加强型和削弱型梁柱节点对钢框架性能的影响

针对加强型和削弱型两种梁柱连接节点,分别进行了钢框架的有限元单向加载和循环加载分析,探讨了两种节点类型对结构承载能力、抗侧刚度、耗能能力等性能的影响.有限元计算结果表明:两种节点都可以使梁端形成塑性铰,具有较好的耗能能力,但与削弱型节点相比,加强型节点可以显著提高钢框架的屈服荷载、抗侧刚度和极限承载力,而且有效降低了梁端翼缘的轴向应力,便于实现强连接弱构件,更适合于抗震设防地区采用.     

梁端翼缘扩大型梁柱节点抗震性能和设计方法

为使钢框架梁柱节点满足强柱弱梁的抗震设计原则,并使梁上塑性铰远离梁柱节点区,对梁端翼缘扩大型(包括侧板加强型和翼缘端部放大型)钢框架梁柱节点进行了往复荷载下的试验研究,得到了节点类型和梁端翼缘扩大尺寸对节点滞回性能、延性和耗能能力等指标的影响规律.在使用非线性有限元程序对试验结果进行数值模拟的基础上,研究了梁端翼缘扩大段的长度及宽度等参数对节点性能的影响规律和有效取值范围,给出了实用设计方法.使用梁端翼缘扩大型钢框架节点可以有效实现梁端塑性铰外移,是一种在抗震设计中值得推广的具有良好延性和塑性转动能力的新型节点形式.     

钢管混凝土柱-混合梁节点抗震性能试验研究

提出适用于装配式大跨度组合框架结构的钢管混凝土柱-混合梁节点. 为了研究节点的抗震性能及受力机理,对2个足尺中柱节点试件进行低周往复加载试验. 2个试件分别采用混合梁端型钢翼缘削弱式(RBS)节点以及梁端普通型钢节点. 对2个节点的破坏形态、耗能能力、承载能力、延性以及混合梁的应变分布规律进行对比分析. 试验结果表明,对梁端型钢翼缘的削弱处理可以有效促进试件在翼缘削弱区形成塑性铰,避免梁端焊缝的脆性破坏. 相比型钢未经处理的节点,翼缘削弱节点展现出更好的延性和耗能能力;梁底附加钢筋屈服后的黏结滑移会影响节点的耗能能力,在锚固长度满足规范要求的前提下,应适当增加其配筋率,以防止过早出现附加钢筋屈服后的黏结滑移.     

梁端水平加腋空间结构地震反应分析

试验研究表明梁端水平加腋偏心节点随着腋宽的增加,梁与柱相交腋部抗弯能力提高,梁端塑性铰有向与等截面梁相交的加腋处转移的趋势.本文是基于以上研究,用有限元分析方法对一栋有梁端水平加腋的加腋偏心节点空间结构和一栋普通偏心节点的空间结构在地震作用下的受力性能进行分析、比较,研究塑性铰从梁柱交界面发生转移后对整体结构抗震性能的影响.     

连接墙板内置支撑的钢框架节点加强构造分析

为确保墙板内置无黏结支撑钢框架结构大侧移下利用内置支撑大幅屈服耗能,而钢框架在支撑连接区域处于弹性,通过有限元分析重点考察了支撑形式、支撑连接位置等对连接区域传力机制的影响,以及框架在连接处的加强构造.分析表明,1/50侧移角范围内时,梁端贴板加强后加强段基本处于弹性,非加强梁段的塑性铰位置与加强段端部间水平距离约为梁高的一半,塑性铰处翼缘轻微屈曲或无屈曲时钢梁截面的最大弯矩均接近塑性弯矩.据此,再结合支撑的连接位置和轴力便可确定出梁端内力,并进行节点域抗剪验算.分析还表明,节点域两侧的梁端弯矩按翼缘和腹板的抗弯刚度比例分配后传给节点域,而不是按现行设计规范中仅通过两翼缘的方式进行传递.节点域的柱腹板在剪切屈服后剪切变形大幅增加,增大了结构层间侧移.基于分析结果,给出了钢梁翼缘和腹板以及节点域柱腹板的贴板厚度等设计建议.     

