基于刚度和抗弯承载力需求的梁柱外伸端板连接优化设计

在现有的半刚性钢框架设计方法中,一般先假定梁柱半刚性连接的刚度,然后将假定的节点刚度代入框架中进行框架的整体计算,完成钢框架的梁柱设计后再进行梁柱节点的设计。梁柱半刚性节点的刚度和抗弯承载力同众多的节点构造变量相关,往往需要多次的试算才可以设计出满足假定刚度要求的节点,设计过程复杂,不利于在工程中的应用。据此,将节点刚度和抗弯承载力需求作为约束条件、节点成本最低作为目标,将外伸端板节点的设计问题转化为数学优化问题。采用组件法计算外伸端板节点的刚度和抗弯承载力,用增强精英保留遗传算法对优化问题进行求解。通过算例表明本文所采用的节点优化设计方法可以完成特定刚度和抗弯承载力需求的外伸端板节点的优化设计,优化结果表明了随着节点刚度需求的增大,节点刚度对框架的受力影响下降但节点的费用不断增加,因此有必要在半刚性钢框架整体设计中考虑节点刚度的合理设计。     

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.     

钢柱弱轴外伸端板连接静力试验与钢框架抗震性能

为丰富弱轴半刚性连接刚度数据库、研究端板连接节点刚度对钢框架结构抗震性能的影响规律,进行了弱轴端板连接节点的半刚性性能试验研究,得到了连接节点的弯矩-转角关系曲线,并借助有限元分析软件SAP2000对空间钢框架结构进行了抗震性能分析,得到了4个空间结构模型在多遇地震和罕遇地震下的结构时程位移曲线和层间位移角。研究表明:弱轴外伸端板连接节点刚度约为相同尺寸节点强轴方向的30%,节点变形能力较强,具有良好的耗能能力;节点刚度对结构的前三阶周期尤其是基本周期影响很大;端板连接钢框架在小震、大震下层间位移角均能满足规范要求且具有良好的抗震性能和抗连续倒塌能力。     

户内变电站全螺栓连接钢框架静力性能数值模拟分析

对采用卡槽式全螺栓连接节点的钢框架的静力性能进行数值模拟分析,通过分析明确了卡槽式全螺栓连接节点的钢框架的破坏机理,结构首先在梁跨中出现塑性铰,同时框架结构节点区域在梁跨中截面屈服时未出现整体破坏,可以满足钢框架结构设计需要。同时随着梁连接端板厚度的增大,试件节点处柱面连接板和梁连接端板的连接更加紧密,框架整体刚度也随之增大。     

节点刚度对外伸端板连接钢框架结构抗连续倒塌性能的影响研究

为研究节点刚度对外伸端板连接钢框架结构抗连续倒塌性能的影响,本文利用ANSYS14.0建立两个6层平面钢框架的有限元模型,梁柱节点分别为刚性节点和半刚性节点,半刚性节点利用非线性弹簧单元Combin 39单元进行模拟。考虑材料非线性及几何非线性,采用备用荷载路径法对其进行非线性静力分析(采用Pushdown analysis)及非线性动力分析。结果表明:柱破坏时,与刚性节点平面钢框架相比,半刚性节点平面钢框架的塑性铰出现较晚,失效点竖向位移增大,结构的竖向承载能力降低,更易发生倒塌破坏,因此,进行外伸端板连接钢框架结构的抗连续倒塌分析时应考虑节点刚度的影响,否则会高估其抗倒塌能力,带来偏不安全的结果。     

