节点域对多层钢结构动力损伤的影响

为明确节点域对多层钢框架整体结构性能的影响,针对4组研究模型,运用动力弹塑性时程分析,从整体结构的层间位移、耗能、建筑塑性变形能量速度换算值、滞回曲线、最大延性比和最大累积塑性延性比研究了节点域对整体钢框架的影响。研究结果表明：考虑节点域影响之后,首层层间位移显著降低,且各层位移趋于均匀;节点域耗能显著且各层均匀;塑性变形能量速度换算值、最大延性比和最大累积塑性延性比均增大;以上分析均表明节点域的影响在整体结构中起着积极的作用,结构设计不可忽略。     

节点域性能的研究

节点域的厚度直接影响着节点的刚度、强度和变形 ,从而影响框架的抗震性能。在罕遇地震下 ,要求钢框架能够抵抗比多遇地震下大得多的变形。这种变形一般是非弹性的 ,其大小取决于框架中每个组成部分的相对强度和刚度。如果节点域的厚度取得合适 ,则既能够参与耗散能量 ,又不致使钢框架产生过大的层间变形。对计算节点域厚度的各种方法进行了比较 ,并就节点域板剪切变形的计算方法进行了探讨。     

部分包裹混凝土组合柱-型钢梁端板连接框架抗震性能试验研究

为了研究部分包裹混凝土组合(PEC)柱-型钢梁端板连接框架结构抗震性能,通过改变端板厚度和柱含钢率,对3榀端板连接复合框架模型进行低周反复荷载试验。分析了组合框架层间滞回特性、承载力、抗侧刚度、耗能能力、节点转角延性、层间位移和屈服机制等抗震性能。结果表明:框架的层间屈服机制为先期梁端截面形成塑性铰,后期柱根部屈服,实现了利用塑性屈服耗能的设计目标;节点域填充混凝土形成斜压带传力模式,满足了节点域薄腹板的抗剪需求;端板厚度由12 mm增加到20 mm,试件承载力增加2%,试件初始刚度提高22.44%,节点转角延性系数提高10.00%,耗能能力增加12.87%;柱截面含钢率由15.5%增加到19.4%,试件承载力提高13.00%,初始刚度提高50.77%,耗能能力增加9.80%,但节点转角延性系数降低3.4%。试件破坏时层间位移角均超过抗震规范弹塑性层间侧移角限值1/50,且试件承载力退化系数仍达到0.96,结构具有良好的屈服机制和抗震性能。     

Experimental research on sismic performance of PEC column-steel beam frame connected by endplate

为了研究部分包裹混凝土组合（PEC）柱-型钢梁端板连接框架结构抗震性能,通过改变端板厚度和柱含钢率,对3榀端板连接复合框架模型进行低周反复荷载试验。分析了组合框架层间滞回特性、承载力、抗侧刚度、耗能能力、节点转角延性、层间位移和屈服机制等抗震性能。结果表明：框架的层间屈服机制为先期梁端截面形成塑性铰,后期柱根部屈服,实现了利用塑性屈服耗能的设计目标;节点域填充混凝土形成斜压带传力模式,满足了节点域薄腹板的抗剪需求;端板厚度由12mm增加到20mm,试件承载力增加2%,试件初始刚度提高22.44%,节点转角延性系数提高10.00%,耗能能力增加12.87%;柱截面含钢率由15.5%增加到19.4%,试件承载力提高13.00%,初始刚度提高50.77%,耗能能力增加9.80%,但节点转角延性系数降低3.4%。试件破坏时层间位移角均超过抗震规范弹塑性层间侧移角限值1/50,且试件承载力退化系数仍达到0.96,结构具有良好的屈服机制和抗震性能。     

