平端板连接半刚性梁柱组合节点的弯矩-转角模型

目的研究半刚性连接弯矩-转角关系,为半刚性组合框架设计提供依据.方法采用连接弯矩-转角关系的数学模型模拟方法,并利用4个平端板连接半刚性梁柱组合节点的拟动力试验和低周反复荷载试验的结果进行验证.结果给出了平端板连接半刚性梁柱组合节点弯矩-转角关系的模型,包括单调加载和循环加载模型.在单调荷载作用下,连接的弯矩-转角关系曲线有三线性和幂函数两种形式;在循环荷载作用下,给出的连接滞回模型同样包含两种形式：第一种,骨架曲线采用与单调荷载作用下相同的三线性形式,滞回曲线采用最大点指向形式;第二种,骨架曲线采用与单调荷载作用下相同的三参数幂函数形式,而滞回曲线同前.结论与现有试验数据的比较表明,给出的平端板连接弯矩-转角关系模型与试验结果吻合较好,可供工程设计使用.     

支模架节点半刚性性能对比研究

为了对比各种形式模板支撑架梁柱节点半刚性强弱,本文抽取直角扣件、碗扣式、盘扣式、轮扣式直角节点等工程中常用的模板支撑架形式的梁柱连接进行节点扭转刚度试验,得到并绘制相应的M-θ关系曲线,为各种形式支撑架设计计算提供参考.再搭设这4种不同节点形式钢管支撑架进行单榀试验,根据试验所得位移与SAP 2 000模拟所得的位移计算得到半刚性横向刚度修正系数,进行直观对比.结果表明节点刚度由强到弱依次为:65N·m初始拧紧力矩扣件式节点、碗扣式节点、盘扣式节点、40N·m初始拧紧力矩扣件式节点、轮扣式节点.     

外套管式梁柱节点初始刚度的理论计算模型

针对新型外套管式梁柱连接节点,考虑节点域外套钢板的构造形式,将节点分解为若干组件,求得各组件初始刚度;然后将各组件初始刚度进行组装,得到外套管式节点初始刚度.通过与相关试验结果和有限元分析结果的对比研究,表明外套管式节点初始刚度的计算方法具有足够精确性,可用于节点刚性的判断和参数研究.利用EC3规范对多高层钢结构中常用的外套管式节点进行定量判定,得出其为半刚性节点的结论.     

多高层建筑梁柱刚性连接耐震型节点承载力计算方法

针对目前梁柱刚性连接耐震型节点承载力研究过于片面的问题,提出多高层建筑梁柱刚性连接耐震型节点承载力计算方法。该方法设计筑梁柱刚性连接耐震型节点核心区仅添加钢纤维、仅添加箍筋和同时添加钢纤维与箍筋3种类型,并依据钢纤维体积率和箍筋率不同制作9个试件,以该9个试件为试验对象,设计试验加载方案和测点分布后,利用有限元软件构建多高层建筑梁柱刚性连接耐震型节点试件模型,并利用该模型模拟其试验加载方案,同时通过计算多高层建筑梁柱刚性连接耐震型节点试件的T型钢抗弯承载力、螺栓承载力以及柱翼缘承载力等实现多高层建筑梁柱刚性连接耐震型节点计算。试验结果表明:本文方法计算梁柱刚性连接耐震型节点钢腹板承载力与其实际承载力数值吻合度极高,计算结果较为精准;可有效计算不同核心区添加钢纤维、箍筋等试件的受剪承载力、受弯承载力,同时利用有限元云图可清楚呈现梁柱刚性连接耐震型节点不同承载力分布情况。     

垫板对平齐式端板连接梁柱节点性能的影响

分别采用ANSYS有限元分析软件和Eurocode 3中的组件法对加入垫板的平齐式端板连接梁柱节点进行了模拟,并将模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明：有限元分析所得的弯矩-相对转角曲线以及滞回曲线与试验结果基本吻合,节点的变形也与试验中观察到的变形一致,有限元分析可以很好地模拟此类节点的转动能力和刚度变化;采用组件法计算平齐式端板连接梁柱节点的刚度具有令人满意的精度;垫板的加入对节点整体性能没有太大的影响。     

