蜂窝式可替换塑性铰框架试件抗震性能

为避免梁柱翼缘相交处的焊缝在地震作用下发生脆性破坏,本文设计了一种蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点,并对基于此节点的4个不同蜂窝式耗能环尺寸的框架试件模型进行了低周往复加载的ABAQUS有限元模拟和低周往复加载试验。充分分析了各框架试件有限元模型和实验试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能等,探讨蜂窝式耗能环的法向厚度和径向厚度对此节点框架滞回性能的影响。分析结果表明：蜂窝式可替换塑性铰节点框架的滞回曲线较为饱满,具有良好的抗震性能;等间距地增加蜂窝式耗能环阵列的径向厚度,可以提高蜂窝式梁柱节点框架的耗能能力和屈服后的变形能力。蜂窝式可替换塑性铰节点保护了梁柱节点焊缝,能够有效实现塑性铰外移。     

新型PEC柱-钢梁T形件摩擦耗能型连接中节点滞回性能的数值模拟

为研究预拉对穿螺栓的新型PEC柱-钢梁T形件摩擦耗能型连接中节点滞回性能,考虑轴压力、PEC柱截面形式、钢板组合截面布置方式与摩擦力大小等设计参数,采用有限元软件ABAQUS建立了5个有限元分析模型试件并对其进行循环荷载下的数值模拟,得到试件的弯矩-转角滞回曲线。结果表明:摩擦耗能型连接方式不仅满足结构耗能延性性能设计目标,且承压型强度设计还能保证必要的安全冗余度;轴向力影响较小;摩擦力影响连接的耗能能力,但对其承载能力影响不明显;钢结构翼缘卷边措施可增强混凝土的约束作用,更好地满足"强柱弱梁"的抗震要求;预拉对穿螺栓表现部分自复位功效,且较好实现了混凝土斜压带传力机理,相应降低了对节点域腹板的抗剪要求;所有试件破坏模式均由于T形件的加强而使得梁截面的塑性铰出现位置向T形件腹板外排螺栓附近梁截面转移,且达到破坏时对应的节点转角均超过了0.04rad,表明该节点连接能较好满足抗震转动能力的需求。     

钢框架梁柱腹板连接的有限元分析

针对钢框架结构中梁柱节点在震害中的脆断破坏,利用有限元计算程序ANSYS对梁柱腹板连接试件模型进行循环加载计算,通过对试件滞回特性、节点域应力分布详细研究后得出,节点域有较好的延性和耗能能力,并揭示了节点发生脆断的原因缘于焊缝处剪应力集中,为该种连接钢框架的设计及理论分析提供了依据.     

腹板开孔型钢框架梁柱节点抗震性能试验

介绍了梁腹板开孔型钢框架梁柱节点,以及12个足尺试件的拟静力破坏试验的试验结果.对节点破坏模式和滞回曲线的比较分析表明,按现行规范设计的全焊型梁柱节点在地震作用下可能会出现连接焊缝的脆性破坏,满足不了抗震设计的延性要求;腹板开孔型节点可以有效的将塑性铰外移到距节点区较远的梁截面上,在强震作用下,其破坏形式是梁翼缘板、腹板的局部变形,满足抗震设计的延性要求;当梁腹板削弱量合适时,节点的承载力不会发生较大减小.因此,腹板开孔型节点具有良好的抗震性能.此外这种节点应用于房屋体系时,水暖管线可从梁中穿过,降低结构空间占用成为可能,并且腹板开孔型节点也便于加工制作,是一种值得推荐的新型节点形式.     

大位移往复加载下钢框架节点地震损伤试验研究

结构临近倒塌状态时,构件不可避免发生较大变形。节点区梁柱焊接处是钢框架结构薄弱环节,易发生脆性破坏,本文设计了3个不同的大位移加载制度对钢框架节点构件进行低周往复加载,考察其破坏过程与特征,研究了不同大位移加载方式对钢框架节点的荷载-位移滞回曲线、滞回耗能、损伤演化等力学性能的影响。结果表明:加载制度对构件的破坏形态起控制作用,变幅加载与等幅60 mm循环加载下试件为脆性破坏,等幅90 mm循环加载下试件为延性破坏。钢框架节点梁端作为结构抗震耗能的关键部位,将耗能能力作为评价其抗震性能的指标,建立起简单通用的累积破坏损伤模型,该损伤模型易于评价节点在地震作用下的损伤程度。     

PEC柱(弱轴)-削弱截面钢梁端板连接组合框架抗震试验研究

设计制作了1榀卷边PEC柱（弱轴）-削弱截面钢梁端板连接组合框架结构底部两层单跨1∶2缩尺模型试件,并对其进行拟静力抗震试验研究。结合试验过程现象记录和实测数据整理,对试件滞回特性、刚度退化、节点连接性能、抗震延性与耗能能力、损伤发展进程和破坏模式等进行分析。结果表明：采取卷边措施有效改善了常规PEC柱弱轴方向的抗侧刚度;梁端削弱截面实现了梁端塑性铰形成位置远离节点区,试件滞回曲线较为饱满,且在梁与端板焊缝存在缺陷条件下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比仍达到3.77%（推）/3.37%（拉）、2.94（推）/3.23（拉）和0.281,即试件变形、抗震延性与耗能能力良好;端板预拉对穿螺栓和节点加强板设置使得节点区形成混凝土斜压带传力模式,改善了节点区剪切性能;试件破坏模式为梁端削弱截面和PEC柱脚形成塑性铰的理想塑性机构,变形与耗能能力发挥充分。     

