钢框架腹板双角钢连接梁柱子结构抗倒塌性能分析

腹板双角钢连接作为梁柱节点的一种常用连接方式大量使用于钢结构工程中,其节点的受力性能和破坏方式与钢框架的抗倒塌性能密切相关.采用显式动力准静态法分析了腹板双角钢连接梁柱子结构在大变形下的抗力机制转换及破坏模式,并通过试验结果进行了分析验证.通过对影响钢框架梁柱子结构抗倒塌性能的主要因素(梁跨高比、连接角钢厚度及节点螺栓布置)进行参数分析,获得了一些有价值的结论,为同类连接形式的钢框架结构抗倒塌分析和设计提供参考.     

弱轴栓焊连接梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

栓焊连接是钢结构建筑中常用的节点形式之一,该节点的受力性能和破坏方式与钢框架结构的抗倒塌性能密切相关。针对栓焊连接节点,采用备用荷载路径法,选择两跨三柱型梁柱子结构作为研究对象,对三个不同跨度比（1:0.6, 1:1.0, 1:1.4）的弱轴栓焊连接梁柱子结构试件进行单调静力加载试验,对比分析了连续倒塌条件下三个试件的破坏模式、力学性能和抗力机制。试验结果表明：三个试件的破坏过程均为梁端受拉翼缘先后发生断裂,进而断裂截面部分内力转由腹板螺栓传递,且梁端受压翼缘屈曲,最终由于梁柱节点处梁腹板螺栓孔发生剪切破坏或梁腹板、节点板断裂使试件丧失承载力。通过分析试件的失效机理可知,三个试件的抗力机制发展过程经历了梁机制阶段、梁机制向悬链线机制转变的过渡阶段、悬链线机制阶段。弱轴栓焊连接节点具有较高的冗余度,当受拉翼缘断裂后节点仍具有一定的转动能力,剩余结构通过梁柱之间可靠的拉结力及梁端产生的较大转角保证悬链线效应能够充分发挥,且在之后的大变形中起主导作用,而梁柱节点变形的快速增大有利于梁柱子结构通过梁柱构件间的协同工作继续承担荷载。对不等跨弱轴栓焊连接梁柱子结构试件,其初始断裂部位往往位于跨高比较小的短梁,且短梁相比长梁的悬链线效应更为显著。     

典型钢框架结构节点的动态力学性能与延性分析

采用ABAQUS有限元软件分析了典型钢框架节点(狗骨式节点、端板螺栓连接节点和T型钢连接节点)抗倒塌性能,通过改变冲击荷载大小得到节点的荷载-位移曲线关系,从而得到节点的动态力学性能。分析结果表明,对于不同类型节点,在冲击荷载作用下均未形成悬索机构,且翼缘削弱部分和螺栓连接是梁柱子结构中的薄弱环节。提出了采用节点延性系数评估连续倒塌过程中节点延性的方法,定义不同类型节点结构动力荷载下的极限转动能力θmax与结构开始形成悬链线效应所达到的转角(θc)比值为节点延性系数。当节点延性系数大于1.0时,表示该节点结构能够形成悬链线效应,进入悬索作用阶段;延性系数越大,结构的安全储备越大。节点延性系数可以用于结构抗连续倒塌设计,评估结构是否考虑悬链线效应,以便对结构进行经济、合理的设计。     

梁-H型柱弱轴刚性拼接的子结构抗倒塌性能试验研究

梁柱连接节点是框架结构的重要组成部分,明确节点的受力性能是准确进行结构抗连续倒塌分析的前提。本文基于替代荷载路径法并考虑楼板的组合效应,以两跨三柱型组合梁-柱子结构为研究对象,设计制作了H型柱弱轴方向刚性拼接的栓焊连接、全螺栓连接子结构试件并命名为RWUF、RWUT。对子结构试件进行单调静力加载试验并对比了破坏模式、变形性能和抗力机理。结果表明：试件的加载过程均经历了弹性阶段、压拱阶段、混合机制阶段（梁机制与悬链线机制的混合阶段）,且子结构试件首次断裂均发生在混合机制阶段,悬链线效应的发挥为断后荷载的提升起到有利作用;试件的断裂均发生在梁段拼接处,弱轴栓焊连接试件在正弯矩区受拉侧焊缝断裂后破坏持续向腹板扩展直至丧失承载力,弱轴全螺栓连接试件的破坏仅为正弯矩区受拉侧盖板的断裂;螺栓发生有限滑移后,螺栓孔壁持续受到挤压发生轴向变形有利于塑性铰的转动,也为轴力的传递提供了路径,结构受荷后期悬链线效应显著,整体抗力得到提升;基于能量平衡原理对子结构进行动力评估可知,节点的非线性转动能力直接影响了结构的抗倒塌能力,弱轴采用全螺栓连接的结构具备更高的动力倒塌抗力。     

