节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接腹板开孔型节点的滞回性能研究

采用有限元软件ABAQUS对节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接普通节点和腹板开孔型节点进行有限元分析,研究了开孔参数、轴压比、钢材强度对节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接腹板开孔型节点滞回性能的影响。分析结果表明:在循环荷载作用下,在弹性阶段节点腹板开孔参数对节点骨架曲线影响不大;进入弹塑性阶段后,开孔参数对节点的承载力影响较大,其中开孔直径对节点的滞回性能影响最大,开孔位置次之;轴压比对节点的滞回性能基本无影响;随着钢材强度的提高,节点的屈服承载力和极限承载力随之也提高,并且其延性也在降低,中强度钢材可以满足延性的要求,因此可以通过提高钢材的强度来提高节点的抗震性能。另外提出了一种适用于弱轴连接的加强型与腹板开孔型并用的新型节点。通过有限元分析发现新型节点能够综合加强型节点与腹板开孔型节点的优点,实现塑性铰外移和增加使用功能的要求,有效地保护节点,达到"强节点弱构件"的目的,具有一定的工程应用价值。     

钢管腹板削弱型梁柱弱轴连接的抗震性能影响因素分析

在节点域箱形加强式工字形梁柱弱轴连接和钢管腹板削弱型(tubular web reduced beam section,TW-RBS)连接的基本形式上,提出了一种工字形柱与H形梁的钢管腹板削弱型弱轴(weak axis tubular web reduced beam section,WA-TW-RBS)连接。设计了3个系列共14个WA-TW-RBS弱轴连接节点的对比分析模型,采用有限元软件Abaqus对钢管的直径、厚度以及钢管中心距蒙皮板外边缘的距离进行了变参数分析,研究这些参数的变化对节点滞回性能、刚度退化、节点延性和塑性转动能力的影响。研究结果表明:在上述参数合理的取值范围内,WA-TW-RBS连接节点的延性系数能达到3.0以上,节点的塑性转动能力不小于0.03rad,并且能有效地实现塑性铰外移,是一种非常理想的钢框架抗震节点形式。所有模型在分析时,钢柱和节点域都处于弹性阶段,满足"强柱弱梁"和"强节点弱构件"的抗震设计理念。     

加强与削弱并用型工字形柱弱轴连接节点滞回性能分析

为了减小钢框架梁柱弱轴连接中柱腹板上的应力水平,提出了在梁端加过渡竖板的方式以使得柱翼缘更好地参与受力。同时为了使塑性铰不出现在梁柱连接焊缝处,对梁翼缘进行削弱处理,最终提出了一种新型的梁端加强与削弱并用的梁柱弱轴连接(SWWC)形式,并运用有限元软件ABAQUS对已有的RBS型工字形柱弱轴连接节点的试验进行模拟验证后,对此类节点进行循环荷载作用下的受力性能分析。结果表明:在梁端加过渡竖板可以明显降低节点域的Mises应力水平,使得梁截面的屈曲主要集中在竖向板的外侧;在梁端加过渡竖板的同时对梁翼缘进行削弱处理可以使塑性铰外移;随着削弱深度c的增加,节点的承载力逐渐降低,RBS削弱处的屈曲发展得越充分,削弱起始位置至梁端的距离a和削弱区域的长度b对节点的承载力影响会很小,随着参数a或b的增加,梁上塑性铰中心逐渐远离梁翼缘焊缝处;建议削弱参数c=0.17bf,a取值范围为0.65bf～0.70bf,b=0.75hb,其中bf和hb分别为梁翼缘宽度和梁截面高度。     

腹板开洞型梁柱节点性能研究

采用ANSYS非线性有限元方法对腹板开洞型节点进行了分析研究，得到了不同开洞半径的节点在荷载作用下的Von Mises应力分布、塑性区分布、弹性极限承载力及剪力分布，并与标准型节点的性能进行了对比分析。     

