力对钢框架的破坏形态有显著影响,在试验和工程设计中均应考虑。     

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。     

PEC柱-型钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究部分包裹混凝土(PEC)柱-型钢梁框架中节点的抗震性能,以端板厚度、柱翼缘宽厚比以及是否增设背垫板为参数,对4榀焊接H形钢部分包裹混凝土柱-型钢梁框架中节点进行低周反复荷载试验,分析其破坏模式、承载力、滞回性能及延性等。并以此为基础,建立有限元拓展模型。试验和有限元结果表明：各节点滞回曲线均为饱满的梭形;节点处梁翼缘、腹板变形明显,节点域出现塑性铰;端板厚度由18mm增加到24mm,节点承载力提升7.1%;柱翼缘宽厚比由8减小到6,节点承载力提升17.3%;增设背垫板后,节点承载力提升14.2%;加载过程中节点刚度退化稳定,屈服后承载力退化系数约为0.9;节点位移延性系数介于3.72~5.34之间,等效黏滞阻尼系数介于0.537~0.619之间;节点破坏时,层间位移角介于1/26~1/24之间,变形性能满足抗倒塌设计要求。基于节点受力分析,建立节点域抗剪计算模型,提出PEC柱-型钢梁框架中节点受剪承载力计算公式,计算结果与试验值及有限元模拟结果较为吻合。     

不同构造形式延性节点的钢框架损伤退化滞回性能有限元分析

针对空间钢框架在低周反复荷载作用下的滞回性能、破坏机理和损伤退化性能等进行了有限元分析。研究结果表明:加腋型节点钢框架可以有效降低梁柱翼缘连接焊缝处应力,与其他构造形式节点相比,其耗能能力较强;翼缘板加强型节点可使梁柱翼缘焊缝处应力降低约20%。不同构造形式节点钢框架在低周反复荷载作用下承载力化正负向退化不一致;刚度退化曲线差别很小,钢框架节点形式的构造差异对其刚度退化曲线影响不显著。     

负载下钢框架梁柱节点盖板法加固承载性能的有限元分析

为了研究钢框架梁柱节点通过梁翼缘焊接盖板加固后的受力性能,为新编国标《钢结构加固设计规范》提供依据,建立4个梁柱节点模型,采用循环加载方式,利用ABAQUS有限元软件研究节点在不同初始负载等级下的抗震性能,重点分析节点的破坏形式、极限承载力、滞回特性、延性和耗能能力、刚度退化现象,并与加固前对比。结果发现:盖板法加固钢框架梁柱节点能够有效地提高节点的极限承载力和延性,并成功地将梁端塑性铰外移至距盖板末端约1/4梁高位置处,避免了梁柱节点焊缝位置处的破坏,实现了盖板法加固钢框架梁柱节点的效果。     

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。     

钢框架梁柱加强与削弱并用节点抗震性能研究

1994年北岭地震和1995年阪神地震后,大量钢结构梁柱节点发生了脆性破坏,采取构造措施使塑性铰外移从而保护梁端焊缝成为震后改进钢框架梁柱节点的主要思想。将加强型和削弱型两种方式相结合,采用钢框架梁柱加强与削弱并用节点,对其中2类3种钢框架梁端加强与翼缘削弱梁柱节点进行了大比例尺试验和有限元分析。研究结果表明,3种钢框架梁端加强与翼缘削弱梁柱节点均实现了塑性铰外移,保护了梁端焊缝,具有良好的塑性转动能力和耗能能力。研究成果为该2类节点用于工程实际提供了参考。     

翼缘削弱型节点钢结构的力学性能研究

对翼缘削弱型节点框架进行变形、平面内稳定承载力以及梁平面外屈曲等方面的综合分析。利用MATLAB数值语言编制有限元程序对框架进行变形分析;利用ANSYS有限元软件对框架结构进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析;在梁临界弯矩计算式基础上,采用梁单元对梁进行了平面外屈曲分析;将以上几方面的分析结果和普通节点框架的计算结果进行对比,详细阐述梁端削弱对翼缘削弱型节点钢框架的力学性能影响。研究结果表明:梁翼缘削弱会增大钢框架的侧向变形、降低钢框架的稳定承载力,导致梁更易发生平面外屈曲,在工程应用中要充分考虑梁翼缘削弱的影响。     

蜂窝组合梁钢框架抗震性能分析

为对蜂窝组合梁钢框架进行抗震性能分析,以蜂窝组合梁柱节点的抗震性能试验为基础,采用有限元软件模拟二层单跨正六边形孔蜂窝梁钢框架模型。研究开孔率、梁端第一孔到柱边距离对整体结构滞回性能的影响,分析蜂窝组合梁钢框架在低周往复荷载作用下的塑性铰产生机理与破坏形式。研究结果表明:考虑楼板组合效应的蜂窝梁钢框架的初始刚度大,延性较好,刚度退化明显,耗能能力也较好。蜂窝组合梁钢框架二层在相同位移加载下,其开孔率越大,第一孔到柱边距离越小,结构承载力越低,刚度退化越明显,并且结构进入屈服越早。蜂窝梁钢框架是由于柱脚翼缘板发生屈曲而导致结构丧失承载能力,结构塑性铰产生在梁端第一蜂窝孔处,远离梁柱连接节点,进而降低蜂窝梁钢框架节点焊缝处脆断的可能性,并提高转动能力,充分发挥钢材良好的延性。     

钢管混凝土柱H型钢梁全螺栓连接节点抗震性能的有限元分析

对6个不同参数的全螺栓隔板贯通节点的抗震性能进行有限元分析,研究了H型钢翼缘螺栓数量对梁柱节点抗震性能的影响。参照已有试验数据,获得柱端低周往复荷载的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线,并推导出隔板翼缘滑移阶段梁端弯矩计算公式。结果表明:翼缘螺栓为7列或9列时,SA系列隔板和SE系列梁端首先屈服,翼缘螺栓为5列时,螺栓首先剪切破坏;滑移阶段(刚度下降)柱端荷载与翼缘螺栓数量成正比。增加螺栓可减轻节点刚度下降程度;理论公式可用于计算刚度下降时梁端弯矩。