组装式钢货架螺栓连接梁柱节点试验

为了研究组装式钢货架中螺栓连接梁柱节点的刚度、承载力和耗能性能,进行了节点单调加载和反复加载试验。结果表明:改变横梁与连接板的相对位置对梁柱节点的初始刚度、极限承载力和变形特征均有影响;当横梁位于连接板上侧时,节点中承受向上拉力的一侧连接板被螺栓撕裂,此种节点的初始刚度和极限承载力最小;横梁焊接在连接板中下部的2种节点在横梁产生较大转角(超过0.18rad)后,承载力并没有下降;在单调加载试验中,由于螺栓与螺栓孔壁之间存在着间隙,螺栓会发生滑移,使试件的弯矩-转角曲线出现转折;反复加载试验得到的节点荷载-转角滞回曲线呈Z形,每个加载级的节点能量耗散系数与割线刚度随着加载循环次数的增加而减小。     

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。     

工厂加工制作的特殊构造梁柱节点抗震性能试验研究

为研究工业用途的某特种钢结构的抗震性能,选取其中3个特殊构造梁柱节点,即柱强轴方向带悬臂梁段的端板螺栓节点(试件I)、柱强轴方向有梁的弱轴方向异型盖板焊接节点(试件II)、柱强轴方向无梁的弱轴方向异型盖板焊接节点(试件III),制作足尺试件,进行循环荷载作用下的拟静力试验,研究端板连接、空间加载制度以及特殊的构造形式对节点破坏形态、承载力、塑性转角、延性及耗能能力的影响。试验结果表明:3种形式节点试件的梁端最大塑性转角均能达到0.025 rad,位移延性系数大于4.0,累积塑性转角可达最大塑性转角的20~30倍,承载力可达到梁全截面塑性承载力的1.0~1.3倍;试件II的最大层间位移角达到0.035 rad,最终因梁中发生局部屈曲而破坏,而试件I和试件III的最大层间位移角可达0.040 rad,满足美国钢结构抗震设计规范中对特殊抗弯钢框架梁柱节点转动能力的限值要求,破坏形态分别为螺栓拉断、盖板出现延性开裂。研究结果表明,试件II和试件III抗震性能良好,试件I因端板螺栓连接承载力不足,导致其耗能能力较差,因此需从设计上加以改进。     

长圆孔变型性高强螺栓节点抗震性能试验研究

带悬臂梁段全螺栓拼接的梁柱刚接节点,螺栓孔开成长圆形来提高节点的抗震性能。通过3个长圆孔变型性高强螺栓节点及1个对比节点试件的低周反复加载试验,研究了节点在地震作用下的承载力、延性变形能力、耗能能力、滞回性能,并与传统栓焊节点性能作对比。试验结果表明,这种节点的延性好于传统栓焊节点,通过螺栓在长圆孔中的滑移,可明显提高节点的延性变形能力。最终节点延性破坏,3个试件梁端塑性转角分别达到0.0500 rad、0.0560 rad、0.0523 rad,位移延性系数分别为7.14、5.03、4.51,而栓焊节点的塑性转角与位移延性系数仅能达到0.0204 rad与2.28,较大程度地改善了节点抗震性能。     

钢结构焊接翼缘板加强式梁柱刚性连接滞回性能试验研究

焊接翼缘板加强式梁柱刚性连接是塑性铰外移以提高连接塑性变形的一种改进形式。为考察这种连接形式在循环荷载作用下的滞回性能,共进行了4个1/2模型的拟静力加载试验,研究了梁翼缘宽厚比、腹板高厚比对连接性能的影响和节点域强弱对连接塑性转动能力的影响。作为比较,还进行了一个盖板加强式梁柱刚性连接的试验。试验结果表明,这种连接形式性能优良,所有的试件都没有发生脆性破坏,都能确保塑性铰转移到加强板以外,梁端塑性转角介于0.044～0.054rad之间,达到了特殊抗弯钢框架连接塑性转动能力不小于0.03rad的要求。在试验过程中所有的加强板都没有发生局部屈曲。在满足我国抗震规范要求的前提下,增大梁翼缘的宽厚比,梁翼缘更易于发生塑性局部屈曲,但对极限承载能力和变形能力的影响不大;减小梁腹板的高厚比则对承载能力的影响较明显;较弱的节点域,会显著降低连接的承载力,但可提高其变形能力。     

