H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式弱轴连接的抗震性能分析

提出一种适用于H形柱的箱形节点域的H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式的弱轴连接。应用ABAQUS软件,对标准节点、梁翼缘对称双肋板加强式节点、梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式节点和梁翼缘扩翼板加强式节点共4个足尺的计算模型进行力学性能对比,分析研究了节点的破坏特点、滞回性能、骨架曲线、耗能特性、塑性转动能力和延性等问题。研究结果表明,H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式的弱轴连接能够有效地在梁端形成"塑性铰",并且"塑性铰"远离节点核心区,从而实现"强柱弱梁"和"强节点弱构件"的抗震理念。梁翼缘非对称双肋板加强式节点可以达到与梁翼缘对称双肋板加强式节点相似的抗震性能,并且改善了梁柱翼缘对接焊缝的应力。梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式节点的耗能能力和延性系数较扩翼板加强型节点显著提高,塑性转动能力能达到美国FEMA-267建议的0.03 rad,符合国际上对节点塑性转动能力的要求。     

H形梁翼缘双肋板加强式弱轴连接的抗震性能分析

提出了一种适用于工字形柱箱形节点域的H形梁翼缘双肋板加强式弱轴连接;应用ABAQUS有限元软件对标准节点、梁翼缘外侧双肋板加强式节点和梁翼缘内侧双肋板加强式节点共7个足尺计算模型进行了力学性能分析,研究了节点破坏模式、滞回特性、骨架曲线、耗能能力、塑性转动能力和延性等问题。结果表明:箱形节点域双肋板加强式弱轴连接能够有效地在梁端形成塑性铰,并且塑性铰远离节点核心区,从而实现强柱弱梁和强节点弱构件的抗震理念;梁翼缘内侧双肋板加强式节点可以达到与梁翼缘外侧双肋板加强式节点相同的抗震性能,并且改善了梁柱翼缘对接焊缝的应力;梁翼缘双肋板加强式节点的耗能能力和延性系数都有显著提高,塑性转动能力达到FEMA 267建议的0.03 rad,符合国际上对节点塑性转动能力的要求。     

顶底角钢加强式梁柱弱轴连接节点的抗震性能分析

提出了一种顶底角钢加强式梁柱弱轴连接的节点形式,并基于ABAQUS有限元分析平台,建立了新型弱轴连接的常规节点及顶底角钢加强型节点两个试件。通过梁端低周循环加载的方式得到其P-Δ滞回曲线及骨架曲线,并通过计算得到位移延性系数、能量耗散系数、等效粘滞阻尼系数等节点参数,将两个试件的受力性能进行对比分析。研究结果表明顶底角钢加强型节点较常规的梁柱连接节点能有效地使梁端塑性铰外移,避免节点区域以及柱子的破坏,实现了"强柱弱梁、强节点弱构件"的抗震理念,另一方面顶底角钢加强型节点有效地提高了梁柱连接的节点承载能力、位移延性以及耗能性能,说明该种连接具有更好的抗震性能。     

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。     

肋板加强型节点空间钢框架抗震性能研究

针对肋板加强型节点和普通节点空间钢框架的抗震性能,采用ANSYS有限元分析软件对比分析了两种钢框架的破坏形态、承载力、滞回性能、变形能力、耗能能力以及退化性能.研究结果表明,肋板加强型节点可使梁端塑性铰外移至远离梁柱连接焊缝的梁上,避免梁端应力集中导致焊缝发生脆性破坏;肋板加强节点钢框架的极限承载力、等效黏滞阻尼系数与普通钢框架相比有明显提高,进入屈服阶段后由于应力重分布及肋板参与耗能,其刚度及承载力退化速度明显低于普通节点钢框架,肋板加强节点钢框架具有明确的梁铰延性破坏机制,抗震性能更好,推荐在强震区使用.     