梁腹板开孔型梁柱节点滞回性能分析

提出了一种改进形式的腹板开孔型梁柱节点,在腹板矩形开孔的基础上对两侧边进行半圆弧开孔,运用有限元软件ABAQUS对已有梁翼缘削弱型梁柱节点的循环荷载试验进行三维实体建模分析,通过对比试验与有限元得到的滞回曲线及破坏形态对有限元建模方法的有效性进行验证,然后进行了15个不同开孔细部尺寸的节点模型在循环荷载作用下的模拟分析。当腹板开孔高度H不大于梁截面高度hb的47%时,未能有效地实现塑性铰外移,滞回曲线基本与未削弱的标准模型的重合。当腹板开孔高度达0.53hb时,节点的承载力明显降低,塑性铰在开孔区域形成。随着开孔矩形部分宽度B的增大,节点的承载能力逐渐降低,但降低幅度不大,塑性变形向开孔区域转移。建议开孔削弱中心距离柱翼缘表面的距离L取为hb,腹板开孔矩形部分高度H和宽度B分别为0.53hb和0.5hb左右,最后通过改变梁柱截面对该组削弱参数取值进行了合理性验证。     

H形梁-柱弱轴角钢折形腹板连接的抗震性能分析

为了研究箱形节点域的H形柱钢框架梁柱弱轴角钢折形腹板连接的抗震性能,参考梁柱强轴连接的削弱参数,共设计了9个等肢角钢折形腹板弱轴连接系列试件和1个传统平腹板弱轴连接试件。利用有限元软件ABAQUS对折形腹板节点在循环荷载作用下的受力性能进行模拟分析,研究了角钢折形腹板节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线及塑性转动能力。研究结果表明,在循环荷载作用下,节点屈服以前,削弱参数对节点的滞回曲线影响不大;节点屈服之后,削弱参数对节点的滞回曲线、骨架曲线有一定的影响。研究结果还表明,角钢折形腹板弱轴连接节点的滞回性能、承载力、塑性变形能力均优于传统平腹板弱轴连接节点,滞回环更加稳定饱满,塑性转动能力提高了18.3%,延性系数均大于4.0。满足抗震规范要求,能够达到"强节点,弱构件"的设计理念。     

带U形连接件的加强式梁柱弱轴端板连接节点抗震性能研究

对带U形连接件的肋板加强式钢梁-H形钢柱弱轴端板连接节点的抗震性能开展数值研究。在验证有限元模型准确性的基础上,分析了U形连接件厚度、加强肋板长度、加强肋板高度和梁端端板厚度对该节点破坏模式、抗弯承载力及抗震性能的影响。结果表明：该节点属于典型的梁柱半刚性连接节点,具有较好的转动能力;在H形钢柱弱轴设置U形连接件可使其与柱腹板和翼缘形成箱形节点域,增大节点域体积和抗剪切变形能力,提高节点抗弯承载力。U形连接件厚度取为0.83tf～1.16tf (tf为柱翼缘厚度)时,梁端形成塑性铰并先于U形连接件发生破坏;设置端板加强肋板可使梁端塑性铰远离节点区,避免钢梁与端板连接处焊缝应力集中,满足“强节点、弱构件”的抗震设防目标。同时提出了梁端端板厚度和加强肋板构造的建议取值,可供工程设计参考。     

侧板加强式梁柱节点抗震性能研究

采用ANSYS软件建立了非线性有限元分析计算模型,对侧板加强式梁柱节点的抗震性能进行了研究,分析了侧板长度对连接性能的影响。结果表明,侧板加强节点滞回性能优于普通无侧板节点,节点承载力也大大提高。侧板加强节点滞回曲线稳定、饱满,这种连接表现出了较好的耗能能力。     

