方钢管混凝土柱穿芯螺栓端板节点性能的非线性有限元分析

用ANSYS有限元程序对方钢管混凝土柱一钢梁穿芯螺栓端板半刚性节点的非线性性能进行了理论分析,并将计算结果与试验结果进行了比较,两者吻合较好。通过对6个系列共13个方钢管混凝土柱一钢梁穿芯螺栓端板连接试件的非线性有限元分析,重点探讨了连接的各类组件对节点力学性能的影响。结果表明：端板加劲肋和高强螺栓预应力对节点力学性能有较明显的影响,端板厚度和轴压比对节点力学性能有一定的影响,螺栓直径及排列间距对节点力学性能的影响较小。     

12.9级高强度螺栓连接外伸端板节点滞回性能研究

通过对3个12.9级高强度螺栓连接端板节点和1个10.9级高强度螺栓连接端板节点的拟静力试验,对节点的破坏模式、滞回性能、承载能力和耗能能力等滞回性能进行了对比分析。结果表明：12.9级高强度螺栓连接端板节点试件破坏时倾向于螺纹处发生脆性断裂,无明显塑性变形,而10.9级高强度螺栓连接端板节点试件在破坏时表现为受拉区螺栓脱扣;12.9级螺栓可以有效地延缓端板节点刚度的退化,同时提高节点的承载能力;使用12.9级高强度螺栓替代10.9级高强度螺栓能够提高节点的耗能能力,设置端板加劲肋能够提高节点在发生较大塑性变形时的耗能能力。通过有限元计算进一步研究了轴压比、端板厚度和螺栓预紧力等参数对12.9级高强度螺栓端板节点在往复荷载作用下受力性能的影响,分析表明：端板厚度为20 mm时,12.9级和10.9级高强度螺栓连接端板节点的滞回曲线接近,抗震性能相当,而端板厚度为24 mm的12.9级高强度螺栓连接端板节点的抗震性能有明显提高。     

方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

对3个单跨两层1∶3比例的方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙试件进行了低周反复荷载试验,研究了十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能,并与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙比较。对比了框架梁柱内隔板式节点与穿芯高强螺栓-端板节点对结构性能的影响。得到了方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移及抗震性能指标等,分析了结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等力学性能。结果表明,方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有良好的抗震性能;十字加劲肋限制了薄钢板剪力墙的面外变形,提高了其承载力与耗能能力,但对整体刚度影响较小;穿芯高强螺栓-端板节点提高了结构的承载力与刚度。     

PEC柱(弱轴)对穿螺栓端板连接抗震性能研究

为了研究部分包裹混凝土组合(PEC)柱(弱轴)与型钢梁对穿高强螺栓端板连接节点的抗震性能,考虑端板厚度、盖板厚度以及节点构造形式3个参数,设计了两种不同构造的梁柱节点,对其进行低周往复荷载试验和有限元模拟,分析了各设计参数对试验节点滞回性能、承载能力、节点刚度、延性和耗能能力等指标的影响.研究结果表明:盖板厚度由14 ...     

半刚性端板连接节点性能的非线性有限元分析

采用三维接触单元来模拟端板与柱翼缘的接触面,预应力单元来模拟螺栓的预拉力,对半刚性端板连接节点性能进行了非线性有限元分析。计算结果的比较分析表明,节点域加劲肋、端板加劲肋、端板厚度、螺栓预拉力、应力集中等因素对半刚性端板连接节点域的受力性能均有较大影响。建议在设计中采取相应构造措施,考虑端板节点半刚性的不利影响。     

高强螺栓外伸端板连接受力性能分析

分析高强螺栓外伸端板连接中,端板厚度、螺栓直径、节点域加劲肋、端板加劲肋等对高强螺栓拉力分布和承载力的影响.分析结果表明:1)随着外伸端板厚度增加,高强螺栓受到的拉力减小,当端板厚度较薄时,由于板件变形产生的附加撬力使高强螺栓受到的拉力增大,进一步证明了高强螺栓受拉连接中撬力的存在以及对其产生的不利影响;2)外伸端板受...     

方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的拟静力试验研究

本文进行了6个方形钢管混凝土柱与钢梁连接节点足尺模型的拟静力试验,包括穿芯螺栓-加劲端板连接(SEP)节点、缀板焊接连接(SPW)节点与常规栓焊(NBW)节点三种。比较了这三种连接节点在不同轴压比下的滞回性能、强度与刚度退化、延性性能、耗能能力以及破坏特征。结果显示:破坏大多发生在节点连接部位或钢梁局部屈曲或开裂,SEP节点与SPW节点的整体抗震性能要优于常规栓焊节点。     

装配式方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能有限元分析

提出一种新型装配式方钢管混凝土柱-钢梁节点,为研究该类节点的抗震性能,基于ABAQUS建立了 9个新型装配式节点的有限元模型,分析比较了轴压比、端板厚度和竖向肋板宽度对节点抗震性能的影响,对节点的滞回曲线和骨架曲线、延性和耗能能力、刚度退化等抗震性能进行了对比分析.结果表明:在0.3～0.6范围内提高轴压比,节点的极限...     