节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接梁端加强与削弱并用节点滞回性能有限元分析

提出了一种新型的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的梁端加强与削弱并用的节点形式,对应用该新型节点形式的工字形柱钢框架和箱形柱采用梁端加强与削弱并用节点的钢框架的整体力学性能、经济性进行对比分析,以及在循环荷载作用下两种节点的力学性能、转动能力、延性等进行对比分析。分析结果表明,对于8度抗震区的6层钢框架,采用节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的钢框架在整体力学性能和经济性方面完全优于箱形柱钢框架;在循环荷载作用下,节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的滞回性能、承载力等均与箱形柱连接相当,塑性转角均大于0.03rad,延性系数都大于4.0,均满足规范要求,能完全实现"强节点弱构件"和"强柱弱梁"的设计理念,并具有强节点域的特点。     

钢框架肋板加强式连接节点域的力学性能研究

为深入研究钢框架肋板加强式连接节点域抗震机理,采用有限元数值模拟分析方法对比分析肋板加强式和普通梁柱连接节点域在整个加载过程中的变形、应力变化规律及极限承载力。结果表明:随梁端位移增加,肋板加强式连接节点域变形呈板件中心鼓曲并逐渐向四周扩散的环状分布状态,节点域中心处剪切变形最大,四周边缘较小;肋板加强式连接节点域的剪力-剪应变曲线更加饱满,具有稳定的塑性变形能力和良好的耗能能力,其抗剪承载力明显提高;肋板加强式连接节点域进入塑性阶段后,节点域等效应力和剪应力有所降低,表明梁端设置的加强肋板可以提高梁柱连接节点域的耗能能力。     

翼缘削弱断面梁与箱形加强式工字形柱弱轴连接节点的抗震性能分析

为研究翼缘削弱断面(RBS)梁与箱形加强式工字形柱弱轴连接异型节点的抗震性能,建立了1个RBS型节点模型和1个标准型节点模型,运用有限元软件ABAQUS进行循环荷载作用下的有限元分析。通过对比分析两个模型的破坏形态、应力分布、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、承载力、延性系数和耗能性能等,研究表明:RBS型异型节点具有很好的延性、耗能能力和抗震性能等,满足抗震设计中"强柱弱梁、强节点弱构件"的要求。     

梁端腋板加强节点抗震性能试验研究

针对钢框架梁端腋板加强节点,设计制作6个梁柱节点试件,进行低周往复加载拟静力试验,分析对称和非对称腋板加强式节点的破坏模式、承载力、延性、耗能、刚度及承载力退化等抗震性能,并与板式加强式和普通节点试件的抗震性能进行比较。试验研究表明:梁端腋板加强式节点试件在加载过程中表现出良好的塑性变形能力,能有效将塑性铰移至加强板以外位置,荷载-位移滞回曲线比较饱满,表现出良好的耗能能力和延性,加强板末端梁腹板设置的横向加劲肋可以减缓腋板端部变截面处的应力集中现象。非对称腋板加强式节点试件的正负向加载刚度表现出不对称性,随梁端塑性铰形成,等效刚度退化趋向稳定,普通节点试件等刚度退化曲线呈直线降低,非对称腋板加强式节点试件的承载力退化曲线波动较大。     

部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点抗震性能试验研究

为研究不同连接构造的部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点(PEC梁柱节点)的抗震性能,对2个PEC梁柱节点试件进行了拟静力加载试验,研究了低周往复荷载作用下PEC梁柱节点试件的破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。结果表明：强轴连接PEC梁柱节点的滞回曲线呈梭形和弓形,在达到极限承载力后仍能保持一定的延性和耗能能力;弱轴连接PEC梁柱节点牛腿与梁间的焊缝处发生破坏,未展现出预期的耗能能力,PEC梁仍在弹塑性状态,没有达到极限状态;PEC梁柱节点核心区混凝土替换为加劲肋板后,试件仍具有较好的承载力、延性和耗能能力,刚度退化规律无明显变化,且强轴连接节点与弱轴连接节点刚度变化规律基本一致;PEC柱牛腿设计过短会导致焊缝连接处断裂,试件延性和耗能能力得不到发挥,剩余刚度较大。     

多层钢框架半刚性端板连接的循环荷载试验研究

为研究多层钢框架半刚性梁柱端板连接的抗震性能,对8个不同构造端板连接足尺试件进行了循环荷载试验研究, 分析了端板厚度、螺栓直径、端板外伸加劲肋、柱腹板加劲肋、平齐式和外伸式等因素对节点承载力、转动刚度、极限转动 能力、耗能能力、延性和极限破坏状态的影响。试验结果表明,半刚性梁柱端板连接具有良好的延性和耗能能力,可以应用 于多层抗震钢框架中。根据试验结果及相关分析,提出了多层抗震钢框架中端板连接的标准构造为:两端外伸,设置柱腹 板加劲肋和三角形端板加劲肋,柱翼缘在端板外伸边缘上下各100mm范围内局部加厚,厚度与端板厚度相同。对提高端 板连接节点的抗震性能提出了宜采用大直径螺栓、中等厚度端板的设计建议。本文还在"强节点,弱构件"抗震设计一般原 则的基础上提出了"强连接,弱板件"的端板连接抗震设计概念。     