套管加强梁腹板开孔梁柱端板连接节点滞回性能研究

针对腹板开孔型梁柱外伸端板连接节点的不足,提出了套管加强型腹板开孔梁柱外伸端板连接节点形式。利用有限元软件ANSYS对这种新型节点的滞回性能进行参数分析,探讨开孔位置、套管半径、套管厚度和套管长度对节点滞回性能的影响。结果表明:套管加强梁腹板开孔梁柱端板连接节点采用合理的细部构造形式具有较高的承载能力,并且能够使梁端塑性铰外移,具有较好的滞回性能。套管加强腹板开孔梁柱端板连接节点更加适用于工程设计及应用。     

扩翼式弱轴连接节点的滞回性能分析

为了实现传统弱轴连接中的梁上塑性铰外移,提出了弱轴扩翼式平齐加劲板连接(WWBF)节点,并运用有限元软件ABAQUS 6. 14-1对扩翼式连接节点试验进行模拟验证后,对WWBF节点进行系列参数分析,得到合适的参数取值范围,并进一步验证了建议参数取值的适用性。结果表明,WWBF节点的荷载-位移滞回曲线均呈饱满的梭形,节点的耗能性能良好;扩翼三角板细部参数的变化对节点的初始刚度基本没有影响;随着扩翼三角板直角边长的增大,节点的峰值承载力逐渐小幅增加,梁截面的屈曲在扩翼末端的梁截面上发展,梁上塑性铰逐渐远离梁柱连接处;当扩翼三角板直角边长比保持不变时,随着短直角边长a的增大,焊缝两端的断裂指标有所减小,焊缝发生脆性断裂的可能性降低;当扩翼三角板短直角边长a保持不变时,随着直角边长比的减小,焊缝处的最大应力三轴度指标及断裂指标有所增大;建议梁端扩翼三角板的直角边长比取为1∶2～1∶3。     

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。     

空间梁柱半刚性节点弱轴连接的循环荷载试验

介绍了两种三维空间半刚性节点弱轴梁在循环荷载作用下的滞回性能试验过程与结果,分析了边柱和角柱弱轴顶底角钢连接的滞回性能、延性特征,另外考察在空间荷载的作用下弱轴和强轴的相互影响,为三维空间高级分析理论提供试验依据。     

新型梁柱双向连接节点受力性能分析

新型梁柱装配式刚性节点具有构造简单、安装方便等优点,按照等强设计方法设计了新型梁柱装配式强轴和弱轴双向连接节点基本试件。通过改变翼缘拼接板处螺栓数量、螺栓预拉力设计了2组试件,在考虑材料、几何以及接触状态三种非线性的基础上利用ABAQUS有限元软件对2组试件进行模拟分析,研究试件在循环往复荷载作用下的受力性能。     

工型梁柱弱轴直线扩翼型节点的滞回性能研究

本文参照梁与箱型截面柱强轴连接时的扩翼参数,设计了3组工型梁柱弱轴连接的斜边为直线的扩翼型节点模型,应用有限元软件ABAQUS分析了节点扩翼参数对扩翼型节点滞回性能的影响规律。研究发现:当钢材达到屈服强度后,扩翼段的外伸宽度、扩翼段斜边沿梁纵向长度、扩翼段斜边根部至蒙皮板间的距离对节点骨架曲线的影响程度依次减小;工字型梁柱弱轴连接的扩翼参数取值范围小于扩翼梁与箱型截面柱强轴连接时更加合理。     

方钢管混凝土框架梁柱节点的抗震性能研究

采用ANSYS有限元软件对方钢管混凝土框架梁柱常用的两种节点形式即栓焊混合连接和全焊接连接进行了三维实体建模 ,在此基础上利用非线性有限元方法研究了两种节点在低周往复荷载作用下的滞回性能 ,并对两种节点形式的抗震性能进行了比较 ,结果表明 ,全焊接连接节点的抗震性能优于栓焊混合连接节点。     

槽钢加强钢梁腹板开圆孔梁柱节点滞回性能数值模拟分析

为解决钢梁腹板开圆孔型节点开孔处抗震承载力不足、受力变形过大等问题,提出了在钢梁腹板孔洞区域设置开孔槽钢的加强方法,并以槽钢弧形削弱位置rl、削弱深度c、槽钢厚度t、槽钢材性m为主要参数,设计了15个节点模型.运用有限元软件ANSYS模拟分析了循环荷载作用下各模型的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化情况及耗能能力.结果 表明...     

