支撑和节点板延性性能的抗震设计

介绍钢结构铰接框架-支撑体系中支撑和节点板的震害、实验室的抗震性能研究、有关规范的规定和具有延性性能的支撑和节点板的设计概念及方法。由于我国现行建筑抗震规范中尚不包括钢结构铰接框架-支撑体系,故文中提出的抗震设计原则、规范规定和计算公式,可供从事钢结构设计和研究的技术人员参考。     

装配式板式连接对角支撑框架结构抗震性能研究

支撑是铰接框架的重要组成部分,其与板式节点所组成支撑系统的抗震性能直接影响了整个框架支撑体系在地震作用下的反应。根据支撑截面宽厚比、支撑端部净距等参数,设计了5个装配式板式连接对角支撑的单层单跨铰接框架支撑结构的试验试件,通过伪静力试验,对其抗震性能进行了研究。结果表明:支撑深入节点板满足2t净距要求(t为板厚),且在一定范围内支撑宽厚比越小,试件的抗震性能越好;节点板上的支撑端部净距为负值时,支撑系统的耗能能力劣化,但仍可使装配式支撑节点具有高于支撑自身的低周疲劳寿命。由于支撑节点板的存在,将在相连的梁柱中产生附加弯矩,基于试验结果,给出了附加弯矩的取值建议。     

波纹腹板H型钢梁柱铰接节点静力性能试验研究及有限元分析

通过对2个波纹腹板H型钢梁柱铰接节点的静力试验,分析了波纹腹板H型钢梁柱铰接节点的静力承载能力,研究了波纹腹板H型钢梁柱铰接节点各截面的内力分布,并将试验结果与传统H型钢梁柱铰接节点设计公式的计算结果进行了对比,验证了传统H型钢梁柱铰接节点设计公式的可靠性。采用有限元分析软件ABAQUS对节点进行了有限元分析,将有限元分析得到的荷载-位移曲线与试验结果进行对比,验证了有限元分析的合理性。采用ABAQUS对节点进行了参数分析,研究了端板厚度、梁连接板、柱连接板厚度与波纹断点对节点承载力的影响。研究结果表明：现有的H型钢梁柱铰接节点实用设计公式在设计波纹腹板H型钢梁柱铰接节点时安全可靠;常用的端板和连接板构造方式适用于波纹腹板H型钢梁柱铰接节点;腹板与端板焊接处波纹的断点不影响波纹腹板H型钢梁柱铰接节点的力学性能。     

人字形支撑与横梁板式连接节点滞回试验的数值模拟

支撑板式连接节点是铰接钢架节点的重要连接形式,它直接影响着框架支撑结构体系的抗震性能。采用ANSYS有限元软件对9个工字型截面人字形支撑板式连接节点试件的滞回性能试验进行了数值模拟。在验证有限元结果与试验结果较好吻合的同时,研究了支撑轴线交点位置、支撑端部净距和节点板厚度等重要参数对支撑体系的承载力、滞回耗能性能和节点板等效塑性应变的影响规律,所得结论可为板式连接节点的设计与应用提供依据。     

型钢剪力架板柱节点抗震性能研究

板柱节点作为广泛使用的建筑结构节点之一,其抗震性能一直是工程界十分关注的问题。在普通板柱节点的基础上,根据工程实际情况,利用ABAQUS有限元分析软件,计算了带有型钢剪力架的板柱节点的滞回曲线,通过对比分析研究了节点的抗震性能。通过型形状和布置方式的变化,研究了相同用钢量情况下的四种不同型钢排列方式下节点的抗震性能,最终发现采用八方向排列的节点抗震性能最好。根据计算结果提出相关设计公式,为同类工程的抗震设计提供参考。为考察该板柱节点在板柱-剪力墙结构中的适用范围,设计了100 m高的板柱-剪力墙结构,进行了推覆计算,以考察该结构的抗震性能。最终发现,带有型钢剪力架板柱节点的板柱-剪力墙结构在地震作用下具有较好的延性和抗震能力,可以在抗震设防区的高层建筑中应用。     

