加劲T形连接件有限元分析

根据T形连接件与端板受拉区的相似性,利用有限元分析软件ANSYS对单向受拉T形件连接节点进行三维非线性有限元分析。给出了T形件连接节点弯矩-转角曲线、节点变形及螺栓撬力分布和变化规律等,并将有限元结果与试验结果进行了全面的比较。研究表明,有限元方法能够很好地分析无加劲和加劲T形件连接的受力性能。工程中常用的加劲肋达不到预想的加劲效果;螺栓撬力的分布和变化规律与端板加劲肋的形状和厚度有密切关系。     

受拉T形连接件高强螺栓受力性能研究

对钢结构梁柱高强螺栓连接节点的T形连接件的受拉螺栓性能进行研究。改变T形连接件端板翼缘厚度、螺栓位置、螺栓直径和强度等级,同时考虑螺栓接触力偏心,对高强螺栓连接T形连接件进行受拉试验,研究弯矩对螺栓受力性能的影响。试验结果表明:随着T形连接件端板翼缘厚度降低、螺栓直径和强度等级减小以及螺栓内、外翼缘长比值远离数值1,弯曲应力占螺栓截面最大拉应力的比值上升,截面弯矩不能被忽略。采用有限元软件进行分析,分析结果和试验结果吻合较好。弯矩作用形成的拉应力最大可达总拉应力的25%。采用最小二乘法进行拟合,简化受拉T形连接件模型,得到了螺栓的弯矩和撬力计算式,可为钢结构梁柱高强螺栓连接节点设计提供参考。     

钢结构梁柱T型连接节点的力学性能分析

为深入对比分析T型连接件各参数变化对节点力学性能的影响,利用ANSYS有限元结构分析软件建立了10个不同构造尺寸的三维有限元计算模型,并对其进行单向静力荷载作用下的有限元分析。研究了翼缘板厚度、螺栓直径及螺栓平面构造等几何参数变化对其力学性能的影响。分析结果表明:T型连接节点具有较高的承载能力以及较强的塑性变形能力;改变T型连接件翼缘板厚度、螺栓直径以及螺栓中心至腹板边缘的距离对T型连接节点的力学性能均有明显影响;增加T型连接件翼缘板厚度和螺栓直径,可以提高T型件连接节点承载力,减小连接板件的变形和撬力。     

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。     

考虑孔周应力集中的摩擦型高强度螺栓抗滑移性能分析与设计方法研究

抗滑移性能是摩擦型高强度螺栓受剪连接的重要力学性能之一。为研究抗滑移性能的影响因素,设计并完成了单个高强度螺栓抗滑移性能试验和高强度螺栓群抗滑移性能试验,连接试件均为双面剪切且表面进行了抛丸处理。基于试验结果,建立了准确、可靠的有限元验证模型,据此对高强度螺栓受剪连接进行了参数分析,主要研究参数包括：螺栓预紧次序、连接板件厚度、垂直于内力方向的螺栓间距与边距以及顺内力方向的螺栓间距与边距。分析结果表明：连接板件最危险截面的塑性区分布对摩擦型高强度螺栓的抗滑移性能有着显著影响,设计时应考虑孔周应力集中现象对抗滑移承载力的折减;不同的截面受力情况对应的孔周应力集中系数存在明显差异。通过计算分析给出了螺栓抗滑移承载力折减系数建议值。相关研究成果可为摩擦型高强度螺栓受剪连接的设计提供改进思路。     

单边螺栓-T形件连接节点滞回性能试验研究

基于复式钢管混凝土双层钢管的截面特点,设计了单边螺栓-T形件连接节点,并对5个单边螺栓-T形件连接节点和1个穿芯螺栓-T形件连接节点进行了低周往复荷载试验。通过数字散斑相关方法(DSCM)得到了试件的弯矩-转角变化关系曲线。结果表明：试件滞回曲线均呈饱满Z形,节点破坏形态为T形件翼缘屈服后钢梁塑性变形,T形件因不同的加肋方式出现了三种变形特征。除了T形件翼缘厚度较薄且未加肋的试件为部分强度半刚性节点外,其余节点试件均为全强度半刚性节点;加肋T形件节点比无肋试件极限承载力提高了30%,但延性明显降低;对比穿芯螺栓-T形件连接节点,单边螺栓栓-T形件连接节点初始刚度略低、承载力相当,但变形能力明显提高,滞回性能得到改善;往复荷载下单边螺栓-T形件连接节点为拉压交替式工作,受拉螺栓能够得到较强的锚固连接强度,单边螺栓-T形件连接节点在复式钢管混凝土结构中传力可靠,结构整体性较好。     