梁端加腋型异型节点弱轴连接的抗震性能有限元分析

针对钢结构中通常存在异型节点的实际情况,基于目前对钢结构弱轴连接的研究成果,应用ABAQUS 6.11对钢结构异型节点的弱轴连接形式进行分析。分析在柱端位移循环荷载作用下,梁端加腋型异型节点弱轴连接形式的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、能量耗散系数、刚度退化曲线、承载力及延性系数等,并与标准异型节点进行对比。结果表明:相比于标准异型节点,加腋型异型节点的承载力提高10.35%,初始刚度提高6.83%,能耗系数提高约12.07%,但位移延性降低27.48%,承载力得到提高的同时,大幅度的延性下降会增加脆断发生的可能性。     

扩翼式连接钢框架抗震性能试验研究

为了深入研究扩翼式连接钢框架的抗震性能,设计制作了一榀1∶2缩尺比例的两层扩翼式连接钢框架,采用试验和有限元分析方法研究了扩翼式连接钢框架在低周往复水平荷载作用下的荷载-位移滞回性能、刚度及强度退化、塑性铰变形能力、耗能以及破坏模式等抗震性能。研究结果表明,扩翼式连接钢框架在低周往复水平荷载作用下,塑性铰自梁柱连接焊缝位置移出,塑性铰中心在扩翼段变截面以外位置形成,达到保护梁端连接焊缝防止发生脆性断裂的延性设计目标;扩翼式连接钢框架的荷载-位移滞回曲线表现出较好的塑性变形和耗能能力;进入屈服后随荷载增加受二阶效应影响结构的强度退化呈加快趋势;梁端翼缘截面扩大后,梁端承载力相应提高,但节点域刚度有所降低,设计中应采取构造措施对节点域进行补强,避免出现"强梁弱柱"现象。     

复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点抗震性能试验研究

借鉴方钢管混凝土柱-钢梁外肋环板节点形式,将非梁柱连接面的柱两侧外肋环板改为竖贴于柱侧的竖向肋板并伸出与梁翼缘焊接,同时设置锚固腹板,形成复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点。通过7个梁柱组合体试件的低周反复荷载试验,分析各试件的破坏过程及特征,并对试件的滞回性能、承载力、延性、耗能能力和承载力及刚度退化等抗震性能进行研究。研究结果表明：节点的破坏形态基本相同,梁端先屈曲,形成塑性铰;锚固腹板可有效提高节点的承载力和变形能力;竖向肋板外伸长度可提高试件的初始刚度,使梁端塑性铰外移,有效保护节点核心区;试件的滞回曲线呈明显的梭形,具有良好的承载力、延性及耗能能力;试件在整个加载过程中刚度退化现象明显,承载力退化很小,可应用于抗震设防地区。     

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。     

钢网格结构节点抗震性能试验

为了研究钢网格结构体系空腹夹层板与柱相交节点的抗震性能,设计制作了5个边柱纯钢节点,进行低周反复荷载试验,比较和分析节点的试验现象、破坏模式、承载能力、滞回曲线、延性和耗能性能。试验结果表明:钢网格结构体系空腹夹层板与柱相交节点具有良好的抗震性能;弱轴节点相对于强轴节点,其承载力、刚度和耗能性能均有一定程度的弱化,但仍具有良好的抗震性能;上下弦间加劲肋提高了节点的抗震性能,特别是在弱轴方向节点上;由于上下弦直接焊接在柱腹板上,加劲肋使上下弦能更好的共同工作,抗震性能提高更加明显,同时加劲肋宽度增加可以达到控制应力集中和塑性铰位置的目的。     