带悬臂梁段连接的梁柱节点初始转动刚度研究

对带悬臂梁段拼接连接和栓焊连接的两类节点进行理论计算、试验研究和数值分析,研究节点域和拼接区两部分的受力性能,探讨带悬臂梁段连接的梁柱节点的刚度及其初始转动刚度计算模型。基于相关性对带悬臂梁段连接节点进行不确定性结构灵敏度分析,构建只含几何参数的节点初始转动刚度计算模型。分析表明,两类连接节点和全焊接连接节点具有一定半刚性;在拼接区具有足够连接强度时,带悬臂梁段连接节点与全焊连接节点的弹性阶段初始转动刚度表现出较好的一致性,弹塑性阶段力学性能也相近;从计算模型中可以直接看出各参数对初始转动刚度的敏感程度。通过计算实例表明,对钢框架进行设计时,按半刚性设计比考虑节点域剪切变形的刚性设计偏于安全;依据提出的节点初始转动刚度计算模型进行带悬臂梁段连接的钢框架半刚性设计较为准确。     

门式刚架构造改进型节点试验研究

通过对门式刚架梁柱改进型和常规螺栓端板竖放连接节点的低周往复加载试验,对试件的承载力、滞回曲线、刚度退化和等效粘质阻尼系数及破坏模式等进行研究,且分析了试件破坏的原因.结果表明:经过构造改进的圆弧形整体式和弧形加腋螺栓端板竖放节点比常规节点,向下极限承载力均提高21.4%;刚度损伤明显减小;极限荷载时节点域变形较小,避免了高三轴应力作用下节点的脆性破坏;试件SP-2延性和耗能性能明显得到改善,塑性转角满足延性刚架要求.     

钢框架梁柱弱轴连接节点力学模型研究

钢框架梁柱弱轴连接节点的力学性能具有明显的半刚性连接特性。基于小变形叠加原理,将梁柱弱轴连接节点的转角变形分解为弯矩作用引起的节点转角和节点域剪切变形引起的转角。采用虚功原理推导了梁柱弱轴连接节点在弯矩作用下的节点转角计算公式。同时,采用弹性力学方法推导了该类节点的节点域剪切变形引起的转角计算公式。通过节点的弯矩-转角关系,求得该类节点的转动刚度,并提出适合于结构分析的节点力学分析模型。算例结果表明,梁柱弱轴连接节点的半刚性大大降低了结构的抗侧刚度,在实际工程设计中不容忽视。     

特高压输电塔半刚性连接K形节点受力性能研究

基于螺栓受剪半刚性K形节点理论分析及有限元模型提出一种适用于此类节点的计算模型和计算方法。该方法能够较好地分析半刚性连接K形节点转动变形的组成,包括主角钢剪切变形、螺栓剪切变形、螺栓孔的变形。考虑主角钢受剪、螺栓受剪、孔壁变形对节点转动刚度的影响,从而得到节点弯矩-剪切转角(M-s)和弯矩-转角(M-)曲线。通过试验验证了该计算方法的适用性。提出的半刚性连接K形节点弯矩-转角建议计算方法量化了主角钢肢宽、肢厚、螺栓直径、节点板厚度对转动刚度的影响,但未考虑主角钢两肢边相互影响。建议计算方法也可为我国输电塔结构设计规范关于节点转动变形的具体设计提供参考。Kishi-Chen的三参数幂函数模型适用于对此类节点弯矩-转角计算,输电塔结构中此类节点的形状系数取值大致在1.5~2.2之间。     

焊接及螺栓连接钢框架的循环加载试验研究

为了探讨、比较焊接和螺栓连接钢框架的极限承载能力、滞回性能及动力特性,本文进行了6榀1∶2比例的单跨双层钢框架循环加载试验和动力特性测试,其中焊接、端板螺栓连接、角钢螺栓连接钢框架各两榀。试验过程中每层框架都铺设了混凝土楼板和配重,水平循环荷载按三角形分布施加。循环加载试验表明:当焊接连接框架的焊缝质量较高时,钢框架具有良好的承载能力和滞回性能,其最终破坏模式是构件形成塑性铰而发生强度破坏,属于典型的延性破坏,框架侧向层间塑性变形可以达到层高的1/25,塑性变形主要来自梁柱连接节点域的剪切变形和柱、梁的弯曲变形;端板螺栓连接框架的承载能力和滞回性能也较好,耗能能力略低于焊接框架,框架侧向层间塑性变形可以达到层高的1/30,但端板焊缝容易发生断裂;角钢螺栓连接框架的承载能力和耗能能力相对较低,塑性变形主要发生在连接角钢和柱脚部位,且翼缘连接角钢容易发生低周疲劳破坏。动力特性测试结果表明:随着节点转动刚度的减小,框架自振     