不锈钢T形件螺栓连接承载性能分析与计算方法

为分析不锈钢T形件螺栓连接的静力承载性能,建立了能够准确考虑不锈钢材料力学性能、接触关系和撬力作用的有限元模型,对其进行数值分析,得出了主要参数对T形件连接静力承载性能影响规律:随着翼缘厚度的增加,T形件破坏模式由翼缘完全屈服(模式1)逐渐变为螺栓断裂(模式3);螺栓孔到腹板边缘距离的增大及翼缘材料名义屈服强度的降低仅会降低属于破坏模式1和翼缘屈服同时螺栓断裂(模式2)的T形件的承载力;螺栓直径的增大会提高T形件的承载力。考虑不锈钢材料的应变硬化能力,对翼缘板塑性弯矩进行修正,提出了不锈钢T形件螺栓连接的承载力建议计算方法。     

端板连接高强度螺栓群中和轴位置研究

为研究端板连接中高强度螺栓群的中和轴位置变化,对门式刚架外伸式端板连接进行了试验研究与理论计算.试验采用4种梁截面尺寸,选择端板厚度和端板加劲肋作为研究参数,对12个试件进行了单调加载试验,通过在螺栓杆无螺纹区开槽粘贴应变片测量了端板螺栓力的变化情况.理论计算系建立带弹性支座的连续梁模型模拟端板连接,将模型计算结果与试验结果比较分析,结果表明：加载过程中,螺栓群中和轴逐渐从其形心轴向受压区移动,但不超过受压翼缘内侧螺栓中心线;极限状态下,受拉翼缘和端板可简化为等效T型件.根据理论模型,进行了简单的参数分析,研究了撬力、端板厚度和螺栓排列等对连接性能的影响.最后结合试验结果及理论计算,对现有计算方法进行了评价.     

钢管混凝土柱T形件抗震性能试验及数值模拟

为获悉钢管混凝土柱T形件在地震作用下的破坏机理和力学性能,本文进行6个采用单边螺栓的钢管混凝土柱T形件的受拉循环往复加载试验。试验参数包括柱截面类型、钢材型号、端板形状和端板厚度。详细地分析新型T形件的破坏模式、滞回曲线和骨架曲线等。根据欧洲规范EC3的组件法,提出了钢管混凝土柱T形件的力学理论模型和螺栓刚度模型。利用ABAQUS有限元程序对此类新型T形件进行非线性全过程受力分析,考察了试件的破坏形态,试验结果验证计算模型的准确性。研究表明,热轧钢管混凝土柱T形件具有良好的抗震性能、延性和耗能能力;对于冷弯薄壁钢管混凝土柱T形件采用合理的构造措施和钢管厚度,能有效地提高其抗震性能及延性。     

螺栓对T形钢节点抗弯性能的影响

T形节点常用于描述螺栓抗弯连接节点的受拉区。目前,一般认为螺栓仅承受拉力。主要研究T形节点处螺栓抗弯性能的影响。首先,建立三维有限元模型,并将分析结果与已有文献中的试验结果进行对比验证。然后,使用该数值模型分析不同轴向拉力和螺栓弯矩下各类T形节点的性能。结果表明,螺栓弯矩对有些T形节点的失效模式产生了影响。给出用于计算弯矩和轴向拉力作用下单个螺栓承载力的交互作用公式,并采用有限元模型评估该公式的精确性。最后,为评估作为T形节点构件的螺栓的弯矩和轴向拉力,给出了分析模型。与数值分析结果的比较表明,该模型能够较好地给出考虑螺栓弯矩的T形节点的性能。     

预拉力螺栓连接焊接T形件受力性能研究

为研究焊接T形件连接的力学性能,对10个焊接T形件连接进行了静力拉伸试验,采用欧洲规范EN 1993-1-8（EC3）方法预测了T形件连接的初始刚度和塑性承载力,研究了螺栓预拉力对T形件连接初始刚度的影响。研究结果表明：当T形件连接的承载力由螺栓强度控制时,塑性承载力随螺栓直径的增加而增大;提高螺栓强度等级,可以提高试件的初始刚度,最大增幅约为47.8%,但对塑性承载力影响较小;螺栓至腹板边的距离d对T形件连接的初始刚度和塑性承载力影响均较大;当螺栓边距大于1.5d后,可忽略其影响;EC3规范中承载力计算公式低估了T形件连接的塑性承载力,初始刚度计算公式中忽略了螺栓预拉力的贡献,当翼缘板受约束程度接近简支和固接时,计算误差较大;采用Faella模型计算初始刚度预测翼缘板边界条件接近固接约束情况的T形件连接初始刚度精度较高,对于接近简支的情况仍需改进。     