铰接方钢管组合异形柱框架抗震性能研究

为解决村镇住宅体系存在的装配式程度及标准化程度较低、现场焊接工作繁多、室内建筑面积浪费等问题,提出了一种铰接方钢管组合异形柱框架体系。该体系中异形柱采用3根空钢管通过钢板与加劲肋组合而成的L形柱,梁柱节点为腹板螺栓连接的铰接节点。通过拟静力试验对该体系的抗震性能进行研究。研究结果表明：相比于铰接钢管混凝土组合异形柱,铰接空钢管组合异形柱框架体系先于梁端出现转角,最后破坏模式为柱脚破坏,具有更优良的抗震耗能和更缓慢的强度与刚度退化,并通过对比刚接节点和铰接节点的骨架曲线,发现节点刚接程度对结构整体的抗侧刚度影响较大。     

端板连接半刚性钢框架节点抗震性能分析

半刚性节点具有较好的抗震性能,能很好地解决刚性连接节点延性不好、容易发生脆性破坏的问题.本文利用大型有限元软件ANSYS分析了外伸端板连接、平齐端板连接与刚性连接节点抗震性能的不同,并与单调荷载下静力性能相对比,研究了节点承载力、应力变形特性、延性及耗能性能,通过结果分析,指出了合理的外伸端板半刚性连接可以用于抗震设计...     

H型钢无节点板桁架在工业建筑中的应用实例

通过一工程实例,具体介绍了H型钢无节点板桁架的设计过程,通过节点铰接和刚接两种模型的对比,分析了次弯矩对此类桁架内力的影响,并针对H型钢无节点板桁架的设计提出了建设性的意见。     

半刚性冷弯薄壁C形钢框架抗震性能

针对采用半刚性节点连接的双肢冷弯薄壁C形钢框架,采用拟静力试验与有限元模拟相结合的方法,对9榀双层单跨框架进行抗震性能分析。分析了节点螺栓直径、节点板厚度、螺栓间距及节点板加腋大小等参数对框架抗震性能的影响。结果表明:增大螺栓直径、增加节点板厚度和节点板加腋均能提高框架的承载力,改善框架的抗震性能。当螺栓间距小于80mm时,框架的承载力及抗震性能随间距的增大而增大;当螺栓间距大于80mm时,承载力及抗震性能受其影响较小。使用8.8级M16高强度螺栓,框架节点板产生了较大的滑移,建议在框架设计时应对节点螺栓的抗剪承载力进行验算。     

分离式圆钢管柱套筒节点与外环板节点的抗震性能试验对比研究

为了研究分离式圆钢管柱套筒节点的抗震性能,对分离式套筒节点和外环板节点进行了抗震对比试验研究,主要对试件节点破坏现象和节点的滞回曲线、刚度退化、极限承载力和延性等受力性能特征进行了对比,分析其抗震性能和变形能力。试验结果表明:新型分离式套筒节点与柱的连接更紧密,能够保证节点核心区的受力,满足"强节点,弱构件"的设计原则;套筒厚度从8 mm增加到10 mm时,能较大幅度提升节点的力学性能;当套筒厚度和外环板厚度都为10 mm时,套筒节点的抗震性能略优于外环板节点。     