基于增量动力分析的梁贯通式支撑钢框架地震易损性研究

为了得到梁贯通式支撑钢框架节点刚度及承载力设计方法,基于增量动力分析(IDA)方法,研究了节点性能对多层梁贯通式支撑钢框架地震易损性的影响,得到了不同节点刚度和承载力设置下四种模型(刚接、全强度半刚接、半强度半刚接和铰接模型)的易损性曲线,定量评价了各模型超越各极限状态的概率和倒塌储备系数。研究结果表明：无论节点刚度和承载力如何设置,在8度罕遇地震(地面峰值加速度为0.4g)作用下,该结构发生倒塌的概率均小于1%,能够满足规范规定的“大震不倒”的要求。当节点刚度达到4倍相邻柱线刚度时,无论节点设置为柱端达到全截面屈服或部分屈服,结构在罕遇地震下的地震易损性相差不大,倒塌储备系数均高于FEMA P695中的建议水平;而铰接结构模型的抗倒塌能力则明显低于其他三种结构模型。基于分析结果,建议梁贯通支撑钢框架梁柱节点刚度应不小于相邻柱线刚度的4倍,节点承载力需不小于柱端全截面屈服弯矩的50%。     

带可更换梁段钢框架端板式梁柱节点初始转动刚度计算模型

带可更换梁段的钢框架端板式梁柱节点（RSFEBJ）是一种地震失效后可更换和修复的新型节点,该RSFEBJ与柱和梁端均采用端板式连接。通过组件法来研究RSFEBJ的初始转动刚度,综合考虑了柱腹板拉、压、剪变形及翼缘弯曲变形、梁柱端板受弯变形、连接端板（1、2）拉压及弯曲变形、梁腹板受剪及螺栓受拉变形对其的影响,建立了简化的弹簧模型,并在此基础上提出各组件的刚度计算公式。通过与课题组已开展的不同削弱形式下的RSFEBJ抗震性能有限元分析结果对比,理论值与有限元值之比均值为0.98,标准差为0.07,二者最大误差小于15%,表明公式具有较好的计算精度。最后开展了节点初始转动刚度的影响因素分析,结论表明：增大梁柱和连接端板厚度是提高节点初始转动刚度的有效手段。     

一种新型端板式装配梁柱连接节点受力性能分析

文章以装配式梁柱节点为研究对象,提出一种新型端板式装配梁柱连接节点,结合有限元软件ABAQUS建立模型进行数值分析,模拟不同位移荷载作用下节点受力性能获得荷载位移曲线,并在相同边界条件和受力状态作用下与现浇结构梁柱节点受力性能进行对比分析。结果表明:新型端板式梁柱连接节点通过螺栓将梁柱两端型钢端板进行连接,与传统现浇节点的荷载位移曲线发展规律基本一致;新型节点增强了节点的刚度和强度,节点承载能力远高于传统现浇节点;梁在负弯矩作用下,梁上型钢端板应变变化范围较大,在梁端上部应力最大,并由上至下、由腹板向端部逐渐减弱。通过对比分析,该新型端板式装配梁柱连接节点有足够的强度和刚度,能满足"强节点"的概念设计,可为装配式节点研究与实际工程应用提供参考。     

世茂深坑酒店钢结构设计

系统介绍了世茂深坑酒店的钢结构设计,着重阐述了该结构的关键节点设计,对酒店钢结构框架进行了施工过程分析.结果表明:结构上端有很强的约束,刚度较大,宜选取延性较好的钢框架-支撑结构；楼板刚度对结构构件受力有显著影响,构件设计时须取不同楼板刚度计算模型下的包络结果；采用带肋钢铺板组合楼板可有效解决混凝土板受拉问题.     

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。     

半刚性连接钢框架-钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

通过对半刚性连接框架-钢板剪力墙结构在水平反复荷载作用下的试验研究,得到了结构的滞回曲线、延性指标、水平刚度、梁柱应变、转角及各关键部位的变形。从耗能能力、刚度退化、承载力、延性等方面分析该种结构的抗震性能和耗能机理;依据应力分布、梁柱转角研究半刚性节点与钢板剪力墙的相互影响效果;分析结构的内力转换和破坏模式。结果表明：该结构具有良好的延性和耗能性能;半刚性节点在反复荷载作用下没有明显变形,节点刚度退化小,框架和钢板剪力墙协同工作良好;梁柱半刚性连接弱化了结构的整体刚度,框架自身承担的水平荷载有限;破坏模式为内填钢板剪力墙局部撕裂,拉力带作用明显,钢框架柱脚及梁柱半刚性连接部位形成塑性铰,框架整体呈弯曲破坏模式。图12表4参10     

