竖向荷载下半刚性连接组合框架梁的承载能力极限状态设计

论述了半连续框架设计原理,提出用塑性分析方法计算竖向荷载下半刚性连接组合框架梁在承载能力极限状态的内力,并给出了具体的设计步骤,最后用两榀足尺的两层两跨的半刚性连接组合框架试验验证了塑性分析方法。研究表明,半连续框架设计可用塑性分析方法获得弯矩图,不同于连续框架设计用弹性分析方法获得弯矩图;塑性分析方法考虑了组合梁的跨中弯矩承载力、节点弯矩承载力、节点转动能力和设计需要的节点转动能力,适用于竖向荷载下半刚性连接组合框架梁的承载能力极限状态设计。该方法简单实用且比较准确,可供工程设计参考。     

水平荷载作用下足尺半刚性连接组合梁框架试验

为研究半刚性连接组合梁钢框架在水平荷载作用下的特性,进行水平荷载作用下足尺的空间两层两跨半刚性连接组合梁框架的试验研究。半刚性连接组合梁框架由热轧H型钢柱和焊接H钢梁及压型钢板混凝土组合梁组成,连接为平端板连接半刚性节点。试验主要进行相应测点的应变、转角及位移测量,框架整体性能及半刚性连接节点性能的分析。试验结果显示半刚性连接组合梁框架具有较强的抵抗水平荷载的能力;平端板连接组合节点为半刚性连接、部分强度节点,具有较高的强度、刚度和较好的延性。将试验结果与简化计算方法的预测结果进行比较,结果显示框架的总体位移、极限承载能力、节点转动能力及强度的试验值与简化方法的预测值能较好的吻合。     

水平荷载作用下半刚性连接组合梁钢框架设计

在总结国内外研究的基础上,结合我国有关刚接框架的设计方法及钢结构设计规范,给出了半刚性连接组合梁框架在水平荷载作用下的简化设计流程及方法,并通过设计算例说明本文推荐的简化设计方法简便易行,同时通过对不同类型框架的经济性比较,说明半刚性连接组合梁框架结构具有较好的经济性及应用前景。     

竖向荷载下足尺半刚性连接组合框架试验研究

为研究半刚性连接组合框架在静载作用下的力学性能,进行了竖向荷载下两榀足尺的两层两跨半刚性连接组合框架试验。组合框架由H型钢柱和压型钢板混凝土组合梁组成,钢节点由焊接到钢梁端部的平端板通过螺栓与钢柱翼缘连接。为了解半刚性连接组合框架的结构性能和破坏特征,考察不同荷载水平作用下半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架结构整体性能的影响,重点分析框架整体性能、节点性能和梁性能。试验表明:平端板型组合节点为半刚性连接、部分强度节点,具有较高的强度和刚度,其极限转角可满足不小于30mrad的延性设计要求;半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架的强度、刚度和延性有较大影响,设计时应加以考虑。试验结果可为今后半刚性连接组合框架理论研究和工程实际应用提供参考。     

竖向荷载下梁柱连接的刚性判别准则

框架结构中梁柱的连接往往是半刚性的,设计中把梁柱连接假定为完全刚接或完全铰接都是不合理的。在对半刚性框架和刚性框架受力变形分析的基础上,综合框架正常使用极限状态和承载能力极限状态两种状态,建立了竖向荷载作用下梁柱连接刚性判别准则。     

半刚性连接组合梁框架足尺模型模拟地震振动台试验

为了研究半刚性连接组合梁框架在地震作用下动力特性以及破坏模式,为半刚性框架抗震设计及在地震区的使用提供依据,进行了1个足尺半刚性连接组合梁框架结构模型振动台试验研究。通过试验,分析了小震、中震和大震作用下半刚性连接组合梁框架结构的动力特性、位移反应、加速度反应、半刚性组合节点内力反应、结构破坏模式。研究结果表明:半刚性连接组合梁框架具有较好的抗震性能,在罕遇地震作用下(1.20g),整体结构仍然没有明显损坏,结构破坏形式为半刚性组合节点和柱脚处产生较大塑性变形,半刚性连接框架结构完全可以在高抗震设防烈度地区使用。对试验框架建立有限元分析模型,进行结构的非线性动力时程分析,计算结果与试验结果较为接近。     

