高强钢板-螺栓连接副抗拉性能试验研究

为解决现有单边螺栓锚固不足和安装复杂的问题,提出一种高强钢板-螺栓连接副.将高强钢板焊成芯筒置于钢管柱内并开孔攻丝,采用普通高强螺栓即可实现与钢梁连接节点的单边张紧.为研究攻丝高强钢板替代螺母的可行性,考察连接副的极限抗拉性能和破坏模式,探讨能够与高强螺栓配合的最优钢板厚度,对一系列不同钢板厚度和螺栓强度等级的钢板-螺栓连接副进行单调抗拉试验研究.试验中选取Q460C、Q345B、45号钢三种钢材和M16、M20、M24三种规格10.9级高强螺栓作为研究变量.结果表明,Q460C和Q345B均可以作为45号钢的替代材料,同时满足高强螺栓的强度要求和钢结构的焊接要求,采用强度较高钢材可以减少连接副用钢量.为保证钢板-螺栓连接副不发生钢板螺纹滑牙破坏,建议Q460C钢板厚度不宜小于螺栓公称直径d;Q345B钢板厚度不宜小于d+(1～2) mm,不宜采用贴焊加厚的叠合钢板.     

内置高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能

为研究内置FRP约束UHPC高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能,基于“强柱弱梁”目标设计制作5个端板-螺栓连接节点试件,通过拟静力试验研究节点的破坏机理,并分析柱轴压比、FRP管厚度和有无芯柱对节点抗震性能的影响,对比钢梁更换前后节点的性能。试验结果表明：所有试件均在梁端形成塑性铰破坏;该破坏模式下,节点具有较高的承载力、耗能能力和较好的延性;内置芯柱时,试件承载力提高但延性降低;随着FRP管厚度增加,节点初始刚度和耗能能力均得到提升;相比原试件,更换梁试件的耗能能力、延性和初始刚度均有所降低。变形分析结果表明：节点域组合柱以受弯变形为主,两侧钢梁主要承担节点域的剪切变形。依据初始刚度判定该节点属于刚性节点。     

高强螺栓端板连接节点的非线性有限元分析

目的 研究高强螺栓对端板连接节点力学性能的影响．方法 采用有限元分析软件ANSYS，考虑螺栓数目、螺栓直径、端板厚度等影响因素，对高强螺栓端板连接中的外伸式节点进行三维非线性有限元分析．结果 螺栓数目、螺栓直径以及端板厚度对节点极限承载力都有不同程度的影响．8个螺栓的节点受力较为合理，比6个螺栓的端板连接的极限承载力提高近30％，能充分利用梁柱材料．端板厚度的变化影响节点的初始连接刚度，但对节点的极限承载力影响不大．结论 增大螺栓直径可以有效地提高节点的极限承载力．螺栓数目的不同影响节点螺栓的应力变化和各排螺栓屈服的先后顺序．端板厚度的增加在端板较薄时对节点的初始刚度影响明显．     

高强钢板组合螺栓抗拉性能有限元分析

高强钢板钻孔攻丝后替代螺母,与高强螺杆组合成一种新的单边螺栓连接副,可用于钢管柱框架节点.为研究钢板组合螺栓抗拉承载力和破坏机理,在本组试验研究的基础上对4类钢板组合螺栓共64个试件进行单调拉伸数值模拟,以板厚和螺杆直径为研究变量,包括Q345B、45号钢、Q460C和Q690D四种钢材和10.9级M16、M20、M24、M27和M30五种规格高强螺栓.结果表明:Q345B、Q460C和Q690D均可作为45号钢的替代材料;钢板组合螺栓在锚固可靠的条件下,可按螺杆螺纹极限抗拉荷载的70%作为其抗拉设计值;钢板较薄时,发生钢板螺纹滑牙破坏,螺栓拔出,螺杆最大应力位于锚固区,钢板向外凸起,凸起量大于支点间距的1/200;钢板较厚时,发生螺杆拉断破坏,螺杆最大应力位于构造区,两种破坏模式中钢板的最大应力均位于钢板螺纹第一扣处.为保证钢板组合螺栓不发生钢板螺纹滑牙破坏,建议Q345B钢板厚度不宜低于1.15d;Q460C钢板厚度不宜低于1.10d;Q690D钢板厚度不宜低于0.95d,根据弹性力学和螺纹传力机理推导高强钢板组合螺栓抗拉承载力公式,公式计算结果与有限元结果吻合良好,研究成果可为钢板组合螺栓的设计提供参考.     