梁端翼缘削弱型节点空间钢框架抗震性能试验研究

为研究梁端翼缘削弱型节点钢框架的抗震性能,设计钢框架试验加载装置,进行1∶3缩尺比例的2榀2层1跨梁端翼缘削弱型节点空间钢框架的低周往复荷载试验,研究其受力特点及破坏形态,对模型框架结构的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、承载力退化、塑性耗能能力等抗震性能进行分析。试验结果表明:空间钢框架的8个梁端翼缘削弱型节点塑性铰均外移至圆弧削弱区域,所有节点的梁柱连接焊缝均未出现裂缝,荷载-位移滞回曲线饱满,破坏时结构位移延性系数介于3.05~3.82之间,等效黏滞阻尼系数介于0.34~0.41之间,弹塑性极限位移层间转角介于0.035 5~0.044 5 rad之间。钢框架梁柱连接采用圆弧削弱型节点可使梁端应力平缓过渡,避免梁柱连接焊缝处产生应力集中现象,钢框架塑性内力重分布后对圆弧削弱型节点的耗能性能没有明显影响。圆弧削弱型节点在钢框架中表现出较好的延性性能,提高了钢框架整体结构的抗震性能及塑性耗能能力。     

PEC柱弱轴-H型钢梁节点抗震性能研究

通过对四个设置不同构造的节点试件进行低周反复试验,观察PEC柱弱轴-H型钢梁节点域设置竖向加劲肋后抗震性能的改变和节点域不设加劲肋单纯增加盖板厚度或端板厚度的抗震效果。结果表明,PEC柱弱轴-H型钢梁节点域设置竖向加劲肋后,其破坏形式和节点域关键部位应变分析结果理想,节点的承载力、延性、刚度和耗能能力明显提高,更好地满足了"强节点"的抗震设计要求。在不设加劲肋的情况下,单纯增加盖板厚度节点的破坏形式和节点域关键部位应变分析结果理想,节点的承载力提高,但延性和耗能能力会降低;单纯增加端板厚度节点的破坏形式没有发生改变,节点域关键部位应变分析不理想,节点承载力没有明显改变,延性和耗能能力会降低。     

方管束腹板削弱型弱轴连接的抗震性能影响因素分析

基于箱形节点域加强式工字形梁柱弱轴连接的基本形式,提出了一种新型的方管束腹板削弱(STW-RBS)型弱轴连接,这种连接是在塑性铰预期出现的位置用方钢管来取代梁平腹板而达到削弱的目的。为了研究该新型连接的抗震性能,设计了8个STW-RBS型弱轴连接节点试件进行有限元变参数(钢管中心距蒙皮板距离L、方钢管的边长A以及方钢管的厚度S)分析,并且设计了一个AW-RBS(Accordion Web RBS)型弱轴连接节点进行对比分析,主要从节点的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性系数以及塑性转动能力等分析节点的抗震性能。结果表明:STW-RBS型弱轴连接节点的削弱参数取值范围为L≤0.55h,A≥0.6b_f,S=t_w(h为梁截面高度,b_f为梁翼缘宽度,t_w为梁腹板厚度);在参数选取合理的情况下,STW-RBS型弱轴连接节点的延性系数可以达到6.0且塑性转动能力不小于0.06 rad,塑性铰出现在方钢管处,钢柱和节点域基本处于弹性状态,满足"强柱弱梁,强节点弱构件"的抗震设计理念;STW-RBS型弱轴连接节点与AW-RBS型弱轴连接节点的抗震性能基本一致。     

薄壁方钢管混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

以轴压力为主要参数,对两种形式共6个薄壁方钢管混凝土柱-空心方钢管梁节点进行滞回性能的试验研究。通过试验,研究试件的破坏模式、滞回特性、延性及耗能能力等重要抗震性能指标。结果表明:直接焊接节点破坏主要由梁与柱的焊接处断裂引起,螺栓贯穿式连接节点主要发生梁与端板的焊接处断裂和端板与柱的连接焊缝拉裂;轴力对直接焊接节点的抗震性能指标影响较大,而对螺栓贯穿连接节点的影响不是很明显;螺栓贯穿式连接节点的初始刚度和极限承载力都比直接焊接节点要弱,但其屈服平台相对较长,达到极限承载力后其承载能力下降也相对缓慢,延性较好,耗能能力较强;螺栓贯穿式连接节点在破坏时由焊接端板构成第二道防线,对结构抗震更为有利。