钢混凝土组合梁-钢管混凝土柱节点性能

为了研究钢混凝土组合梁-钢管混凝土柱节点的力学性能和半刚性特性,制作了4个比例为1∶3的节点模型进行试验,借助有限元分析软件ABAQUS建立了节点的有限元模型进行数值计算,分别进行了试验结果与数值计算的相应测点的应变、位移等结果的对比分析.通过试验与数值计算彼此校核,得到了与试验相符的有限元模型.在此模型的基础上,建立了该组合梁柱节点只含几何参数的相对弯矩-转角曲线模型.     

灌浆套筒连接装配式梁柱节点精细有限元模型

为了研究灌浆套筒对装配式混凝土梁柱节点抗震性能的影响,本文基于灌浆套筒试件单调拉伸试验,采用多因素回归分析,构建了灌浆套筒试件单向拉伸下的等效本构关系。并以该等效本构关系为依据,考虑了钢筋混凝土之间的粘结滑移和新后浇混凝土界面的影响,利用ABAQUS有限元软件,建立了灌浆套筒连接装配式混凝土梁柱节点精细有限元模型,研究了灌浆套筒连接装配式混凝土梁柱节点在低周反复作用荷载下的抗震性能。结果表明:节点主要塑性变形发生在梁柱相交界面,节点滞回曲线饱满,节点核心区的耗能能力较好,有限元模拟结果与试验结果中骨架曲线屈服荷载误差为7.11%,峰值荷载误差为6.88%,极限荷载误差为3.76%,位移延性系数误差为7.84%。有限元模型模拟结果与试验结果吻合较好,表明采用等效灌浆套筒本构关系建立精细化灌浆套筒连接梁柱节点有限元模型是可行的。     

T形圆钢管-横向板相贯节点半刚性连接模型

通过实体单元有限元计算获得了T形圆钢管-横向板相贯节点的轴力—局部变形全程曲线,基于Menegotto-Pinto方程建立了T形节点的半刚性连接模型,确定了由全程曲线获取半刚性连接模型中8个参变量的方法,并通过大量有限元计算获得关于8个参变量的大量散点数据.根据散点数据进行参数化分析,并结合多元非线性回归技术建立了8个参变量的参数化计算公式,最后利用有限元计算结果对节点半刚性连接模型进行校验.结果表明:8参数模型较好地反映了T形圆钢管-横向板节点在横向板轴力作用下的半刚性性能.     

半刚性端板连接节点在高温下的非线性有限元分析

应用ANSYS软件获得了门式刚架半刚性端板连接节点在高温下的转角一温度关系曲线及其临界温度,探讨了端板厚度、高强度螺栓规格、加劲肋厚度、摩擦系数、端板摆放位置等组件的变化对临界温度和节点转角-温度关系曲线的影响.为了提高半刚性梁柱连接节点的抗火性能,节点各组件的尺寸或规格需要相互匹配,以免某个组件过早屈服或断裂而导致连接节点失效,特别要注意端板、柱内侧翼缘、螺栓直径之间的匹配.     

端板连接半刚性节点对多层钢框架设计的影响

我国目前将端板连接按刚性节点进行设计,主要用在单层门式刚架结构中,对多层钢框架由于缺乏计算理论和方法,与实际情况相差很大,特别是对抗震性能的影响很大.针对端板连接节点,采用有限元分析的方法,利用试验和有限元计算得到的节点刚度转角曲线,将半刚性端板连接节点视为弹簧单元,通过通用有限元软件Ansys建立有限元模型进行计算分析.对比了将端板连接视为刚性和半刚性两种情况下钢框架的内力和变形,在钢框架分析和设计中,应考虑半刚性节点的影响.并给出一些在设计时考虑节点刚度的建议,希望能够对实际工程设计有所助益.     