高强度螺栓连接抗剪性能研究

为解决试验和实体模型有限元方法在研究高强度螺栓连接抗剪性能上的局限性,寻找一种简单准确的高强度螺栓连接抗剪性能的简化模型十分必要。采用通用有限元软件ABAQUS建立高强度螺栓连接的非线性有限元模型,对单元选取、螺栓受力行为、材料本构以及接触模型等方面进行详细说明;结合典型高强度螺栓抗剪试验,验证了所建立有限元模型的准确性和适用性,对高强度螺栓连接抗剪性能进行深入探讨。通过参数分析,确定了高强度螺栓连接抗剪简化模型的3个特征点,提出了此类螺栓抗剪简化模型以及循环荷载作用下的滞回模型。实例计算分析表明：建议的抗剪简化模型以及循环荷载作用下滞回模型能准确地模拟此种连接的受力性能,其构造形式简单,计算准确,为工程分析提供依据。     

冷弯薄壁型钢梁柱节点抗震性能试验研究

为研究冷弯薄壁型钢梁柱节点的抗震性能,设计了四个不同构造的T形梁柱边节点进行试验研究.分析了节点板厚度和螺栓间距等对节点承载力、刚度、延性及耗能性能的影响.试验中四个试件的破坏模式相同,均为冷弯型钢的受弯承载力破坏,说明这种构造的边节点可以有效地传递梁柱弯矩.本文根据试验结果,对这种连接节点提出了设计建议.     

循环荷载作用下高层钢结构建筑填充墙体性能与连接构造研究

为了研究不同墙体连接构造下高层建筑钢结构的抗震性能,进行了蒸压轻质加气混凝土(ALC)条板或砌块填充钢管混凝土框架结构的低周反复加载试验。根据填充墙施工安装工艺、钢结构特点和墙板类型,介绍了大板、条板和砌块等轻质墙体与钢框架的连接构造。通过试验研究了U形钢卡、钩头螺栓、摇摆连接件和角钢等连接构造对墙板抗震性能的影响。试验研究表明,在地震作用下,用U形钢卡或角钢内嵌与摇摆件外挂ALC条板的钢管混凝土框架结构具有良好的耗能能力;采用U形钢卡、钩头螺栓、摇摆件和角钢等合理构造措施,可以确保轻质墙体与钢管混凝土框架在地震作用下能协同工作和共同受力,并具有很好的安全保障;摇摆件连接由于具有良好的耗能性能,震后墙板基本无破坏,值得推广应用。     

新型卷边PEC柱(弱轴)-钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架抗震性能研究

为研究PEC柱在弱轴布置条件下与钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架的抗震性能,同时考察参数:摩擦耗能T形件腹板长圆孔尺寸、T形件翼缘对穿螺栓的布排方式、柱底连接方式的影响,按1∶2的尺缩比设计了4个1榀两层的框架结构试件模型,并利用有限元软件ABAQUS进行建模,基于经试验验证的有限元模型进行了低周往复水平加载的有限元参数分析,基于模拟数据,分析各试件模型在加载过程中的自复位效果、耗能能力、承载能力以及节点区传力机理。结果表明:所有试件在加载至相对侧移角0. 035 rad时,其卸载后的残余转角仍小于0. 005 rad,该框架结构具有优良的自复位效果;在结构进入设计预定的承压型受力模式前,结构的耗能由连接处摩擦耗能提供,转化为承压型受力模式后,结构主体构件进一步发挥作用并开始发挥材料耗能,较好实现了结构设计性态目标;柱脚固接试件具有更高的承载力与抗侧刚度,其受力发展进程更快;采用在T形件翼缘内外侧布置螺栓的实际工程做法可缓解T形件翼缘的翘曲变形,从而更有利于自复位连接受力进程的发挥;对于不同建筑功能的建筑,其要求的性态设计目标可通过T形件上长圆孔的尺寸来实现;采用摩擦T形件部分自复位连接的组合框架试件均有效实现了自复位效果、耗能能力和结构安全冗余度的有机统一。     