梁–H型柱弱轴刚性拼接的子结构抗倒塌性能试验研究

梁柱连接节点是框架结构的重要组成部分,明确节点的受力性能是准确进行结构抗连续倒塌分析的前提。本文基于替代荷载路径法并考虑楼板的组合效应,以两跨三柱型组合梁–柱子结构为研究对象,设计制作了H型柱弱轴方向刚性拼接的栓焊连接子结构试件（RWUF）和全螺栓连接子结构试件（RWUT）。对两种子结构试件进行单调静力加载试验并分析其破坏模式、变形性能和抗力机理。结果表明：两种试件的加载过程均经历了弹性阶段、压拱阶段、混合机制阶段（梁机制与悬链线机制的混合阶段）,且子结构试件首次断裂均发生在混合机制阶段,悬链线效应的发挥为断后荷载的提升起到有利作用;试件的断裂均发生在梁段拼接处,RWUF在正弯矩区受拉侧焊缝断裂后破坏持续向腹板扩展,直至丧失承载力,RWUT的破坏仅为正弯矩区受拉侧盖板的断裂;螺栓发生有限滑移后,螺栓孔壁持续受到挤压,并发生轴向变形有利于塑性铰的转动,也为轴力的传递提供了路径,结构受荷后期悬链线效应显著,整体抗力得到提升。基于能量平衡原理对子结构进行动力评估可知,节点的非线性转动能力直接影响结构的抗倒塌能力,弱轴采用全螺栓连接的结构具备更高的动力倒塌抗力。     

不同跨度比下腹板双角钢连接抗倒塌性能研究

以腹板双角钢连接的3个不同跨度比（1:0.6, 1:1.0, 1:1.4）两跨三柱型钢框架梁柱子结构为研究对象,通过单调静力加载试验和数值分析探究了其在连续倒塌条件下的破坏模式、力学形态、抗力机制和节点失效机理。结果表明,试件破坏均为失效柱与梁相连的两侧角钢因受拉发生断裂,且梁轴力、梁端节点转角以及角钢尺寸等是影响角钢肢断裂破坏的主要因素。3个试件具有相似的变形形态和破坏模式,其荷载峰值接近,但峰值荷载对应的失效柱水平位移随跨度比的增大而依次减小。对不等跨试件,变形较大时梁柱子结构因短梁梁端转角远大于长梁,使得内力重分布时线刚度较大的短梁将承担较多的水平荷载而先发生破坏。3个试件的抗力机制发展过程均可划分为梁机制与悬链线机制的混合阶段和悬链线机制阶段,且悬链线机制的充分发挥需要梁柱间具有可靠的拉结力。     

基于Pushdown分析的RC框架抗连续倒塌承载力研究

目的 分析了典型钢筋混凝土框架的抗连续倒塌承载力规律,为抗连续倒塌设计和研究提供参考.方法 采用非线性静力Pushdown方法,对不同抗震设防烈度的非整体现浇板框架和整体现浇板框架的抗连续倒塌承载力进行了分析和对比.结果 层间不均匀内力是导致多层框架梁共同作用时相对承载力偏低的原因.梁机制和悬链线机制作用下框架结构的抗倒塌承载力分别由框架梁的抗弯承载力和抗拉承载力决定.结论 抗震设计增强了框架在梁机制作用下的抗连续倒塌承载力,而对悬链线机制作用下的抗连续倒塌承载力提高有限.楼板显著增强了框架在梁机制作用下的抗连续倒塌承载力,而对悬链线机制作用下的抗连续倒塌承载力的增强效果则取决于参与工作的楼板宽度.     