半刚性连接钢框架基于极限状态的抗震设计

简述了CECS 260∶2009《端板式半刚性连接钢结构技术规程》中关于半刚性连接钢框架在水平地震作用下的设计流程,其主要以结构处于极限状态下承载力验算为主,为了更好地使验算内容与极限状态相适应,基于塑性设计的研究成果,提出改进的半刚性连接钢框架抗震设计方法:基于极限状态的抗震设计方法。通过提出的侧移承载力修正系数计算结构极限状态下的基底剪力,确定结构极限状态下地震作用沿层高的分布,最后对半刚性连接节点以及梁柱进行设计。采用此方法对1榀6层半刚性连接钢框架结构进行设计,然后采用动力时程分析方法验证了该方法的可行性。     

半刚性连接钢框架水平侧移的简化计算

以一榀半刚性钢框架模型为例,在某些假定条件下,导出了其在水平荷载作用下的弹性侧移公式,并与刚性钢框架在水平荷载作用下的侧移公式进行比较,引入框架梁名义线刚度的概念,提出了在半刚性钢框架设计中采用框架梁名义线刚度来考虑连接初始刚度对框架水平侧移的影响.     

钢框架梁柱半刚性节点在循环荷载作用下的试验研究

介绍了钢框架梁柱采用梁端外伸端板与柱翼缘之间高强螺栓连接的半刚性节点在循环往复荷载作用下的试验过程和结果。分析了 4种不同形式节点的承载能力和延性特征。依据试验结果 ,对半刚性节点提出了增加节点延性、防止脆性破坏的构造措施 ,为钢框架梁柱半刚性节点的设计提供了试验依据。     

外伸端板半刚性节点在循环荷载作用下的研究

介绍了钢框架梁柱采用梁端外伸端板与柱翼缘之间高强螺栓连接的半刚性节点在循环往复荷载作用下的试验过程和结果 .分析了四种不同形式节点的承载能力和延性特征 .依据试验结果 ,对半刚性节点提出了增加节点延性、防止脆性破坏的构造措施 ,为钢框架梁柱半刚性节点的设计提供了试验依据 .     

竖直荷载作用下半刚性组合结构的实用设计方法

尽管半刚性连接和楼板组合效应在钢框架设计中的优点已被广泛证实，但在实践工程中却较少采用，首要原因是缺乏合适的实用设计方法。在此提出了一种针对竖直荷载作用下半刚性组合结构的实用设计方法。该方法可以用于正常使用极限状态下半刚性组合结构的连接、梁柱的设计。同时也确定了用于计算梁挠度的梁柱连接的转动刚度以及柱的有效长度系数。     

竖向荷载下半刚性连接组合框架的实用设计方法(Ⅱ)——梁与柱设计及算例

虽然在钢框架结构设计中考虑半刚性连接和楼板的组合效应会产生良好的结构经济性,但是在实际工程中仍很难应用,主要原因是缺乏合适简便的设计方法。本文在国内外研究的基础上,结合我国钢结构设计规范GB50017-2003,给出了竖向荷载下半刚性连接组合框架的实用设计建议方法。设计建议方法包括满足两个极限状态的节点、梁、柱设计,较好地解决了梁挠度和柱有效长度系数计算中节点连接刚度的合理选取、半刚性特征对梁挠度和柱计算长度的影响。该方法不仅反映了节点和框架的实际性能,而且简便实用,符合工程师对普通钢框架的设计习惯。本文为全文的第二部分,介绍梁与柱设计。并通过一个算例,说明竖向荷载下半刚性连接组合框架的实用设计过程及经济性。     

A practical design method for semi-rigid composite frames under vertical loads

Although the benefits of semi-rigid connections and composite actions of slabs are extensively documented in the design of steel frames, they are not widely used in practice. The primary cause is the lack of appropriate practical design methods. In this paper, a practical method suitable for the design of semi-rigid composite frames under vertical loads is proposed. The proposed method provides the design of the connections, beams and columns for semi-rigid composite frames at the ultimate and serviceability limit states. The rotational stiffness of beam-to-column connections for calculating the deflection of the frame beams and the effective length factor of columns are also determined. In addition, the accuracy of the proposed design method is verified by a pair of tests carried out on full-scale semi-rigid composite frames. Moreover, a design example is proposed to demonstrate the application of the proposed design method. It is shown that the proposed design method not only takes into account the actual behavior of the beam-to-column connections and its influence on the behavior of the overall structures, but is also simple and convenient for a designer to use in engineering practice.     