密肋框格防屈曲低屈服点钢板剪力墙抗震性能试验研究

密肋框格防屈曲低屈服点钢板剪力墙是一种新型抗侧力体系,采用力学性能优良的低屈服点钢作为内填墙板,通过密肋框格抑制钢板面外屈曲。为 系统研究其抗震性能,进行了3榀1/3比例单跨两层半试件的低周往复荷载试验。对比分析各试件在循环荷载作用下的承载力、延性、刚度和耗能能力,探究 不同节点刚度和框-墙连接方式的影响,考察三者的破坏形态。试验结果表明：密肋框格防屈曲钢板墙具有稳定的承载力和良好的塑性变形能力,结构初始 侧向刚度大,耗能性能优良。防屈曲密肋框格的设置起到类似两边连接的作用,有效改善了内填板的受力特性,试件的滞回曲线饱满,避免出现“捏缩”现 象。结构具有理想的屈服顺序和较为合理的破坏模式。梁柱节点对试件的抗震性能影响较小,降低连接刚度能够提高结构的延性和耗能。最后将各试件承载 力和初始刚度的理论计算值与试验结果进行对比,二者较为吻合。     

高层装配式斜支撑钢框架结构设计研究

针对远大S30工程的高层装配式斜支撑钢框架结构体系,分别采用振型分解反应谱法和线性时程分析法对整体结构进行有限元分析,得到了结构在多遇地震作用下的内力和位移响应。进行了结构整体的弹性设计,总结了该结构体系的设计方法。按规范对柱与柱座法兰连接的承载力进行了计算,并通过有限元分析和试验研究进行了节点强度和刚度的分析与验证。对梁柱节点进行了试验,研究其刚度变化规律,提出了采用弹簧单元在整体结构中建立节点简化分析模型的方法。研究结果表明：该体系中轻型钢楼梯对整体刚度的影响可以忽略,计算时可不建模分析;结构抗震性能满足现行规范要求,结构侧向变形曲线介于框架结构和剪力墙结构变形曲线之间;斜支撑降低了节点区的应力,增大了结构体系刚度,起到了减小柱计算长度、增强梁柱节点和柱与柱座连接的作用;柱与柱座法兰连接设计既满足设计强度要求,又实现了柱的刚性连接,保证了柱承载力和刚度的连续性。     

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构性能研究

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构弥补了传统抗弯钢框架侧向刚度不足的缺点,为采用更加经济的半刚性节点提供了可能。为研究不同梁柱连接刚度对双体系结构抗震性能的影响,完成了3个单跨两层不同梁柱连接刚度试件的水平低周往复加载试验研究,系统分析了三者的整体性能和破坏模态,拟从承载力、刚度、延性、耗能、整体性能和节点性能六个方面对双体系的节点刚度与墙体的匹配效果进行评价。结果表明:在半刚性框架内设置钢板墙能较大程度提高结构的极限承载力与侧向刚度;结构具有理想的屈服顺序,内填板在加载初期非常有效。屈服区域延伸至整个墙体时,附加荷载将基本上由边缘构件承担,试件破坏主要由内填板的屈服和框架柱的弯扭失稳控制;节点刚度退化小,且内填板的设置缓解了节点区自身的延性要求,梁柱连接形式对试件的抗侧刚度和整体强度的影响不大,降低连接刚度有利于提高试件延性和耗能能力。     