不同方式连接下钢柱-一体式预制混凝土墙组合构件抗震性能试验研究

钢框架与内部混凝土墙形成的组合构件具有优越的抗震性能。为进一步分析钢柱-一体式预制混凝土墙不同方式连接（梁柱刚接与柱边焊接、梁柱刚接与柱边不焊、梁柱铰接与柱边焊接、梁柱铰接与柱边不焊）时的抗震性能,分别对4个不同连接形式的钢柱-一体式预制混凝土墙的1/2缩尺模型进行了低周往复加载试验。得到了该类构件的滞回曲线及骨架曲线,并通过分析各构件的试验现象、承载力、刚度、耗能能力、延性及应变和变形,得出了不同连接形式对该类构件抗震性能及受力机理的影响。试验结果表明：钢柱 一体式预制混凝土墙体呈现三道防线特征,其中混凝土墙板为第一道防线,内斜撑为第二道防线,边框为第三道防线。柱边焊接对构件的承载力、刚度及边框与内墙组合作用的影响最为明显;内支撑对构件的刚度贡献最为显著且对边框与内部墙板组合作用的发挥具有关键作用。节点铰接且柱边不焊的构件位移延性系数可达2.83,可按1/20作为其弹塑性最大层间位移角限值,其他连接方式的构件位移延性系数在1.22～1.53之间,建议按1/100作为其弹塑性层间位移角限值。按位移控制进行设计的结构推荐采用节点铰接且柱边不焊的构件,而按承载力控制进行设计的结构推荐采用节点刚接且柱边焊接的构件。     

防屈曲支撑角部节点板与钢框架的相互作用效应

防屈曲支撑是一种高效稳定的耗能减震装置,其与框架结构一般通过焊接节点板形式连接。目前节点板连接设计方法仅考虑支撑轴力的影响,并没有直接考虑框架开合效应(梁柱在水平地震力下产生的张开/闭合变形)的不利作用,导致焊接节点板在连接处提前发生开裂。通过有限元模拟的方法,同时考虑开合效应和支撑轴力的共同影响,对防屈曲支撑钢框架与角部节点板连接的相互作用进行研究。有限元模型共5组,主要参数包括节点板尺寸、节点板与框架的连接形式以及节点板是否设置自由边加劲肋。在连接形式方面,提出了一种可减小开合效应不利影响的新型可滑移螺栓连接节点板,并与传统焊接节点板的受力性能进行比较。分析结果表明,平面尺寸较小的焊接节点板对结构的抗侧刚度影响最小,可减小设置防屈曲支撑的子框架所分担的地震剪力,相应的节点板受力性能也优于平面尺寸较大的焊接节点板|在焊接节点板上设置自由边加劲肋并不能明显改善其受力性能|所提出的新型可滑移螺栓连接节点板可有效减小节点板对结构刚度的影响,以及框架开合效应对节点板的不利影响,是一种在消能钢框架支撑体系中具有应用前景的新型节点板连接。     

大跨度钢桁梁悬索桥临时连接方式分析研究

在大跨度钢桁梁悬索桥建造中,不同的钢桁梁段间的连接方式会直接影响桁架结构的实时与成桥的内力分布状态,所以临时连接方式的选择非常重要。以杨泗港长江公路大桥作为研究背景工程,分析逐步铰接法、逐步刚接法、适时铰接法3种连接方式进行对比,比选参数分别主要为钢桁梁构件和临时连接的受力情况、吊索索力等,获得结论为逐步刚接法因不能保证结构安全而不可行,逐步铰接法和适时铰接法安全可以保障,虽然适时铰接法需较多仿真计算和现场监测数据共同分析来确定钢桁梁铰接时机增加了工作难度,但在下弦杆的临时连接的措施下,比逐步铰接法的整体结构刚度和稳定性要好。此外,考虑在架梁过程中适当增加配重有利于主缆和主梁提前接近于成桥线形状态,并且可降低临时连接的受力大小的情况下,故以适时铰接法为研究基础,比较适时铰接法+无配重、适时铰接法+等额配重、适时铰接法+部分配重3种连接方式来分析配重的影响,得知采用适时铰接法+部分配重的连接方式的钢桁梁构件和吊索各项指标均为适宜,不仅较适时铰接法+无配重提前将下弦杆进行闭合可铰接状态,增加了主梁结构的刚度和稳定性,又较适时铰接法+等额配重中吊索索力安全系数满足要求,是最优的临时连接方式。     