方钢管柱-H型钢梁顶底T型钢单向螺栓连接节点性能研究

对方钢管柱-H型钢梁顶底T型钢单向螺栓连接节点在单向荷载作用下的力学性能进行了有限元模拟,得到了节点的荷载-位移曲线,并对节点的荷载-位移曲线、构件的应力-应变状态进行了详细分析。研究结果表明:随荷载施加,节点受拉区T型件被拉离柱翼缘一定距离,节点最终的失效模式为受拉区T型件翼缘腹板相交处被拉断破坏,T型件是方钢管柱-H型钢梁单向螺栓连接节点的薄弱部位,在实际的工程应用中可考虑加强柱壁与T型钢翼缘的连接。     

一种新型组合结构梁柱节点的试验研究

提出了一种新型的端板螺栓连接的钢混凝土组合梁、连续复合螺旋箍混凝土柱节点.这种节点的构造为组合梁混凝土中的负钢筋贯通节点核芯区,而组合梁的钢梁部分靠带肋板的端板、长杆高强螺栓连接,节点核芯区设立钢板箍代替普通的箍筋.此节点构造简单、便于施工.为了研究其抗震性能和破环机理,对这种节点进行了足尺的拟静力试验和模拟节点核芯区的试验.介绍了试验情况,对节点的强度、延性、滞回性能进行了分析.结果表明该节点属于典型的梁铰破坏,具有较好的耗能能力.根据实验提出了构造建议与核芯区承载力公式.     

混合结构中钢梁与混凝土墙刚性节点的拟静力试验

通过低周反复加载作用下的拟静力试验,对3个钢梁与混凝土墙刚性节点在地震作用下的破坏机理和抗震性能等特性进行了研究.试验结果表明,钢梁翼缘与封口板之间连接焊缝的焊接质量对节点性能至关重要;钢梁腹板与连接板的高强螺栓连接对节点性能也有较大影响.同时根据试验结果对相关的设计方法提出了具体的建议,例如在满足构造要求的前提下尽量取规格较大的高强螺栓.     

异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点抗震性能研究

为研究异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点的抗震性能,对节点试件进行低周往复荷载试验及ANSYS非线性有限元分析.结果表明:破坏源于节点区钢梁翼缘屈曲,顶底角钢屈服形成塑性铰,节点产生大转动变形;各试件滞回曲线较为饱满,呈倒“S”形,延性系数均大于2.55,节点具有较好的耗能能力;角钢厚度、高强螺栓直径对节点承载力和变形能力影响显著,增大角钢厚度及高强螺栓直径,节点延性系数略有降低,但极限承载力明显提高;有限元节点应力分布及破坏特征与试验现象基本一致,屈服承载力、极限承载力有限元计算值与试验值吻合较好;轴压比对节点抗震性能影响较小,相较于螺栓性能等级,钢材强度等级对节点刚度及承载力影响更为显著.     

短端板节点钢框架内填RC墙结构循环荷载试验研究

通过1榀两层单跨1∶3比例短端板连接的钢框架内填RC墙结构(简称PSRCW)循环荷载试验研究,介绍了PSRCW结构的破坏形态和破坏过程,分析了结构的滞回性能、刚度退化、延性、耗能、节点转动能力等.试验结果表明:PSRCW结构承载力高,抗侧刚度大,但耗能、变形和延性性能一般.在整个试验过程中,试件刚度退化均匀缓慢.试件中与钢梁相连的抗剪栓钉疲劳断裂后,内填墙转为主对角斜压传力.峰值荷载过后,承载力衰减较快,但仍具备较高的残余承载力,可作为第二道抗震防线.短端板节点具有良好的转动能力和抗拉能力,可避免半刚性节点的受拉破坏.     

钢结构外伸端板连接抗火性能研究

采用有限元法对钢结构梁柱外伸端板连接节点的抗火性能进行了模拟,得到了节点转角与火灾时间的关系曲线和节点的抗火极限,与试验数据进行了比较;分析了节点的弯矩转角关系以及结构的变形与Mises应力分布情况;研究了参数变化对节点抗火性能的影响.结果表明:火灾下,连接结构内力和弯矩重新分布,使节点具有较大的转动和变形能力;减小载荷率,适当增加端板厚度,可以提高节点的抗火时间;过大增加螺栓直径,对提高抗火极限没有影响.     

外露式钢柱脚节点的抗剪性能

参考实际工程中使用的外露式钢柱脚节点,以柱脚底板孔径、柱脚底板厚度、锚栓直径和锚栓强度为主要参数,设计7组共19个大直径锚栓的钢柱脚试件,开展抗剪性能试验研究. 试验表明,锚栓连接具有可观的抗剪能力,节点的最终破坏模式有3种：当基础混凝土配筋足够时为锚栓剪断,配筋不够时为混凝土冲切破坏,介于两者之间的锚栓剪断同时存在混凝土冲切裂缝;锚栓连接的荷载-相对位移曲线呈现2种类型,主要区别在于是否存在滑移段. 对于锚栓连接的抗剪承载力设计值,将 3个已有理论模型与试验结果对比,给出推荐的简化公式. 对于锚栓连接的极限抗剪承载力,提出考虑锚栓截面拉力、剪力和弯矩影响的计算模型.     