PEC柱(弱轴)–削弱截面钢梁端板连接组合框架抗震试验研究

设计制作了1榀卷边PEC柱(弱轴)–削弱截面钢梁端板连接组合框架结构底部两层单跨1∶2缩尺模型试件,并对其进行拟静力抗震试验研究。结合试验过程现象记录和实测数据整理,对试件滞回特性、刚度退化、节点连接性能、抗震延性与耗能能力、损伤发展进程和破坏模式等进行分析。结果表明:采取卷边措施有效改善了常规PEC柱弱轴方向的抗侧刚度;梁端削弱截面实现了梁端塑性铰形成位置远离节点区,试件滞回曲线较为饱满,且在梁与端板焊缝存在缺陷条件下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比仍达到3.77%(推)/3.37%(拉)、2.94(推)/3.23(拉)和0.281,即试件变形、抗震延性与耗能能力良好;端板预拉对穿螺栓和节点加强板设置使得节点区形成混凝土斜压带传力模式,改善了节点区剪切性能;试件破坏模式为梁端削弱截面和PEC柱脚形成塑性铰的理想塑性机构,变形与耗能能力发挥充分。     

新型梁柱拼接外套筒式节点抗震性能研究

为解决传统方钢管柱-H型钢梁连接节点焊缝量较大、装配不便和抗震性能较差等问题,提出了一种新型梁柱拼接外套筒式节点.通过足尺寸拟静力试验和ABAQUS有限元模拟,考察了节点的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线和耗能性能等,并分析了轴压比、角钢及加劲肋板厚、外套筒板厚3个参数对其抗震性能的影响.结果表明:该节点在循环加载后期梁端出现了塑性铰,符合"强柱弱梁,强节点弱杆件"的设计原则;节点滞回曲线较为饱满,延性系数达到9.06,耗能系数为0.264～0.328,新型节点抗震性能良好;角钢及加劲肋板厚是影响节点抗震性能的重要因素,在12 mm厚度时得到最优线位移延性系数为11.24.     

蜂窝式钢框架结构合理扩高比限值分析

目的 研究蜂窝式钢框架结构的受力特点、破坏模式以及抗震性能.方法 对单层单跨蜂窝式钢框架结构进行水平低周反复加载试验,控制蜂窝梁扩高比K=1.5,对蜂窝式钢框架结构的受力特点、破坏模式以及抗震性能等因素进行分析.在此基础之上,利用有限元分析软件对足尺蜂窝式钢框架结构进行模拟分析,研究了三层单跨六边形孔和圆形孔蜂窝式钢框架结构的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性和耗能能力.结果 蜂窝式钢框架结构基本都发生梁铰破坏机制,但是腹板削弱造成孔洞位置处的抗剪承载力降低,影响了塑性铰的转动能力,因此其耗能能力和延性低于实腹钢框架,但是延性仍处于较高的水平.通过分析不同扩高比下六边形孔和圆形孔蜂窝式钢框架结构延性系数,拟合出扩高比与延性系数的关系曲线.结论 孔洞腹板的削弱程度决定其延性水平,通过拟合出的扩高比与延性系数的关系曲线,利用提出的抗震等级与廷性的关系,提出两种孔型蜂窝式钢框架结构在不同抗震等级下的扩高比限值,为蜂窝式钢框架结构抗震设计提供参考.     

异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点抗震性能研究

为研究异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点的抗震性能,对节点试件进行低周往复荷载试验及ANSYS非线性有限元分析.结果表明:破坏源于节点区钢梁翼缘屈曲,顶底角钢屈服形成塑性铰,节点产生大转动变形;各试件滞回曲线较为饱满,呈倒“S”形,延性系数均大于2.55,节点具有较好的耗能能力;角钢厚度、高强螺栓直径对节点承载力和变形能力影响显著,增大角钢厚度及高强螺栓直径,节点延性系数略有降低,但极限承载力明显提高;有限元节点应力分布及破坏特征与试验现象基本一致,屈服承载力、极限承载力有限元计算值与试验值吻合较好;轴压比对节点抗震性能影响较小,相较于螺栓性能等级,钢材强度等级对节点刚度及承载力影响更为显著.     