Cyclic Experimental Behavior of CFST Column to Steel Beam Frames with Blind Bolted Connections

This paper aims to investigate the seismic behavior of blind bolted end plate composite frames between square or circular concrete filled steel tubular (CFST) columns and steel beams. Two composite frames were tested under a constant axial load on the CFST columns and a lateral cyclic load on the frame. Each specimen composed of CFST columns and steel beams was selected to represent a plan frame in an assembly building. Failure pattern of the type of frames was analyzed to comprehend the structural response. The seismic resistance ability of the blind bolted CFST frames was also estimated in terms of hysteretic curves, ductility and energy dissipation etc. The effect of column section type and end plate type on the type of semi-rigid CFST frames was studied. The test results showed that at the same steel ratio of the column section, the bearing capacity and energy dissipation of square CFST frame were higher than those of circular CFST frame at ultimate state. Strain response of main members in each CFST frame was also estimated. The internal force analysis of the test CFST frames with semi-rigid connections was discussed and evaluated the effect of the bending moment distribution. It was concluded that the novel typed CFST frames exhibited excellent seismic performance and structural internal force redistribution. The experimental studies will be useful for design and application of the blind bolted CFST frames in fabricated steel structure building.     

竖向荷载下半刚性连接组合框架的实用设计方法(Ⅰ)——梁柱节点设计

虽然在钢框架结构设计中考虑半刚性连接和楼板的组合效应会产生良好的结构经济性,但是在实际工程中仍很难应用,主要原因是缺乏合适简便的设计方法。本文在国内外研究的基础上,结合我国钢结构设计规范GB50017-2003,给出了竖向荷载下半刚性连接组合框架的实用设计建议方法。设计建议方法包括满足两个极限状态的节点、梁、柱设计,较好地解决了梁挠度和柱有效长度系数计算中节点连接刚度的合理选取、半刚性特征对梁挠度和柱计算长度的影响。该方法不仅反映了节点和框架的实际性能,而且简便实用,符合工程师对普通钢框架的设计习惯。本文为全文的第一部分,介绍了梁柱节点设计。     

两层钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓端板连接框架拟动力试验研究

为揭示半刚性钢管混凝土组合框架在地震作用下的动力特性和破坏形式,对2榀两层单跨钢管混凝土柱与 组合梁单边螺栓端板连接组合框架进行拟动力试验研究。该试件的梁柱连接节点形式为平齐端板或外伸端板连接 ,组合楼板采用钢筋桁架楼承板,试验影响参数为柱截面类型和端板类型。研究了El-Centro地震波作用下结构 的加速度反应和位移响应,分析了滞回性能、刚度、延性和耗能能力等,评价了梁柱半刚性连接和楼板组合效应 对组合框架结构整体性能的影响。试验表明：半刚性钢管混凝土组合框架具有良好的抗震性能和耗能特性。在柱 截面宽度和含钢率相同条件下,采用单边高强螺栓端板连接方式,圆钢管混凝土组合框架的最大位移响应和累积 耗能比方钢管混凝土组合框架大;方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始刚度优于圆钢管混凝土组合框架。 研究成果将为我国装配式组合结构设计理论与应用提供科学依据。     

钢管混凝土柱-钢梁单边高强螺栓端板连接框架的拟静力试验研究

为获悉半刚性钢管混凝土框架结构在地震作用下的抗震性能和破坏机理,进行2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢梁单边高强螺栓端板连接框架试件的拟静力试验,包括1个圆形和1个方形钢管混凝土框架。研究柱截面类型和端板类型对框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了框架在低周反复荷载作用下的受力全过程和破坏特征,分析此类结构的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、耗能能力等抗震性能指标,并结合现有规范评价结构的延性。试验结果表明,此类半刚性连接钢管混凝土框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,其延性系数μ=2.41-3.75,能量耗散系数E=0.823-0.955|在柱截面含钢率相同条件下,方钢管混凝土框架试件的极限承载力和耗能能量均高于圆钢管混凝土框架试件|梁柱节点采用单边高强螺栓端板连接具有典型的半刚性特征,连接可靠和耗能效果好。研究成果将为我国装配式组合结构设计理论与应用提供科学依据。