防屈曲支撑角部节点板与钢框架的相互作用效应

防屈曲支撑是一种高效稳定的耗能减震装置,其与框架结构一般通过焊接节点板形式连接。目前节点板连接设计方法仅考虑支撑轴力的影响,并没有直接考虑框架开合效应(梁柱在水平地震力下产生的张开/闭合变形)的不利作用,导致焊接节点板在连接处提前发生开裂。通过有限元模拟的方法,同时考虑开合效应和支撑轴力的共同影响,对防屈曲支撑钢框架与角部节点板连接的相互作用进行研究。有限元模型共5组,主要参数包括节点板尺寸、节点板与框架的连接形式以及节点板是否设置自由边加劲肋。在连接形式方面,提出了一种可减小开合效应不利影响的新型可滑移螺栓连接节点板,并与传统焊接节点板的受力性能进行比较。分析结果表明,平面尺寸较小的焊接节点板对结构的抗侧刚度影响最小,可减小设置防屈曲支撑的子框架所分担的地震剪力,相应的节点板受力性能也优于平面尺寸较大的焊接节点板|在焊接节点板上设置自由边加劲肋并不能明显改善其受力性能|所提出的新型可滑移螺栓连接节点板可有效减小节点板对结构刚度的影响,以及框架开合效应对节点板的不利影响,是一种在消能钢框架支撑体系中具有应用前景的新型节点板连接。     

Hysteretic behaviour of flush end plate joints to concrete-filled steel tubular columns

The results of an experimental research study involving the testing of four bolted moment-resisting connections under simulated seismic loading conditions are presented. Each test specimen modeled the interior joint of a moment-resisting frame consisting of H-shaped steel beams and circular or square concrete-filled steel tube (CFST) columns using high-strength blind bolts. In order to investigate the seismic behaviour of the blind bolted flush end plate joints to CFST columns, the hysteretic performance, failure modes, stiffness degradation and energy dissipation of the connection type are evaluated in detail. The test parameters varied included the column section type and the thickness of the end plate. The experimental results indicate that both the blind bolted connections with circular and square sections exhibited excellent hysteretic behaviour in terms of their moment–rotation response, strain distributions and energy dissipation. Under cyclic loading, all tested specimens displayed large rotation ductility capacities, and the failure modes were similar to those under monotonic loads. The effects of cyclic loading on the behaviour of the composite joint were obvious, especially on load bearing and stiffness of the connections. The joint type exhibited excellent seismic performance, so that it can be effectively utilized in moment-resisting composite frame structures.     

浅析钢管混凝土柱-钢梁节点形式

介绍了目前钢管混凝土柱—钢梁框架常用节点的构造形式和受力特点,按照柱贯通式节点和梁贯通式节点的分类,分析了钢管混凝土柱—钢梁框架节点形式的一些研究,并提出了简洁合理的端板螺栓连接新型节点形式,以供钢管混凝土柱—钢梁结构体系的节点设计参考。     

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。     

The effects of partial shear connection in composite flush end plate joints Part I — experimental study

The experimental results of partial shear connection composite beams subjected to hogging bending have been previously reported. An extension to this work which considers the presence of a semi-rigid, partial strength connection is described herein. Five sub-assemblages of cruciform composite joints that simulate the internal region of a semi-continuous frame were tested. The joints were constructed using a novel approach of blind bolting a flush end plate to concrete-filled square hollow columns. Apart from the level of shear connection, the other parameter varied was the reinforcement area. In addition, a bare steel joint was also tested to act as comparison specimen. Based on the experimental results, the intrinsic behaviour of the joints in terms of strength, stiffness and ductility was assessed. It was further affirmed that by lowering the levels of shear connection, the rotation capacity of the composite joints was enhanced with only a slight compromise if the stiffness and moment resistance. A notable effect on the connection behaviour was also observed by varying the reinforcement levels. The outcomes clearly affirmed the benefits of partial shear connection in contributing the additional flexibility to increase the joint ductility, which is extremely advantageous for plastic design purposes. In view of this, the current restriction of providing full shear connection design within hogging moment regions of continuous and semi-continuous structures could be relaxed.