斜向受力十字形钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为研究十字形钢管混凝土柱在斜向受力下的抗震性能,以加载角度(0°和45°)、混凝土强度等级(C50和C70)、轴压比(0、0.25和0.5)以及是否设置加劲肋为试验参数,进行了9根十字形钢管混凝土柱在往复荷载作用下的试验研究,获得了柱的破坏形态、水平荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性、累积耗能、变形等特性,分析了不同参数对柱抗震性能的影响规律。并建立了十字形钢管混凝土柱的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好。试验结果表明:十字形钢管混凝土柱具有较好的滞回性能,所有柱的位移延性系数均高于3.5;轴压比对十字形钢管混凝土柱的抗震性能影响较大,轴压比越大,柱承载力越低,刚度退化越快,延性和耗能能力也越差;随着混凝土强度的增加,柱承载力增加,轴压比较大时,混凝土强度越高,延性下降越明显;内部间断焊接加劲肋的柱比未设置加劲肋柱的承载力提高约8%,但延性和耗能能力提高不大;加载角度为45°柱的滞回性能稍优于0°的柱。     

中空夹层钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁节点抗震性能试验研究

以中空夹层钢管混凝土柱与带钢筋混凝土楼板的钢-混凝土组合梁采用高强螺栓及T形钢连接件构成的组合节点的抗震性能为研究对象,对6个十字形组合节点以梁端反对称加载的形式进行拟静力试验。试验中以柱轴压比、加劲肋、T形钢连接件尺寸、楼板厚度和楼板配筋率等为变化参数,研究该组合节点的破坏特征、滞回性能、抗剪性能、承载力衰减、刚度退化规律、耗能特性以及应变变化等力学性能。研究结果表明：柱内置钢管在增加柱受压承载力的同时可以有效增加节点核心区受剪能力,改善了节点整体受力性能;增大楼板配筋率(当1%≤ρ≤ρmax时)和减小柱轴压比(当n≤0.3时)能增强节点总耗能能力,但会降低节点延性且对节点承载力无明显提高作用;T形钢翼缘厚度和设置加劲肋对节点抗震性能影响较大。     

L形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓装配节点抗震性能研究

为同时实现梁柱之间和柱柱之间装配,提出一种适用于多高层钢结构的异形钢管混凝土柱与H型钢梁的全螺栓连接节点.上柱、下柱、L形件与H型钢梁4个模块在工厂制作完成,在施工现场通过螺栓进行装配,可实现梁与柱、柱与柱之间的快速连接.通过改变盖板螺栓数量、加劲肋种类设计了4个节点,对其进行了拟静力试验与有限元分析,获得了节点的滞回...     

方钢管混凝土框架-侧边开洞薄钢板剪力墙受力性能研究

采用大型通用非线性有限元软件ABAQUS 6.10分别对4个方钢管混凝土框架-侧边开洞薄钢板剪力墙进行数值分析,明确其受力性能和破坏形态,分析侧边加劲构件对结构刚度、承载力、延性及滞回性能的影响,提出侧边加劲构件截面设计方法。结果表明:方钢管混凝土框架-侧边开洞薄钢板剪力墙具有良好的受力性能和滞回性能;当侧边加劲构件与钢梁铰接时,侧边加劲构件能够显著提高方钢管混凝土框架-侧边开洞薄钢板剪力墙的极限承载力、初始刚度、延性和耗能能力;有限元计算结果与侧边加劲构件设计公式计算结果吻合较好,可供工程应用参考。     

方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

基于非线性和再生混凝土损伤因子的塑性损伤本构,建立了外加强环全焊接刚性连接、外套管式端板连接半刚性连接以及顶底角钢全螺栓连接半刚性连接3种形式的方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析了各模型的抗震性能。结果表明:在低周循环加载下,柱内含有支撑骨架且没有穿柱构件时,有利于提高节点域核心再生混凝土的整体性,受力简单;采用外套管约束节点域,核心再生混凝土的应力、应变较小,有利于再生混凝土耐久性的提高;在相同轴压比、梁柱线刚度比的情况下,外加强环全焊接刚性节点承载能力和滞回耗能能力较高,但延性相对较差;顶底角钢全螺栓连接半刚性节点承载能力、滞回耗能能力相对较低,延性较好;外套管式端板连接半刚性节点的极限承载力、滞回耗能能力和延性性能都有良好的表现;在此基础上,对外套管式端板连接半刚性节点进行了荷载-位移影响参数分析。结果表明:轴压比在弹性阶段对节点的影响不大,在进入屈服和塑性强化阶段,随着轴压比的增高,节点的极限承载力和延性下降;在强柱弱梁的前提下,梁柱线刚度比的增加有利于节点弹性刚度和水平极限承载力的提高,屈服后梁柱线刚度比对节点刚度退化影响不大;钢材屈服强度影响主要体现在节点的极限水平承载力上;再生骨料取代率对节点的延性性能稍有影响;外套管和端板的厚度变化在一定范围时对节点的弹性刚度和极限承载力有一些影响,但增幅随着厚度的增加越来越小。     