梁翼缘削弱式钢框架考虑节点域剪切变形的力学性能研究

钢框架采用翼缘削弱型节点(RBS)可以提高结构延性,满足结构抗震设计要求。考虑框架节点域的剪切变形,导出连带节点域的RBS梁、柱单元刚度矩阵,利用计算软件MATLAB对RBS节点钢框架结构的内力及变形进行了分析和计算。分析结果表明:在水平荷载作用下节点域剪切变形对RBS节点钢框架变形影响较大,层位移、层间位移以及节点总转角的增量均随层数的增加而相应增大,节点域剪切变形对框架内力的影响较小;工程设计中应考虑节点域剪切变形对RBS节点钢框架侧向刚度的不利影响。     

箱形节点域连接的工字形柱钢框架抗震性能试验研究

为研究采用箱形节点域与工形柱连接的钢框架结构的抗震性能,对由工字形柱强轴与弱轴方向采用箱形节点域连接的2榀钢框架结构进行了低周反复加载试验。试验结果表明:强轴连接钢框架具有较高的承载能力及良好的滞回性能,破坏时梁端出现塑性铰;弱轴连接钢框架的承载力相对偏低,但具有优于强轴连接钢框架的变形能力,且在弹塑性变形阶段具有与强轴连接钢框架相近的耗能能力,破坏模式与强轴连接基本相同;两榀钢框架的位移延性系数在2~3之间;试验中两榀钢框架的节点域始终处于弹性工作阶段,均未发生屈服。这表明箱形节点域连接属于"强节点域"连接,达到了"强节点弱构件"的抗震要求。箱形节点域连接可以有效减小节点域的剪切变形,采用该连接进行工字形柱钢框架设计时,在抗震设计中可以忽略节点域剪切变形对层间位移的影响。     

高层钢框架考虑节点域剪切变形的计算分析

本文着重介绍了钢框架节点域产生剪切变形的机理、节点剪切变形时的位移法、有限元法的内力分析,并列举了一个三层钢框架的计算实例。     

钢框架-内填薄钢板墙梁柱节点受力性能的研究

采用大型通用非线性有限元软件ABAQUS 6.10对节点域腹板厚度不同的三跨三层框架-薄钢板墙模型进行了数值分析,对节点域腹板的受力性能和节点左右梁端、上下柱端的受力机理进行研究。结果表明,节点域腹板两侧贴焊板补强,塑性变形发生在节点两侧梁端,节点域腹板未补强时,塑性变形集中在节点域腹板;受压柱的节点域腹板受力更为不利;钢板墙拉力场减小了受压柱节点上柱端弯矩,增加了其下柱端弯矩,当层间侧移角大于2%时,节点上下柱端弯矩大小趋于相同;拉力场减小了节点上柱端剪力,增加了下柱端剪力,当层间侧移角大于0.5%时,节点两端剪力变化变缓;数值计算和理论分析表明,《钢结构设计规范》柱腹板节点域抗剪计算公式能够满足框架-钢板墙节点域腹板的计算。     

节点域尺寸对H型钢截面局部钢框架水平位移影响的研究

为了研究钢框架总水平位移与柱、梁、节点域变形之间的规律,以节点域高宽比、节点域宽度与层高比、柱与梁刚度比及结构跨高比等为主要研究参数,建立包括柱、梁、节点域的H型钢截面局部钢框架模型,并采用弹性分析方法进行研究。结果表明:节点域宽度与层高比相同、节点域高宽比增大时,梁水平位移比增大、节点域水平位移比减小、柱水平位移比变化不明显;结构跨高比增大时,节点域水平位移比增大,而梁水平位移量减小;节点域剪切变形引起的水平位移占模型总水平位移的30%左右;节点域宽度与层高比为0.1时,模型总水平位移比大于1,按现行不考虑节点域变形影响的基于位移抗震设计法计算时可能导致过小评价结构水平位移。     