波折腹板钢梁柱弱轴半刚性连接性能研究

为研究波折腹板钢梁柱弱轴半刚性连接的性能,采用有限元软件ANSYS建立三维实体有限元模型,对连接进行加载模拟,得到弯矩-转角曲线、最大荷载时的节点区位移和von Mises应力云图、端板及节点附近柱腹板应变和变形,分析连接的受力性能。讨论了梁腹板高度、端板厚度和螺栓直径对弯矩-转角曲线的影响。研究结果表明:与梁受拉翼缘连接处的端板及与节点区域柱上加劲肋附近的腹板变形是梁柱产生相对转动的主要因素;梁腹板高度对连接的初始转动刚度及抗弯承载力有显著的影响;当板厚度与螺栓直径较小时,端板厚度与螺栓直径的变化对节点连接性能有较大的影响;随着外荷载的增加,弯矩-转角曲线由线性特征转为非线性。     

钢框架梁柱角钢节点连接的抗震性能试验研究

通过对钢框架梁柱角钢连接在循环荷载作用下节点滞回性能的试验研究,分析了普通螺栓角钢连接以及高强螺栓角钢连接这两种连接类型的刚度、承载能力和延性特征,并讨论了两种连接类型的差别。从试验中还可以得出,腹板角钢对连接的承载力有明显改善,在计算连接抗弯承载力时应考虑腹板连接的影响。     

梁翼缘开长孔型节点滞回性能分析

提出了一种翼缘开长孔的梁柱节点形式,运用有限元软件ABAQUS对梁翼缘采用长孔削弱的钢框架梁柱节点进行循环荷载作用下的受力性能分析。考虑参数:开孔矩形部分起始部位距离柱翼缘表面的距离a、矩形孔长度b、矩形孔宽度c、开孔距离梁翼缘边缘的距离d的影响,开展了4个系列共19个节点模型的参数分析,对各模型的滞回曲线及破坏时节点处的Mises应力进行了详细分析,以得到合适的参数取值。分析结果表明:随着参数c的增大,节点的最大承载能力逐渐降低,塑性铰外移明显;参数a、b、d对节点的荷载-位移滞回曲线及骨架曲线影响很小;随着参数a的增大,塑性铰逐渐外移,随着参数b的增大,梁端焊缝处应力明显降低,随着参数d的增大,承载力略有降低,梁腹板上应力集中部位愈加靠近梁柱节点;建议参数取值a=(0.8~0.9)b_f,b=(0.7~0.9)h_b,c=0.15b_f,d=0.075b_f,其中b_f和h_b分别为梁截面宽度和高度。     

安装管束腹板削弱型梁柱刚性连接节点抗震性能分析

介绍了一种安装管束腹板削弱新型梁柱刚性连接节点。利用有限元软件ANSYS 14.0对试验进行模拟,结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合良好;分析了管束腹板中心至梁翼缘表面的距离、管束腹板管径和管束腹板管壁厚度对节点抗震性能的影响。分析表明:各系列安装管束腹板削弱型节点试件与普通节点试件的滞回曲线均饱满无捏拢,具有较好的滞回性能。安装管束腹板削弱型试件的承载力和初始刚度均小于普通节点试件,但是安装管束腹板削弱型试件都能够迫使塑性铰远离梁柱连接焊缝处。管束腹板中心至柱翼缘的距离、管束腹板管径和管束腹板管壁厚度均影响新型节点试件的承载力、延性和耗能能力。