不同柱失效对T型钢连接子结构抗倒塌性能影响

结构倒塌会引起严重的人员伤亡和巨大的财产损失,研究结构抗倒塌性能可为结构设计提供指导和参考依据。文章通过对不同柱失效梁柱子结构的有限元数值模拟,分析结构的破坏模式和抗力机制,研究跨度比对角柱失效工况下梁柱子结构抗倒塌性能的影响。结果表明：中柱失效前,其承担的荷载在失效后的小变形阶段将更多地通过与失效柱强轴方向相连的梁传递到边柱,而在失效后的大变形阶段强轴和弱轴方向传递荷载能力相差不大;边柱失效工况下,只在对称方向的梁内产生了悬链线机制;在角柱失效情形,子结构中的梁构件只经历了梁机制作用阶段。比较3种柱失效工况,其角柱失效最危险,其原因在于梁构件没有产生悬链线机制;在角柱失效工况下,随着跨度比的增加,梁柱子结构极限承载力逐渐减小。     

钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌能力及延性分析

以钢筋混凝土平面框架为分析对象,采用解析法讨论了钢筋混凝土框架结构连续倒塌全过程及相应抗连续倒塌机制和抗连续倒塌能力,推导了梁机制、复合机制、悬链线机制等各种抗力的理论计算公式。将这种分析方法和理论计算公式用于笔者完成的2个钢筋混凝土空间框架结构的连续倒塌试验,连续倒塌的抗力计算结果与试验结果符合较好。基于结构抗连续倒塌的自身特点,提出了"结构抗连续倒塌的延性要求与结构抗震的延性要求是不同的"这一观点,建立了钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌延性系数的定义和计算方法。结合连续倒塌过程、抗连续倒塌机制、抗力和延性的分析,提出了混凝土框架结构抗连续倒塌的延性设计要求。更多还原     

蜂窝型组合梁柱子结构抗倒塌性能研究

为研究蜂窝梁对组合梁柱子结构抗倒塌性能的影响,分别制作了1/3缩尺的实腹式组合梁柱子结构（WUF）和蜂窝型组合梁柱子结构（WUFC）试件,并对两试件进行中柱失效工况下的静力加载倒塌试验。试验结果表明：WUFC破坏模式为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先发生断裂,随后左右边柱节点处梁翼缘也发生断裂,而WUF的破坏模式仅表现为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先出现断裂,进而裂缝沿螺栓孔竖向发展并最终贯通被剪坏;两试件的变形形态与内力发展趋势相似,但WUFC具有更好的变形能力;二者抗力机制可划分为压拱效应阶段、梁机制阶段与悬链线机制阶段;在压拱效应阶段,由于开孔削弱了组合梁的抗弯刚度,WUFC的初始刚度较WUF下降了8.5%;在悬链线机制阶段,WUFC的悬链线机制得到了充分发展,WUFC的最大承载力和失效位移较WUF分别增大了42.7%和31.9%;梁腹板适当开孔有利于组合梁梁端节点转动与轴力的发展。通过ABAQUS对两个试件进行精细化建模,并与试验结果对比验证了有限元建模方法的正确性。通过对足尺模型的数值模拟研究了径高比、孔间距、孔边距等关键参数对WUFC抗倒塌性能的影响,数值分析结果表明：为保证WUFC具有良好的抗倒塌性能,径高比宜取50%~70%,孔间距宜取1.0~1.4倍的梁高,孔边距宜等于梁高。     

蜂窝圆孔型组合梁柱子结构抗倒塌性能研究

为研究蜂窝梁对组合梁柱子结构抗倒塌性能的影响,分别制作了1/3缩尺的实腹式组合梁柱子结构（WUF）和蜂窝圆孔型组合梁柱子结构（WUFC）试件,并对两试件进行中柱失效工况下的静力加载倒塌试验。试验结果表明：试件WUFC破坏模式为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先发生断裂,随后,左右边柱节点处梁翼缘也发生断裂;而试件WUF的破坏模式仅表现为中柱节点右侧钢梁下翼缘首先出现断裂,进而裂缝沿螺栓孔竖向发展并最终贯通被剪坏。两试件的变形形态与内力发展趋势相似,但试件WUFC具有更好的变形能力,二者抗力机制可划分为压拱效应阶段、梁机制阶段与悬链线机制阶段,在压拱效应阶段,由于开孔削弱了组合梁的抗弯刚度,试件WUFC的初始刚度较试件WUF下降了8.5%;在悬链线机制阶段,WUFC的悬链线机制得到了充分发展,WUFC的最大承载力和失效位移较WUF分别增大了42.7%和31.9%;梁腹板适当开孔有利于组合梁梁端节点转动与轴力的发展。通过ABAQUS对两个试件进行精细化建模,并与试验结果对比验证了有限元建模方法的正确性。通过对足尺模型的数值模拟研究了径高比、孔间距、孔边距等关键参数对试件WUFC抗倒塌性能的影响,数...     