梁柱端板连接节点的滞回性能试验研究

为了研究钢框架中梁柱端板连接节点的滞回性能,本文进行了8个节点试件的循环加载试验,其中有7个试件的柱端施加了轴向压力,4个端板设置了加劲肋。试验结果表明:端板连接具有良好的延性和耗能能力,节点的转角都超过了0.03rad;端板刚度是影响节点滞回性能和极限承载力的决定性因素;端板较薄时,端板加劲肋不但可以显著提高端板刚度,而且可以延缓梁翼缘与端板间焊缝的开裂,有效提高承载力,减小撬力。最后根据试验结果提出了设计和施工建议。     

Performance of CFTST column to steel beam joints with blind bolts under cyclic loading

The objective of this research is to investigate the seismic performance of the composite joint consisting of square concrete filled thin-walled steel tubular (CFTST) column and steel beam with end plate and blind bolts. The cold-formed square tube in each CFTST column connection was fabricated by seam welding together four pieces of lipped angle with nominal wall thickness 1.5 mm or 3 mm. Four exterior joint specimens were tested under axially compressive load on the top of the columns and cyclic loads on the beam tip. The experimental parameters in the study were the thickness of the steel tube and the type of end plate. The seismic response of the blind bolted moment joints to CFTST columns was analyzed and evaluated in terms of the hysteretic behavior, failure modes, stiffness and strength degradation, ductility, and energy dissipation capacities of the joints. To improve the tension behavior of the blind bolted moment connections to the thin tube wall, the anchorage action of reinforcing rebar welded to the bolts with concrete-filled steel tubes was also investigated to consider the effect of cyclic loading. The experimental and analytical results indicated that when the end plate thickness is not less than 3 mm, the flush or extended end plate joints to CFTST columns exhibited large hysteretic loops and excellent seismic performance, such as ductility and energy dissipation capacity. The proposed innovative blind bolted joint was verified as a reliable and effective solution applied in mid- and low-rise buildings through properly design and detailing.     

梁柱盖板连接的滞回性能研究

盖板加强式梁柱刚性连接节点是使塑性铰外移以提高节点塑性变形的一种改进形式。为了研究梁柱盖板连接的滞回性能,在考虑材料、几何和接触状态非线性基础上,采用三维实体单元对梁柱盖板连接进行了循环加载有限元模拟。设计了4组共12个试件,研究了节点域厚度、梁高、盖板长度及轴压比等参数对盖板连接滞回性能的影响。有限元分析结果表明:大部分节点表现出良好的延性,梁端位移超过80mm;节点域厚度越厚,连接的承载力和刚度越高;梁高越大,连接的延性越差,可能会发生强梁弱柱破坏;盖板长度对节点性能没有显著影响;轴压比越大,节点的强度、刚度和延性会显著降低。     

壁式钢管混凝土柱抗震性能试验研究

通过3个截面高宽比为3.0的壁式钢管混凝土柱足尺试件在高轴压比下的低周反复加载试验和有限元分析,研究壁式钢管混凝土柱的破坏模式、滞回行为、承载能力、变形性能和能量耗散能力。结果表明：试件的破坏模式为压弯破坏,破坏区域钢板受压鼓曲、钢管纵向焊缝涨裂、混凝土压溃;试件滞回曲线稳定饱满,无明显捏拢现象;纵向隔板能够约束钢管壁板平面外变形,提高钢板局部屈曲强度;试件破坏时位移延性系数大于3.0,等效黏滞阻尼系数大于0.4,减小钢管壁板宽厚比可有效增加试件耗能能力。设计轴压比为0.54～0.69时,壁式钢管混凝土柱屈服位移角大于0.005rad,极限位移角大于0.02rad,具有良好的变形性能和耗能能力。建立的精细有限元模型可准确预测壁式钢管混凝土柱在恒定轴力和反复水平力下的滞回行为。有限元分析表明,轴压比对壁式钢管混凝土柱的极限位移影响显著,提高含钢率可有效增加其承载力和变形性能。     

不同构造特征的H形钢梁-柱半刚性连接节点抗震性能试验研究及有限元分析

通过对6个具有不同构造特征和几何尺寸的H形钢梁-柱半刚性连接试件进行拟静力试验和有限元分析,得到节点弯矩-转角（M-θ）滞回曲线及M-θ骨架曲线,分析了试件的极限弯矩、连接初始刚度、延性、耗能性等性能。研究结果表明：对于几何尺寸相近的梁柱端板连接,柱强轴方向翼缘-端板连接的极限弯矩及初始连接刚度远高于柱弱轴方向的腹板-端板连接,且后者的延性也比较差;采用弱轴方向的端板连接,应在腹板的两个方向同时设置加劲板,以保证有足够的连接强度和延性;在柱翼缘设置抗剪托板对于梁柱外伸端板连接性能无明显影响,而且延性还有降低趋势。     

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。