钢梁-钢筋混凝土柱单剪板连接节点约束弯矩试验研究

钢梁与混凝土柱单剪板连接节点形式简单、施工方便。在单剪板节点结构设计中,通常把该类节点简化成铰接节点,认为其只传递剪力和轴力,忽略梁端弯矩的作用,从而高估了预埋件的承载能力,给结构留下了安全隐患。为了研究单剪板连接节点的受力性能,对3个不同螺栓布置的钢梁-钢筋混凝土柱单剪板连接节点进行了静力加载试验,研究了螺栓数量、螺栓直径等因素对试件破坏模式、荷载-挠度曲线和约束弯矩的影响。结果表明：钢梁-钢筋混凝土柱单剪板连接节点的约束弯矩随螺栓群惯性矩的增大而增大;试件的承载力和刚度受高强螺栓布置数量的影响较大,受螺栓直径的影响较小。在试验研究的基础上,建立了单剪板连接节点的受力简化模型,根据模型给出了约束弯矩计算方法和弹性阶段节点折算偏心距计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

高强螺栓T形件受拉连接设计方法研究

钢结构高强螺栓T形件受拉连接的设计需考虑撬力影响,设计方法比较复杂,欧洲EC3、美国AISC和中国JGJ82等规范的设计方法均采用T形件模型理论,设计原理基本一致,但高强螺栓抗拉承载力设计值取值不同,各参数及钢材强度设计值取值也略有差异,故其设计结果也存在一定差异。对中美欧规范高强螺栓T形件受拉连接设计方法进行了比较分析,结合试验结果和算例分析了各国规范设计结果的差异。并根据分析结果、美欧规范方法以及相关参考文献研究结论提出了我国JGJ82修正设计方法,使得设计结果在保证安全储备的前提下更加经济,并一定程度上精简冗长的设计计算过程,更加便于工程应用。     

无粘结预应力混凝土平板-T形中柱节点抗震性能试验研究

在6个1:1.5缩尺无粘结预应力混凝土平板-T形中柱节点试件的试验基础上,本文对各试件在低周反复荷载作用下的受力过程和破坏特性进行描述,分析了无粘结预应力钢筋应力增量变化特点、板暗梁面筋和节点区附近板暗梁箍筋的应力变化特点,对比了T形柱不同截面参数和不平衡弯矩不同加载方向对该节点抗震性能和不平衡弯矩分配的影响,对该节点的抗震性能进行了评价。试验结果表明,节点的不平衡弯矩主要靠板的弯曲作用来传递,T形柱腹板长度c1对节点的抗震性能和不平衡弯矩分配系数等方面具有决定作用。文中采用隔离体方法对板柱节点进行受力分析,推导了节点剪力传递弯矩系数的计算公式,提出了节点理论抗弯承载力的计算方法。试验结果对工程设计有一定的参考价值。     

低周往复荷载作用下可变梁高装配式钢框架节点力学性能研究

在传统螺栓连接节点的基础上,提出一种可根据梁高在一定范围内调节节点连接高度的可变梁高装配式钢框架节点,适用于节点所连钢梁高度出现小范围变化时的情况。结合4个足尺试件在低周往复荷载作用下的试验研究及有限元分析,对采用不同L形连接件加强构造以及梁 柱连接对中方案时,节点的失效模式、滞回性能以及L形连接件的滑移情况进行了分析。结果表明,L形连接件的刚度将改变节点的受力性能,其椭圆螺栓孔构造会使节点在受力时产生一定的滑移,但该滑移对节点滞回性能的影响不明显;可忽略梁 柱连接对中方案对节点受力性能的影响;通过提高L形连接件的刚度,可使节点具有良好的滞回性能以及设计所期望的破坏模式;文中所采用的有限元分析方法可有效模拟节点滞回性能。该类节点可方便地应用于轻型装配式钢框架结构。     

高强度钢材螺栓连接抗剪性能试验研究

近年来高强度钢材在工程中得到了逐步推广和应用,尤其是Q460强度等级的高强度钢材。但是目前各国规范都尚未对高强度钢材螺栓连接设计方法做出具体规定,仍沿用普通强度钢材的设计方法。因此,需对端距、边距和螺栓间距等几何构造对高强度钢材螺栓抗剪连接性能的影响进行深入的试验研究。针对10,12 mm厚的Q460强度等级的高强度钢材进行螺栓抗剪连接试验,通过改变两个10.9级M27高强度螺栓的几何布置,研究不同端距、边距和螺栓间距情况下,高强度钢材的承压性能的变化情况。由试验可以观察到螺栓抗剪连接的3种不同的破坏模式:端部撕裂、孔壁拉长和板净截面拉断。同时还将试验得到的极限承载力与欧洲和美国钢结构设计规范设计值进行比较。结果发现,现有规范并不能很好地预测高强度钢材螺栓抗剪连接的破坏模式和极限强度,建议更深入地进行参数分析以完善规范设计方法。