钢-混凝土组合梁连续倒塌性能与倒塌机理分析

为了研究在中柱失效情况下钢-混凝土组合梁的连续倒塌性能,利用ANSYS软件对12根组合梁柱子结构试件进行了有限元建模,分析了混凝土板中配筋率、组合梁跨高比、栓钉间距、梁端纵向约束条件等参数对组合梁连续倒塌性能的影响。结果表明,板中配筋率、跨高比、钢梁高度等参数对组合梁的抗倒塌承载力影响显著;考虑悬链线工作机制的组合梁极限抗倒塌承载力约为按照塑性铰破坏模型计算所得抗倒塌承载力的1.34~1.86倍;进行组合梁的静力倒塌分析时应考虑荷载的冲击作用,倒塌荷载动力增大系数(DIF)可在1.13~1.41之间取值。     

爆炸荷载作用下钢框架结构连续倒塌分析

结合美国GSA规范,采用显式有限元软件LS-DYNA,建议了一套完整的爆炸激励下结构倒塌数值计算分析方法,并对一栋4层钢框架结构在爆炸荷载作用下的连续倒塌过程进行了仿真分析,研究了钢框架结构的连续倒塌机制、各结构构件的破坏形式和受力状态.本文建议的方法可以较为真实、准确地模拟结构在爆炸激励下的倒塌全过程.进一步的研究还发现:当部分结构构件被炸坏后,结构倒塌过程中,悬链线机制对结构的倒塌形式和构件的渐进破坏形式产生很大影响;悬链线拉力直接或间接导致了结构构件的局部翘曲和整体塑性失稳.     

垫板对平齐式端板连接梁柱节点性能的影响

分别采用ANSYS有限元分析软件和Eurocode 3中的组件法对加入垫板的平齐式端板连接梁柱节点进行了模拟,并将模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明：有限元分析所得的弯矩-相对转角曲线以及滞回曲线与试验结果基本吻合,节点的变形也与试验中观察到的变形一致,有限元分析可以很好地模拟此类节点的转动能力和刚度变化;采用组件法计算平齐式端板连接梁柱节点的刚度具有令人满意的精度;垫板的加入对节点整体性能没有太大的影响。     

钢-混凝土组合框架结构的连续倒塌分析

旨在探讨柱子的位置、结构冗余度多少及不平衡荷载的大小对组合结构抗连续倒塌性能的影响.基于钢管混凝土统一理论,采用拆除构件法,在ANSYS14.0中建立了钢-混凝土组合框架结构的空间有限元模型,运用生死单元技术分别拆除底层特殊部位的一个柱子来模拟结构的连续倒塌,分析了其抗连续倒塌能力.结果表明,组合框架结构的抗连续倒塌能力与柱子所在的位置、结构的冗余度多少及不平衡荷载的大小有关,可以用于结构的抗连续倒塌设计.     

单边钢次梁与混凝土主梁插入式连接节点的试验研究

钢次梁插人混凝土主梁的节点连接是一种新型的节点连接形式,该节点区别于传统的挑耳式钢梁与混凝土主梁节点连接方式,具有施工方便、力学性能优越的性能.为了明确此种节点连接方式的受力和承载特性,本文以某工业厂房的节点工程为背景,对单边钢次梁与混凝土主梁连接节点进行了1:2的缩尺试验研究.试验表明,钢次梁插人主梁的连接节点为半刚性连接节点,节点的破坏始于钢次梁上翼缘混凝土板与主梁交界面处过大的横向裂缝及钢次梁上翼缘焊板的拉伸屈服;试验结束时,主梁端部箍筋均屈服,端部截面产生宽而深的扭剪裂缝,表明单边钢次梁作用下主梁抗扭能力成为控制条件.试验还发现,钢次梁上翼缘焊接板条的布置对节点承载力有较大的影响,当上翼缘焊接板与翼缘板的横向面积比控制在0.35-0.45的范围内时,节点的破坏始于钢次梁上翼缘连接焊板的拉伸屈服,属于次要构件的塑性破坏,满足安全设计和承载力的要求.     