偏心支撑半刚接钢框架的动力特性及抗震性能试验研究

偏心支撑半刚接钢框架是一种新型抗震结构体系,为研究其动力特性及抗震性能,进行了4个三层空间框架试件的试验研究。动力特性测试表明,随着梁柱节点转动刚度的降低,结构自振频率减小,阻尼比增加。循环加载试验表明,节点刚度和承载力对偏心支撑框架结构的滞回性能有显著影响,节点刚度和承载力越高,滞回性能越好,节点刚度较低的偏心支撑框架不宜用于抗震设防区;偏心支撑显著增加了半刚接钢框架的抗侧刚度,使得节点刚度对框架刚度的影响减弱,但降低了结构延性;结构的塑性变形主要来自节点域、消能梁段及梁柱节点连接件;多层偏心支撑框架的侧移变形为剪切型,层间屈服位移角较大。     

外加强环不等高H型钢梁-方钢管柱节点抗震性能试验研究

通过对7个外加强环不等高H型钢梁-方钢管柱节点进行低周循环往复加载试验,研究节点域受剪承载力、滞回性能、变形能力和破坏模式。研究结果表明：试件的破坏形式有两种,分别为整体节点域的剪切破坏和局部节点域的剪切破坏;梁截面高度比和柱截面宽厚比是影响试件节点域承载力和剪切变形的主要因素;与此同时,随梁截面高度比和柱截面宽厚比的增加,节点域的耗能能力逐步增强;外加强环几何构造对节点域承载力和剪切变形也有一定影响,在框架柱端部弯矩增大系数较低的情况下,外加强环几何尺寸的增加对节点耗能能力有提高作用;节点域进入塑性阶段之前,各试件节点域的承载力无明显退化,从屈服到最终破坏,节点域承载力出现显著退化,承载力退化系数在0.89~0.96之间。不等高梁外加强环节点具有较好的变形能力和耗能能力,所有试件处于极限状态时的等效黏滞阻尼系数均在0.30～0.58之间。     

钢结构梁柱刚性节点抗震设计探讨

钢框架梁柱刚性连接节点是强震作用下的主要破坏位置,总结了梁端削弱式和加强式节点的应用特点,指出梁端加强式节点方案在实际应用时,由于加强梁端截面,在强柱弱梁抗震设计时,为满足规范相关计算要求,一般会造成柱截面加大或节点域腹板加厚。基于工程实践,提出相关的设计建议。     

隐框玻璃幕墙硅酮结构胶粘结厚度设计方法

针对《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ 102—2003）中隐框玻璃幕墙硅酮结构胶厚度计算公式中的不合理性,在试验研究的基础上,通过有限元分析和理论推导,揭示了隐框玻璃幕墙硅酮结构胶在主体结构侧移下的变形机理,将隐框玻璃幕墙硅酮结构胶厚度计算公式进行修正。结果表明:在主体结构发生层间侧移时,玻璃面板在硅酮结构胶的带动作用下会发生转动,硅酮结构胶只承担主体结构层间侧移的一小部分;硅酮结构胶剪切位移折减系数取值应在0.45～0.50之间;所得结论可为中国隐框玻璃幕墙硅酮结构胶的设计和性能评估提供重要指导。     

Sources of elastic deformation in steel frame and framed-tube structures: Part 1: Simplified subassemblage models

Three simple models for including the effect of beam-column joint deformation in the analysis of steel moment resisting frame and framed tube structures are presented. The first model, called the Fictitious Joint model, is based on two-dimensional frame analysis and is useful for preliminary analysis only. The second model, called the Krawinkler Joint model, and the third model, known as the Scissors Joint model, use an assembly of rigid links and rotational springs to represent the joint, and may be used in preliminary and final analysis of full structural systems. All derivations are provided in the form of “displacement participation factors”, which allow a detailed breakdown of the various components of subassemblage displacement.When applied to isolated beam-column subassemblages, it is shown that all three modeling approaches produce the same general expression for computing deflections arising from shear deformations in the panel zone region. However, the Krawinkler and Scissors models do not include the effects of flexural deformation within the beam-column joint, whereas the Fictitious Joint model does. While not the dominant source of deformation, it is shown in the paper that the effects of flexural deformations in the beam-column joint should not be ignored.It is also shown in this paper that the overall displacements predicted by the simplified models correlate very well with displacements computed from detailed three dimensional finite element analysis of the same subassemblage. However, the finite element analysis approach, taken alone, is not capable of providing a breakdown of the subassemblage displacements into components, such as panel zone shear, or column joint flexure. Part 2 of the paper presents a method for providing this information from the results of detailed finite element analysis.     