机械法联络通道-隧道系统地震荷载响应分析

机械法联络通道作为一种新的工法,在主隧道与联络通道之间采用钢板焊接,该接头是抗震设计的关键点。针对接头的抗震问题,文章通过有限元方法研究地震荷载对主隧道和联络通道的受力、位移和加速度响应的影响,考虑刚性和半刚性接头两种工况。结果表明：在地震荷载作用下刚性接头受力远大于半刚性工况;在半刚性连接形式下,隧道加速度及位移的响应均大于刚性连接工况,y方向的地震荷载作用对半刚性连接形式下联络通道的位移及加速度响应影响较大。     

Joint behavior and design procedure of a through plate connection for steel beam to hollow or concrete‐filled tubular columns

The through plate connection has a practical reliable configuration for fully restrained connections for a steel I‐beam to hollow or concrete‐filled tubular columns in seismic areas. Based on experimental programs of authors on interior planar moment connections via through plate technique, this paper presents the outcome of the studies focusing on the joint behavior and the shear transfer in the panel zone of through plate connection. Based on the conducted approved three full‐scale tests, the behavior of connection components and panel zone shear force were investigated accurately in order to provide useful information and key parameters to facilitate design calculations and proportioning the connection. The contribution of each component in the total shear capacity of the panel zone region was determined. Load transfer mechanisms were explained and by quantifying the portion of load transfer paths, the calculation approach was described for design purpose. The proposed design procedure was validated for a wide range of beam to column connections using finite element models. Verified numerical models were used to conduct parametric studies. The numerical results revealed that the proposed analysis method can predict well the induced demand in the connection components and also the design procedure is suitable and secure for all cases.     

半刚性连接节点刚度对门式刚架结构弹性分析影响研究

传统的分析和设计方法都将梁柱连接节点处理成理想的刚接或铰接,然而实际工程中的连接节点的受力性能总是介于这两者之间,属于半刚性连接。本文研究半刚性连接的节点转动刚度对门式刚架内力分布和结构位移的影响,并得到了一些有益结论。     

岩板断裂铰接成拱过程及其失稳特征试验研究

 利用MTS岩石力学试验机和自主研发的加载装置,进行集中荷载作用下,岩板断裂铰接成拱过程及其失稳特征的试验研究,得到竖向荷载¬¬–位移–水平反力关系曲线。试验结果表明：随着竖向荷载的不断增大,岩板梁式断裂后铰接形成拱形结构,并在铰接点产生水平反力。在竖向荷载和水平反力的共同作用下,竖向荷载–位移–水平反力关系曲线存在4个明显的力学响应阶段：加载前应力调整、岩板断裂铰接成拱、岩拱结构承载的峰前硬化和峰后软化4个阶段。基于岩板铰接拱结构工程力学模型,推导出岩拱结构承载力与水平反力关系式,并进行岩拱结构受力随岩板参数变化的敏感性分析。     

节点半刚性对货架抗震性能影响分析

由于缺乏计算理论和方法,大多数半刚性节点按刚接或者铰接进行设计,对结构的抗震性能评估影响很大。文章在半刚性节点试验的基础上,采用有限元分析软件SAP2000对一个考虑梁柱半刚性节点的货架结构建立有限元模型并进行了模态分析和反应谱分析。结果表明,考虑梁柱半刚性连接的货架结构,其抗震性能明显变化。     

钢管桁架屋盖结构的静力性能分析

通过考虑7种不同的荷载工况组合,对某体育馆的钢管桁架屋盖结构进行静力性能分析,从而得到了结构杆件的内力分布、支座反力及整体结构的变形情况。针对拱桁架和立体桁架的连接方式分别为铰接和固接,对其受力性能进行了比较,可为结构选型、构件截面设计提供参考。     

拱型波纹钢屋盖结构支座节点的设计与处理

拱型波纹钢屋盖结构支座节点的设计是整个结构节点设计的关键,同时防水、防腐性能也直接关系到结构的使用性能,对拱支座节点的设计方法及构造处理的研究表明,拱脚处可采用铰连接方式,并保证螺栓与板件的连接可靠,同时防水、防腐性能必须加以重视。