钢筋混凝土空间框架结构连续倒塌性能的试验研究

采用拟静力试验方法进行了钢筋混凝土空间框架的连续倒塌试验。试验模型按非抗震要求设计,用机械千斤顶替换底层长边中柱以模拟其初始失效,用电液伺服千斤顶作用在模型顶层以模拟上部结构重力荷载。对底层长边中柱进行分级卸载,模拟其初始失效后钢筋混凝土框架结构连续倒塌全过程,观测并分析了抗力-位移曲线及结构塑性铰出现位置、顺序,结构受力机制的转换过程。试验结果表明,纵向框架抗倒塌机制包括梁机制、复合机制和悬链线机制,而横向框架抗倒塌机制仅包括梁机制。     

钢框架端板节点力学性能的数值模拟探讨

钢框架梁柱连接节点的力学性能直接影响结构的整体工作性能。本文对多高层框架结构中应用较多的螺栓端板连接节点的力学性能进行了数值模拟,采用ABAQUS建立了其理论分析模型,探讨了三维有限元建模过程中端板节点的单元选取、螺栓预紧力、接触模拟等关键技术。数值模拟结果与试验结果总体上吻合较好。本文结果可为进一步建立此类节点力学性能的数值模型和实用计算方法提供参考。     

穿心构造的钢管混凝土柱–钢梁节点抗连续性倒塌性能分析与评估

火灾、爆炸、撞击等突发事件可能造成建筑物发生连续性倒塌,二十世纪以来,随着国际上恐怖活动逐年增多,各国专家学者开始重视建筑防倒塌规范的制定和结构抗连续性倒塌性能的研究。目前,钢管混凝土柱–钢梁外环板式节点已被广泛应用于工程实例中,但其因在钢管外壁焊接外加强环板占用大量建筑空间,影响建筑物使用功能,而钢管混凝土柱–钢梁穿心式节点即钢梁整体或部分穿过钢管及钢管内填充的混凝土,大大节省建筑使用空间。为研究穿心型钢管混凝土柱–钢梁节点在连续性倒塌工况下的机制,利用ABAQUS有限元软件建立5个穿心构造的钢管混凝土柱–钢梁节点及1个全焊接节点模型,考察节点在连续倒塌工况下的抗力机制、变形模式及内力变化,并评估其节点的抗连续倒塌能力。结果表明:穿心型钢管混凝土柱–钢梁节点的连续倒塌破坏模式可分为钢梁倒塌破坏模式和柱壁倒塌破坏模式两种类型,柱壁倒塌破坏虽有更好的延性及承载力,但钢管壁鼓曲具有不稳定性。节点的竖向承载力主要由抗弯机制及悬链线机制提供,其中抗弯机制提供前期抗力,悬链线机制决定后期极限承载力。新型穿心构造的钢管混凝土柱–钢梁节点具有良好的抗连续倒塌能力,其节点抗连续倒塌性能评估指标高于其余钢梁倒塌破坏节点。     

穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点抗连续性倒塌性能分析与评估

火灾、爆炸、撞击等突发事件可能造成建筑物发生连续性倒塌,二十世纪以来,随着国际上恐怖活动逐年增多,各国专家学者开始重视建筑防倒塌规范的制定和结构抗连续性倒塌性能的研究。目前,钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点已被广泛应用于工程实例中,但其因在钢管外壁焊接外加强环板占用大量建筑空间,影响建筑物使用功能,而钢管混凝土柱-钢梁穿心式节点即钢梁整体或部分穿过钢管及钢管内填充的混凝土,大大节省建筑使用空间。为研究穿心型钢管混凝土柱-钢梁节点在连续性倒塌工况下的机制,利用ABAQUS有限元软件建立5个穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点及1个全焊接节点模型,考察节点在连续倒塌工况下的抗力机制、变形模式及内力变化,并评估其节点的抗连续倒塌能力。结果表明：穿心型钢管混凝土柱-钢梁节点的连续倒塌破坏模式可分为钢梁倒塌破坏模式和柱壁倒塌破坏模式两种类型,柱壁倒塌破坏虽有更好的延性及承载力,但钢管壁鼓曲具有不稳定性。节点的竖向承载力主要由抗弯机制及悬链线机制提供,其中抗弯机制提供前期抗力,悬链线机制决定后期极限承载力。新型穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点具有良好的抗连续倒塌能力,其节点抗连续倒塌性能评估指标η高于其余钢梁倒塌破坏节点。