蜂窝式可替换塑性铰框架试件抗震性能

为避免梁柱翼缘相交处的焊缝在地震作用下发生脆性破坏,本文设计了一种蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点,并对基于此节点的4个不同蜂窝式耗能环尺寸的框架试件模型进行了低周往复加载的ABAQUS有限元模拟和低周往复加载试验。充分分析了各框架试件有限元模型和实验试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能等,探讨蜂窝式耗能环的法向厚度和径向厚度对此节点框架滞回性能的影响。分析结果表明：蜂窝式可替换塑性铰节点框架的滞回曲线较为饱满,具有良好的抗震性能;等间距地增加蜂窝式耗能环阵列的径向厚度,可以提高蜂窝式梁柱节点框架的耗能能力和屈服后的变形能力。蜂窝式可替换塑性铰节点保护了梁柱节点焊缝,能够有效实现塑性铰外移。     

钢筋混凝土梁塑性铰长度变化规律及尺寸效应

为了研究钢筋混凝土梁塑性铰长度随荷载的变化规律及其尺寸效应,依据15根不同截面尺寸的钢筋混凝土梁单调和低周往复加载试验结果,分别采用4种方法探索了塑性铰长度从屈服点到极限位移点的变化规律,研究了截面尺寸对梁试件塑性铰长度的影响.结果表明:屈服荷载后,随荷载的增加塑性铰长度逐渐增加;塑性铰长度表现出明显的尺寸效应.截面高度由200 mm增加到1 000 mm时,单调试件的峰值荷载点和极限位移点的相对塑性铰长度分别降低了40%和44%,低周往复加载试件则分别降低了38%和40%.在此基础上,提出的考虑截面高度影响系数的塑性铰长度计算值与试验值吻合较好.     

方钢管混凝土柱—削弱钢梁端栓焊连接节点受力性能

采用三维实体单元,对“带内隔板的方钢管混凝土柱-削弱梁端钢梁栓焊连接框架节点”建立了考虑几何非线性、材料非线性和接触非线性的有限元理论分析模型,将有限元模型与试验模型进行对比分析,规律方面吻合较好,进而对“框架节点”在单调和低周反复荷载作用下的受力性能进行了数值分析,深入研究了其荷载-位移曲线、节点区梁端的应力分布规律、耗能能力及破坏特征。研究表明：各种粱端削弱节点P-△曲线的初始刚度和梁端无削弱节点的初始刚度基本相同;梁端削弱节点的承载力比梁端无削弱节点的承载力有所降低,但降低幅度不大;梁端削弱节点均能够将塑性铰外移致梁端削弱区域;各种削弱形式的梁端削弱节点均表现出良好的延性及耗能能力,具有较好的抗震性能。     

装配式混凝土梁柱半刚性节点的抗震性能

为研究装配式混凝土框架节点的抗震性能,提出一种端板螺栓连接梁柱节点形式,设计节点试件并对其进行拟静力试验研究,与现浇混凝土框架节点试验进行对比,考察试验节点的破坏形式、承载能力以及耗能能力和位移延性等抗震性能指标;采用有限元程序模拟试验节点试件的受力性能,验证模型的准确性。结果表明：现浇节点试件以梁端截面形成塑性铰耗能,破坏时梁端截面发生弯剪破坏,柱和节点均出现裂缝;端板螺栓连接半刚性节点试件主要以梁柱之间发生相对转角耗能,最终由于梁端截面混凝土材料强度不足而发生破坏,而柱保持完好,可通过更换高强螺栓和预制梁快速修复节点;提出的端板螺栓连接节点可以满足钢筋混凝土结构的耗能和延性要求,梁内钢筋、预埋的端板和混凝土是否能够协同工作对节点的受力性能有较大影响。     

蜂窝式可替换塑性铰框架试件抗震性能

为避免在地震作用下梁柱翼缘相交处的焊缝发生脆性破坏,本文设计了一种蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点,并对基于此节点的4个不同蜂窝式耗能环尺寸的框架试件模型进行低周往复加载的ABAQUS有限元模拟和加载试验,分析各框架试件有限元模型和试验试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能等,研究蜂窝式耗能环的法向厚度和径向厚度对节点框架滞回性能的影响。结果表明：蜂窝式可替换塑性铰节点框架的滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力;等间距地增加蜂窝式耗能环阵列的径向厚度,可以提高蜂窝式梁柱节点框架的耗能能力和屈服后的变形能力;蜂窝式耗能环阵列法向厚度从H型钢梁腹板厚度增加到3倍H型钢梁腹板厚度时,蜂窝式梁柱框架试件的耗能能力显著提高。蜂窝式梁柱框架试件试验中蜂窝式耗能单元的破坏位置与蜂窝式梁柱框架试件有限元模型中应力分布较大的位置几乎完全吻合,符合实际情况。相较于传统钢结构梁柱抗震节点,蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点将梁柱焊缝处的脆性破坏转化为梁上特定位置的破坏,充分转移梁柱节点焊缝处的应力,蜂窝式可替换塑性铰节点保护了梁柱节点焊缝,能够有效实现塑性铰外移。蜂窝式可替换塑性铰节点有效减少梁柱节点焊缝开裂现象,降低钢结构在大震下发生焊缝开裂而倒塌的几率,易于模块化工厂加工,显著提高施工效率,便于消防管道、电缆等设施的转向和穿线。     