圆钢管混凝土 K 型焊接管板节点受力性能试验

为研究格构式钢管混凝土风力发电机塔架K型焊接管板节点的受力性能,进行了4个圆钢管混凝土K型焊接管板节点的单调静力加载试验和1个空心圆钢管K型焊接管板节点的对比试验,探讨了该类节点的破坏模式、极限承载力以及节点区应力分布和发展规律,研究了各试验参数对节点受力性能的影响。试验结果表明：塔柱内混凝土的填充使得焊接管板节点的破坏模式由节点交汇处塔柱管壁塑性变形失效转变为节点板失效和腹杆失效;节点的极限承载力大幅增加,变形减小;节点几何参数和构造参数的变化对试件受力性能的影响较大;当节点板中部设置加劲肋时,节点的承载力提高,节点板平面外失稳得以避免;当节点极限承载力由腹杆屈曲或屈服承载力控制时,在一定范围内随着腹杆与塔柱管径比和壁厚比的增加,节点的承载力提高。     

联肢模块化钢结构中节点抗震性能试验研究

提出一种新型模块化钢结构体系,将改进的模块单元间隔布置并通过联肢单元联接,避免叠梁并柱产生的结构冗余.针对新型结构体系的装配特征,提出一种两侧分别为全焊接与全栓接的梁柱节点.开展3根十字形足尺节点试件的拟静力试验,研究节点的抗震性能,分析节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力,探讨竖向拼接螺栓连接方式和...     

T形钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁外伸端板连接节点抗震性能试验研究

为了研究T形钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁外伸端板连接节点的抗震性能,按1:2的比例设计并制作了9个试件进行低周往复荷载试验。观察了试件的受力过程和破坏形态,得到了试件的滞回曲线和骨架曲线,分析了节点的荷载特征值、延性、耗能性能和刚度退化。试验结果表明：此类节点滞回曲线饱满,延性系数均大于3.48,粘滞阻尼系数均大于1.5,具有良好的抗震性能。加长牛腿长度能提高节点的初始刚度和极限荷载;增加端板厚度和设置加劲肋,节点的极限荷载和耗能性能提高,且加劲肋对薄端板的影响比厚端板显著;增大螺栓直径能提高初始刚度,但对节点承载力影响有限。     

钢管混凝土柱与桁架穿芯螺栓端板式连接节点试验研究

为了研究矩形钢管混凝土柱与交错桁架穿心螺栓端板式节点抗震性能,对2个节点试件进行了低周反复荷载试验,在此基础上对节点的受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、强度退化、刚度退化和耗能能力等抗震性能进行了较为深入的研究与分析.试验结果表明:穿芯螺栓能够有效地传递桁架拉力;试件滞回曲线呈反S形;节点具有较好的承载力、耗能性能及滞回特征;在整个加载过程中节点的刚度退化明显;随着端板厚度的增加,节点的承载力增加,延性变差;节点转动能力满足抗震性能的要求.     

螺栓端板连接中柱翼缘和腹板加强方法

为加强梁柱端板螺栓连接部位的柱翼缘和柱腹板,采用有限元法对梁柱端板螺栓连接部位进行了细致分析,提出了柱翼缘贴板,贴板与柱翼缘焊接的方法,给出了贴板厚度的计算公式;且贴板可以很好的消除螺栓周围柱翼缘的弯曲冲切变形,达到与加厚节点区柱翼缘同样的效果.设计了柱腹板"Morris"加劲肋能够同斜向对角加劲肋一样,大幅度减小节点域剪切变形,且不影响螺栓的排列.柱翼缘加贴板可以取代加厚节点区柱翼缘,节点域柱腹板可采用"Morris"加劲肋加强.     

外伸端板节点抗火设计方法

为外伸端板节点的抗火设计提供参考,提出了一个外伸端板节点抗火设计方法.结合我国现行的GB50017-2003《钢结构设计规范》和CECS200:2006《建筑钢结构防火技术规范》,考虑结构钢高温下的力学性能,对常温下外伸端板节点的承载力进行分析和改进.提出了高温下高强螺栓,外伸端板,柱翼缘和节点板域抗火承载力计算公式.通过计算两个外伸端板节点的临界温度和耐火极限与试验结果对比,验证了方法的可靠性.