高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱框架节点抗震性能试验研究

为解决现有单边螺栓容易拔出、钢管柱壁板撕裂等锚固不足问题,提出高强钢板-螺栓组合连接副,用于钢管柱框架节点。为研究该类节点的抗震性能和破坏模式,设计4个足尺比例的高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱框架节点试件,变化参数为螺栓规格和钢梁端板厚度,分别进行单调加载静力试验和循环加载拟静力试验,考察节点破坏模式、转动能力、连接系数、耗能能力及螺栓拉力。研究表明:M20-20、M24-25两种钢板螺栓组合连接节点可达到抗震规范的节点承载力连接系数限值要求,为半刚性节点;单调和循环两种加载方式下节点的破坏模式相近,节点域应变和变形都较小,对节点转动角度影响可以忽略;循环加载下节点的破坏位移明显较单调加载的小,梁端受弯承载力略有提高,芯筒端部钢管柱应变显著增长,M24-25节点的耗能能力较M20-20的高约10%;循环荷载作用下的螺栓最大实测拉力大于单调荷载作用下的螺栓最大拉力,组合连接副承载力的设计方法有待进一步研究。     

整体钢框架内嵌加气混凝土填充墙板足尺模型振动台试验研究

为了研究内嵌加气混凝土（ALC）墙板对框架结构抗震性能的影响,进行了带内嵌ALC填充开洞墙板的两层钢框架结构足尺模型振动台试验。采用了预埋连接节点以减少板材连接对墙板造成的损伤,并采用自攻螺钉对窗口部位进行加固。试验研究了框架的振动特性及墙板的损伤情况,分析了内嵌加气混凝土墙板对钢框架结构的频率、阻尼比、刚度、楼层加速度以及楼层位移的影响。研究表明：带加气混凝土墙板钢框架结构的层间抗侧刚度较纯钢框架的提高了111%;结构的阻尼比为6.94%,大于结构设计中3%的标准;墙板位移比钢框架位移略小,表明该连接节点具有一定减震效果;模型结构的加速度放大系数随地震烈度的增加而逐渐增加,表明结构逐渐进入塑性状态;在8度罕遇地震作用下,墙板位移角达到1/49且未发生墙板脱落或者坍塌现象,仅墙板有较小损伤,表明墙板及连接节点具有良好的抗震性能。     

梁连接下钢框架内嵌墙板破坏形态研究

为研究梁连接方式下钢框架内嵌墙板结构在地震作用下的破坏形态,设计了基于不同连接件形式、连接件数量的四榀钢框架内嵌墙板结构试件和一榀空钢框架试件,进行了低周反复荷载试验并分析了各试件破坏形态。试验结果表明:裂缝主要出现在墙板连接件附近区域;梁连接方式下,节点连接方式不同对结构的抗侧力性能影响不同,节点刚度的相对大小影响其破坏形态;连接件形式不同而数量相同时,钢框架内嵌墙板试件的破坏形态类似。     

矩形钢管柱-H形梁外加劲铸钢模块节点抗震性能试验研究

对矩形钢管柱-H形梁连接外加劲铸钢模块节点进行概念设计,并对该新型节点实施了循环往复加载的足尺试验,考虑了不同柱轴压比对节点抗震性能的影响。研究表明,提出的外加劲铸钢模块节点具有优良的延性、稳定高效的耗能能力、较大的承载力、合适的刚度,能充分利用节点域稳定剪切塑性耗能。经分析验证,现行节点域极限承载力公式经修正后可适用于外加劲铸钢模块节点;通过控制梁与节点域的相对强弱,可实现对节点屈服时序的控制。