腹板双角钢梁柱连接循环荷载试验研究

为了研究腹板双角钢梁柱连接的抗震性能,对四个连接试件进行了梁端循环位移加载试验。试验中考察了角钢高度、角钢与柱翼缘连接高强螺栓的直径和排列布置对连接的承载能力、滞回性能和破坏机理的影响,分析了这种连接的破坏模式和变形能力。试验结果表明:连接在循环荷载作用下表现出良好的延性,转角均超过0.04rad,连接的最终破坏均为角钢的塑性撕裂破坏;连接具有相当的抗弯能力,在结构分析中,须考虑节点抗弯强度对框架性能的影响,不能简单作为铰接处理;增大角钢的高度,能提高连接的强度;增大螺栓间距,减小螺栓直径,能提高连接的延性。最后,根据试验结果提出设计施工建议。     

可更换钢连梁抗震性能试验研究

通过拟静力试验,研究由跨中部消能梁段和两端非消能梁段组成的可更换钢连梁的抗震性能和震后可更换能力。试验共包括4个连梁试件,采用4种不同的消能梁段与非消能梁段连接方式,分别为端板-抗剪键连接、拼接板连接、腹板-螺栓连接、腹板-结构胶连接。试验结果表明：采用端板-抗剪键连接时,连梁的塑性变形和损伤集中在消能梁段,连梁的极限塑性转角可达0.06 rad,具有稳定的滞回耗能能力;采用拼接板连接或腹板-螺栓连接时,消能梁段剪切屈服,连接处摩擦型高强螺栓有不同程度的滑移,连梁的极限塑性转角也可达0.06 rad;采用腹板-结构胶连接时,连接处结构胶开裂导致连梁脆性破坏。在连梁转角为0.02 rad加载后对消能梁段进行更换,采用端板-抗剪键连接的试件更换时间最短,而腹板-螺栓连接的试件能在更大的残余转角时更换。此外,消能梁段在较大塑性剪切变形时伴有轴向变形,导致连梁试件承受较大轴力,连梁的轴力影响需要进一步研究。     

法兰连接L形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓节点抗震性能研究

为降低多高层钢结构的梁柱间的装配难度,提出了法兰连接L形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓装配节点,包括梁与柱连接和柱与柱连接,梁与柱现场全螺栓连接,柱与柱现场法兰连接。为研究连接件形式及加劲肋对该种节点抗震性能的影响,以改变连接件形式、加劲构造为主要变化参数,设计了4个该类型节点,通过低周反复加载试验和有限元分析获得了节点的破坏模式、滞回曲线、耗能能力和性能指标。研究结果表明：4个节点的滞回曲线均呈梭形,具有良好的耗能能力;节点正负方向的塑性转角超过0.05 rad,满足抗震规范要求;L形连接件与T形连接件均有足够的刚度传递荷载,4个节点的破坏模式、耗能能力与滞回曲线形状较为接近;连接件与梁翼缘之间的滑移提高了节点的延性、耗能能力与转动能力。     

Hysteresis behavior of concrete filled square steel tube column-to-beam partially restrained composite connections

This study presents the development of an improved detail for a Concrete Filled Steel Tube (CFT) square column-to-beam partially restrained composite connection (PR-CC) and the evaluation of its hysteresis behavior under cyclic loading. The detail of the connection was designed to prevent brittle failure at the bottom of the connection due to the composite effect and to simplify its fabrication process. The suggested connection is a welded type of bottom beam flange connection and the existing PR-CC is a bolted type with a seat-angle. To evaluate their hysteresis behavior, specimens were fabricated at full scale and tested under cyclic loading. Results revealed that the suggested type fractured at the welding zone without a drop in capacity due to the anchors inside the steel tube, and reached over 0.04 radian of the plastic rotational angle. The stiffness of the suggested type was about 10% greater than the existing type because the bolted connection allowed more deformation than the welded connection. Both connections were classified as Semi-rigid connections by stiffness analysis according to Eurocode3. The suggested type can be classified as a partially restrained connection overall under cyclic loading because it reached more than 0.03 rad of an inelastic rotation angle 80% capacity of the maximum moment capacity. This type was evaluated to exhibit equal or more ductility than the existing type. As a result, it is concluded that the welded bottom beam flange connection type can be used in practice for the CFT column-beam connection instead of the existing bolt connection using a seat-angle.     