预应力组合梁在负弯矩作用下的塑性铰长度研究

为了研究体外预应力组合粱在负弯矩作用下的塑性铰长度,采用悬臂梁模型,运用有限元方法对截面支撑条件、跨高比及几何性质对塑性铰长度等参数的影响进行了分析.分析结果表明,组合梁在负弯矩作用下的力学性能受稳定控制,其支座单边塑性铰长度约为0.5倍铜梁腹板高度,并不随截面几何性质、加载方式等的改变而明显变化.     

人工塑性铰连接的装配式钢混组合节点非线性静力分析

针对装配式框架节点损伤模式不可控、震后修复困难等问题,提出一种基于人工塑性铰连接的新型装配式钢混组合框架节点形式,其具有构造简单、承载耗能、易装配等特点。为进一步明确该新型节点的受力性能,利用ABAQUS建立节点的非线性有限元模型,以轴压比、翼缘连接板厚度、抗剪耗能杆直径为参数变量,研究不同参数对节点破坏模式、受力机理及弯矩-转角曲线的影响规律,并对节点刚性进行评估。结果表明,该新型节点的破坏模式为梁端受弯破坏,人工塑性铰对节点内力分配与传递起关键作用;随着轴压比的增大,节点承载力和延性系数呈现出先增大后降低的变化趋势,翼缘连接板厚度对节点承载力和延性均有较大影响,抗剪耗能杆直径对节点承载力的影响较小,但对节点延性变形影响较大;该新型节点属于铰接连接和完全强度连接。     

再生混凝土框架梁柱中间节点的锚固性能

完成了4个足尺再生混凝土框架梁柱中间节点在低周反复荷载作用下的试验,主要目的是研究低轴压比条件下再生混凝土节点区的粘结锚固性能.主要研究参数为节点核心区尺寸(hc)与纵筋直径(d)的比值.结果表明,相对锚固长度(hc/d)为20.5和22.5的试件在加载后期发生粘结滑移,相对锚固长度为25的试件无明显的粘结滑移现象,最终发生梁端塑性铰破坏.为避免发生显著的粘结滑移,建议再生混凝土节点区相对锚固长度hc/d应适当提高.     

梁柱节点刚度对无支撑钢框架性能的影响

采用有限单元法对不同层数及跨数的无支撑钢框架进行了单向和循环加载有限元分析与对比,研究了梁柱节点刚度大小对框架的抗侧刚度、屈服荷载、屈服位移、滞回性能、破坏模式等性能的影响。结果表明:随着节点转动刚度的逐渐降低,框架侧向刚度减小,侧移增大,框架柱脚很容易率先屈服,梁端很难形成塑性铰,导致结构耗能能力降低;节点刚度达到106kN.m/rad时,框架性能与理想刚接基本一致,可以看成刚性连接框架;节点刚度小于103kN.m/rad时,可以看成铰接框架;节点刚度介于103～106kN.m/rad时则属于半刚性连接框架,节点柔性对结构性能的影响不可忽略。     

新型耗能器的减震数值分析

提出了一种新型铅组合耗能器,这种耗能器可用于梁端塑性铰的耗能减震。通过对安装这种耗能器的框架减震耗能效果进行分析,发现该耗能器能有效增加结构的阻尼比,减震效果明显。建立了铅组合阻尼器的计算模型,分析表明,铅阻尼器能有效减小结构的地震反应,提高了建筑物的抗震性能,是一种高效的耗能器。     

不等宽T型方钢管节点初始抗弯刚度计算

为了在结构分析中考虑节点抗弯刚度的影响,建立了节点初始抗弯刚度分析模型.采用考虑几何非线性及材料非线性影响的有限元分析方法,对不等宽T型方管节点的抗弯性能进行了研究,得到了支主杆宽度比、高宽比、主杆截面高度及壁厚对节点抗弯刚度的影响规律.在参数分析的基础上给出节点初始刚度计算公式.在计算节点强度的塑性铰线模型的基础上建立了节点初始抗弯刚度计算模型,得到了节点抗弯刚度计算公式.与有限元计算结果及其他研究者计算结果比较表明:本文提出的分析模型是合理可行的.     

翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点受力性能试验

目的试验研究翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点的受力性能,考查翼缘削弱程度以及削弱方式对其受力性能影响.方法在钢筋混凝土梁端翼缘内预埋刚度调节盒,使得梁端塑性铰外移,通过制造6个翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点模型试件,并对试件进行拟静力试验,研究该类型节点的破坏机理;通过改变梁端翼缘内预埋刚度调节盒的数量和方式等参数,考察该类型节点破坏的主要影响因素.结果梁翼缘预埋刚度调节盒对框架梁刚度的调节明显;梁端塑性铰出现在刚度调节盒所处位置,可实现塑性铰外移;试验测得节点的位移延性系数均不小于5.3,抗震性能较好.结论翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点可明显改善普通梁柱节点的抗震性能,通过在梁柱节点翼缘处设置适当数量的刚度调节盒,可更易实现"强柱弱梁"的抗震设防目标.     

斜加劲薄壁钢板加固RC框架抗震性能

为探究经内嵌式薄壁钢板和沿主受力际线布置加劲肋加强后钢筋混凝土框架的抗震能力,对不同高厚比钢板加固试件进行低周往复加载试验,并利用ABAQUS建立有限元模型,分析肋板刚度比、高厚比和轴压比对加固试件抗震性能的影响.结果表明：未加强试件在梁端和柱端都出现塑性铰,而加强后试件仅在梁端出现塑性铰,改变了出铰机制,提高了试件抗震性能;设置加劲肋将薄壁钢板分成多个小区格板,边界约束条件增强,有效抑制薄钢板的面外变形,提高薄壁钢板的承载能力和耗能能力;经加固后的试件承载能力和耗能能力提高,刚度大幅提高,破坏时梁柱节点区域保持完好,改善了加固后试件的抗震性能,但采用3 mm和4 mm薄壁钢板加强后的试件抗震性能差比较小;肋板刚度比、高厚比、轴压比对试件的抗震性能均有明显影响.     

新型梁柱拼接外套筒式节点抗震性能研究

为解决传统方钢管柱-H型钢梁连接节点焊缝量较大、装配不便和抗震性能较差等问题,提出了一种新型梁柱拼接外套筒式节点.通过足尺寸拟静力试验和ABAQUS有限元模拟,考察了节点的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线和耗能性能等,并分析了轴压比、角钢及加劲肋板厚、外套筒板厚3个参数对其抗震性能的影响.结果表明:该节点在循环加载后期梁端出现了塑性铰,符合"强柱弱梁,强节点弱杆件"的设计原则;节点滞回曲线较为饱满,延性系数达到9.06,耗能系数为0.264～0.328,新型节点抗震性能良好;角钢及加劲肋板厚是影响节点抗震性能的重要因素,在12 mm厚度时得到最优线位移延性系数为11.24.     

钢框架带悬臂梁段拼接节点抗震性能参数分析

利用有限单元方法,考虑材料的非线性,分别对拼接等强型和拼接削弱型带悬臂梁段拼接节点进行分析,考察螺栓预拉力、界面摩擦因数、悬臂段长度、螺栓孔形状、梁端构造措施等因素对2类节点抗震性能的影响.结果表明,拼接等强型节点的抗震性能对上述设计参数几乎没有依赖性,而拼接削弱型节点的抗震性能则显著依赖于各参数的改变.将预拉力由P增大为1.2P或将摩擦因数由0.3增大为0.5均造成节点塑性转动能力降低50%以上;将悬臂梁段长度由500mm减为300mm造成滑移荷载降低20.5%,增为800mm则造成螺栓不出现滑移;梁端构造加强引起节点承载力提高16.8%,塑性转角提高17.5%.因此,高强螺栓预拉力、界面摩擦因数、梁端构造措施是影响拼接削弱型节点抗震性能的关键参数,在设计中需重点关注.