T形钢连接梁柱半刚性节点初始转动刚度计算公式

为了确定T形钢连接半刚性节点的初始刚度,分析T形钢连接梁柱节点的变形特征.以节点处与梁端受拉侧翼缘相连的T形钢为研究对象,将T形连接件翼缘受力视为简支梁,建立T形钢连接节点在弹性阶段的初始转动刚度计算模型,推导初始转动刚度的计算公式.采用数值模拟和已有试验数据,对所推导公式进行对比分析.结果表明,节点的初始转动刚度主要取决于T形钢连接件的翼缘厚度、T形钢翼缘上螺栓的位置和梁的高度,通过推导公式所得的初始刚度大于数值模拟和试验所得刚度.为了更加准确地预测节点初始转动刚度,引入刚度修正系数,分别采用修正后的刚度公式和已有的计算公式计算案例.结果表明,修正后的刚度公式能够更好地符合试验结果.     

半刚性连接钢框架静力分析的精细传递矩阵法

针对半刚性连接钢框架对结构受力产生一定影响的问题,利用精细传递矩阵原理对其进行静力分析.采用三参数力学模型模拟半刚性连接梁柱节点的弯矩-转角性能,用螺旋弹簧模拟节点连接的半刚性.根据精细传递矩阵法原理和结构的平衡微分方程,推导了半刚性连接钢框架静力分析的精细传递矩阵,编制了相应的计算程序,并进行了算例计算.算例结果表明,该方法正确有效,可用于结构的初步设计和最终校核;梁柱连接的半刚性使结构的内力发生重分布,进行钢框架结构分析及设计时应考虑半刚性连接的影响.     

半刚性T形件梁柱连接的滞回性能

对受力-变形性能机理进行理论分析,建立相应的力学模型.在考虑材料与几何非线性的基础上,采用接触问题的弹塑性大变形有限元分析方法通过对循环荷载作用下的T形件连接的有限元模拟,研究发现,T形件厚度对整个连接的滞回性能、破坏模式、承载能力等都有显著影响,T形件翼缘厚度不宜过薄,其厚度应该满足构件的延性要求.大部分的T形件梁柱连接都表现出足够的延性,试件所达到的最大移角几乎均超过0.03 rad,有的甚至达到0.055 rad.     

顶底角钢带腹板双角钢半刚性连接的试验研究

通过5个原型试件在循环荷载作用下的拟静力试验,分析了各种节点的能量耗散机制.这些节点是在钢框架中的顶底角钢半刚性连接和顶底角钢带腹板半刚性连接.通过试验测量,梁柱节点重点部位的应变情况和节点域加劲板的变形情况,给出了各类型节点的M-θr滞回曲线,计算了节点初始转动刚度R0、试验终止时的节点弯矩Mmax, 试验终止时节点转角θr和梁截面塑性弯矩Mpb.所得结论对工程设计和施工将具有重要的指导意义.     

Static behavior of semi-rigid thin-walled steel-concrete composite beam-to-column joints with bolted partial-depth flush end plate:experimental study

A new type of semi-rigid thin-walled steel-concrete composite beam-to-column joint has been proposed in this paper.Five semi-rigid composite beam-to-column joint specimens subjected to hogging moments under monotonic loading were tested to study the static behavior of this new type of joint.The main variable parameters for the five joint specimens were the longitudinal reinforcement ratio and the joint type.The experimental results designated that the magnitude of extension of the longitudinal reinforcement is the most important factor that influenced the moment-rotation characteristic of the new type of joint.The concrete slabs could resist 3.8%-19.1% of the total shear load applied to the cross-sections near the beam-to-column connection.The edge stiffened elements,such as the flange of the lipped I-section thin-walled steel beam,were capable of having considerable inelastic deformation capacity although they had comparatively large width-to-thickness ratios.The shear failure of the concrete cantilever edge strip must be taken into account in practical design because it has significant influence on the anchorage of the longitudinal reinforcement in the new type of external joints.     