Evaluation of Three Support Shapes on Behavior of New Bolted Connection BBCC in Modularized Prefabricated Steel Structures

Bolted connections are suitable due to high quality prefabrication in the factory and erection in the workplace. Prefabrication and modularization cause high speed of erection and fabrication, high quality and quick return of investment. Their technical hitches transportation can be removed by prefabrication of joints and small fabrication of components. Box-columns are suitable members for bolted structures such as welded steel structures with moment frames in two directions etc., but their continual fabrication in multi-story buildings and performing the internal continuity plate in them will cause some practical dilemmas. The details of the proposal technique introduced here, is to remove such problems from the box columns. Besides, some other advantages include new prefabricated bolted beam-to-column connections referred to BBCC. This connection is a set of plates joined to columns, beams, support, and bolts. For a better understanding of its fabrication and erection techniques, two connection and one structural maquettes are made. The present work aims to study the cyclic behavior of connection numerically. To verify the accuracy of model, a similar tested connection was modelled. Its verification was then made through comparison with test results. The behavior of connection was evaluated for an exterior connection using three different support shapes. The effects of support shapes on rigidity, ductility, rotation capacity, maximum strength, four rad rotation strength were compared to those of the AISC seismic provision requirements. It was found that single beams support has all the AISC seismic provision requirements for special moment frames with and without a continuity plate, and box with continuity plate is the best support in the BBCC connection.     

胶合木梁柱角钢混合连接静力与抗震性能试验研究

为解决传统的木结构销栓连接刚度低、震后可恢复功能弱等问题,将钢结构梁柱翼缘角钢连接方法应用于木结构,提出了一种胶合木梁柱角钢混合连接形式。为研究此类木结构节点的静力与抗震性能,对节点试件进行了单调与低周反复荷载试验。研究结果表明：当梁柱截面尺寸分别为135mm×420mm和150mm×350mm,连接角钢规格为∟180×110×12时,胶合木梁柱角钢混合连接的极限弯矩达到95.3kN·m,最大转角接近0.096rad,初始刚度达4073kN·m/rad。低周反复荷载作用下,混合连接的变形能力与延性良好,梁端弯矩-转角滞回曲线呈反“S”形,角钢屈服后的大变形使其短肢底部与柱面产生了明显的分离,滞回曲线出现捏缩效应;角钢的短肢翘曲严重,从而使混合连接的耗能能力和等效黏滞阻尼系数均下降。     

剪力对带腹板双角钢顶底角钢初始刚度的作用分析

主要分析了带腹板双角钢顶底角钢的弯矩-转角关系,尤其是在剪力和弯矩共同作用下的初始刚度。采用数个三维有限元模型进行分析,将连接件的几何和力学性能作为参数。模型中,所有的连接构件如梁、柱、焊接角和螺栓的建模都采用八节点单元。所有构件的相互作用,如螺栓滑移、摩擦力等,采用表面接触计算法则进行模拟,为更准确地评估连接性能,在螺栓杆处采取预拉伸模拟其初受力状态。通过将数值模拟的结果与试验结果进行对比发现,它们具有良好的一致性。为评估剪力在这种连接中的作用,通过数个不同量级剪力的模型分析发现,剪力对角钢连接初始刚度的影响呈减弱趋势。因此提出一个公式,根据在无剪力情况下连接件的初始刚度和屈服弯矩,计算在任何可能产生剪力的条件下连接件初始刚度的换算系数。     

钢框架焊接梁柱节点子结构抗倒塌性能试验研究

设计了2种过焊孔构造（扇形和扩大型过焊孔）的3个钢框架梁柱节点子结构试件,采用落锤冲击的加载试验方法模拟结构的动态倒塌过程。通过试验获得节点试件的破坏形态及其冲击荷载和变形时程曲线,分析试件冲击荷载和位移时程响应规律以及子结构动态转角和耗能变化趋势。结果表明：过焊孔构造对节点在冲击荷载作用下的破坏形态和力学性能有显著影响,补强焊缝可有效改善扩大过焊孔节点的上翼缘压曲;与扇形过焊孔相比,扩大型过焊孔节点试件具有更好的抗冲击转动能力,其极限转角满足FEMA 350中的转角限值（θ=0.064 rad）要求;通过分析冲击过程中试件截面内力发展规律可知,由于节点过早破坏限制悬链线效应的形成,该类型节点子结构由于节点转动能力不足不能充分发挥悬链线效应。     

Effects of connection geometry on block shear failure of welded lap plate connections

Although block shear failure has predominantly been considered a potential failure mode for bolted steel connections, several recent experimental programs have revealed that block shear can also govern the design of certain arrangements of welded connections. The mechanics of block shear failure in welded connections are known to be different from the bolted case, although published research on the subject is limited. A nonlinear finite element model has been developed to study the capacity of concentrically loaded welded lap plate connections that fail in block shear. The accuracy of the model was verified by comparing analytical results to those from physical tests. A parametric study was then completed to quantify the effects of connection geometry and weld arrangement. The results of the study are used to describe the behaviour of welded lap plate connections failing in block shear and to evaluate the performance of block shear design equations for capacity prediction of welded connections with a variety of geometries.