考虑柱体摇摆效应的半刚性榫卯柱架弹性抗侧刚度简化计算方法

为了准确描述半刚性榫卯柱架在水平荷载下的抗侧行为,提出能够综合考虑榫卯节点半刚性和柱体摇摆效应的弹性杆-弹簧单元的简化分析模型.分别采用直接刚度法和静力凝聚法计算得到柱架的整体刚度矩阵和抗侧刚度表达式,通过计算值和拟静力试验结果的对比,验证了模型的有效性.选取木材弹性模量、榫卯刚度、柱高及竖向荷载为研究对象进行拓展参数...     

钢结构梁柱连接节点域剪切变形计算方法

针对钢结构梁柱连接节点域剪切变形全过程曲线(即弯矩-剪切转角(M-φs)曲线),提出了三线性模型并给出了相应的计算方法。通过与国外已有方法和相关国内外试验结果进行对比分析可知,该方法既可以准确地计算节点域剪切变形初始转动刚度,又可以很好地计算节点域剪切变形全过程曲线,为钢结构设计中梁柱连接节点域剪切变形特性的分析计算提供了可靠依据。     

Effects of interface slip and semi-rigid joint on elastic seismic response of steel-concrete composite frames

The stiffness matrix of semi-rigidly connected composite beams considering interface slip was established and the calculation method for elastic seismic response of composite frame was derived. The corresponding calculation programs were developed. Introducing the dimensionless quantities that were related to the connector shearing stiffness and the joint rotation stiffness, the influences of interface slip and semi-rigid joint on composite frame were transferred to quantitative parameter analysis, taking account of cross sectional properties, materials and linear stiffness of composite beam synthetically. Based on the calculation programs, free vibration frequencies and seismic responses of semi-rigid joint steel-concrete composite frame considering interface slip were calculated. The influences of interface slip and semi rigid joint on dynamic characteristics and seismic response were analyzed and the seismic design advices were presented. The results show that the interface slip decreases the free vibration frequencies and increase the seismic responses of composite frame. The semi-rigid joint reduces the free vibration frequencies and increases seismic responses of composite frame compared with rigid joint. With the increase of joint rotational stiffness, the elastic seismic responses of composite frame increase firstly and then decrease. The effects are related to the ratio of joint rotation stiffness to linear stiffness of composite beam.     

箱形节点域不锈钢端板连接梁柱弱轴节点受力性能

为了探究不锈钢弱轴节点的静力性能和抗震性能,设计并加工了4个端板连接不锈钢梁柱弱轴节点试件,包括奥氏体型和双相型两种不锈钢牌号试件各2个,且均设置了箱形节点域进行加强。对节点试件分别开展单调静力和低周反复加载试验,得到了节点的整体受力性能和局部受力特征,包括节点在单调静力和低周反复荷载作用下的失效破坏形态、荷载–位移曲线和螺栓力发展过程,以及节点在低周反复荷载作用下的刚度、强度退化和耗能能力。结果表明：在静力和循环荷载作用下,节点的最终破坏形态为柱子蒙皮板与柱翼缘的对接焊缝均出现断裂,奥氏体型不锈钢节点的初始刚度约为双相型不锈钢节点的90%,塑性承载力约为后者的60%~70%。节点在循环荷载作用下,滞回曲线较为饱满无明显捏拢现象,出现了刚度和强度退化,奥氏体型不锈钢节点的累积耗能约为双相型不锈钢节点的3倍。设置箱形节点域之后,弱轴端板连接节点受力性能对焊缝质量要求更高,焊缝的提前断裂导致不锈钢材的优良延性未能充分发挥。采用有限元软件ABAQUS建立了精细数值模型对试验节点的受力性能进行模拟,并基于试验结果验证了所建立模型的准确性。得到的试验结果和建立的有限元模型可以为后续箱形节点域不锈钢弱轴节点受力性能研究提供参考。