考虑近海环境劣化作用的钢框架节点抗震性能试验研究

采用室内加速锈蚀试验模拟近海大气环境对钢框架材性试件与节点试件力学性能的劣化作用.得到节点试件梁柱翼缘与腹板钢材锈蚀率随近海环境作用时间的相关关系,对材性试件进行拉伸破坏试验,统计回归得到屈服强度、极限强度、伸长率与弹性模量4个钢材材性性能指标随锈蚀率的衰变关系.对4个不同锈蚀程度的钢框架节点试件进行变幅加载试验,考察其破坏形态与特征,分析锈蚀对构件滞回性能、骨架曲线与刚度的影响,得到节点构件耗能能力、累积塑性变形能力、刚度等性能指标随锈蚀率的衰变规律.结果表明：近海大气环境作用使得钢框架节点构件产生初始损伤,致使节点构件梁端在位移低周加载下越早发生断裂,延性降低.     

装配式H型钢腹板开孔耗能支撑的滞回性能

装配式H型钢腹板开孔耗能支撑是由腹板开孔H型钢和传力槽钢通过螺栓连接组成的新型耗能支撑,能有效避免支撑构件失稳。为研究这种支撑的耗能能力及破坏机理,对试件进行低周往复加载试验及有限元模拟分析。结果表明：装配式H型钢腹板开孔耗能支撑滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。在轴向荷载作用下,试件主要依靠开孔腹板孔间短柱进入塑性耗能,在加载过程中,孔间短柱端部为薄弱部位,首先进入塑性,并最先发生断裂,随着加载的深入,孔间短柱中间部位进入塑性的面积越来越大。加载过程中,螺栓与槽钢始终处于弹性状态。试件最终因孔间短柱断裂导致破坏。H型钢耗能腹板长度相同时,腹板宽度越宽、孔间短柱高宽比越大,耗能支撑承载力与刚度越小、变形能力越好,孔间短柱高宽比在5~8之间较合理。建议长圆孔端部圆弧到螺栓孔中心最短距离控制在1.2d₀~1.5d₀之间。改变长圆孔圆弧半径对支撑的力学性能影响很小。H型钢腹板宽度相同时,腹板长度越大,承载力与刚度越大。给出了装配式H型钢腹板开孔耗能支撑的设计方法与极限承载力公式。     

钢筋混凝土梁柱边节点滞回性能数值模拟

为准确模拟梁柱边节点在地震条件作用下的滞回响应,建立考虑黏结退化机制的梁柱边节点有限元模型。基于ANSYS有限元平台,采用Voce-Chaboche混合强化模型定义钢筋的循环本构关系,开发组合弹簧单元实现往复荷载作用下钢筋与混凝土间的黏结退化机制,根据损伤理论提出往复荷载作用下黏结滑移本构关系预测模型。有限元计算得到的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、应力云图与试验结果的对比表明：混合强化本构能更好地描述往复荷载作用下钢筋的滞回响应,组合弹簧单元成功地反演了往复荷载作用下钢筋与混凝土的黏结退化特征,往复荷载作用下节点梁中塑性铰的发育导致梁塑性伸长,将对边节点柱造成不利影响,梁柱边节点数值模拟结果与试验结果吻合良好,为准确模拟梁柱边节点的滞回性能提供了理论基础和技术平台。     

新型CFST柱-RC梁节点抗震性能试验

结合钢管混凝土（CFST）柱和钢筋混凝土（RC）梁各自的优点,提出一种采用U形钢板-栓钉组合连接的新型CFST柱-RC梁节点.为研究新型节点的抗震性能,设计并制作了2个足尺CFST柱-RC梁节点及1个传统的RC节点试件,对其进行了低周往复荷载作用下的试验研究.结果表明:该类新型CFST柱-RC梁节点破坏模式与传统的RC节点相似,均发生梁端弯曲破坏,破坏区域主要在U形连接板外,实现塑性铰外移.按照试验现场的试件安装位置,十字节点的梁分别命名为S梁和N梁.CFST中柱节点、CFST边节点N梁承载力较RC节点分别提高11.6%（负向提高13.0%）和5.3%（负向提高7.5%）;中柱节点的S梁承载力提高20.2%（负向提高19.6%）.荷载-位移曲线饱满,累计耗能与RC节点相比提高约17.0%（S梁提高36.0%）、20.1%,各试件的位移延性系数均大于4.0,新型CFST柱-RC梁中柱节点、边节点的位移延性系数分别提高2.4%、21.3%,具有较好的变形能力.     

厚板柱钢框架梁柱节点对断裂韧性的要求

为了研究厚板柱钢框架梁柱节点对材料断裂韧性的要求,进行了三维弹性和弹塑性断裂力学有限元计算.以裂纹尖端的应力强度因子KI和JI为评价指标,分析了焊接工艺孔形式、梁翼缘削弱或加强和初始裂纹位置等因素对梁柱节点断裂韧性的不同要求.结果表明：美国北岭地震后改进的焊接孔B对断裂韧性的要求最低,而我国《建筑抗震设计规范》规定的焊接孔D对断裂韧性的要求相对较高;与标准型节点相比,梁翼缘削弱或加强型节点能显著降低对断裂韧性的要求;当焊接高匹配时,热影响区裂纹比焊根裂纹更易于扩展,并导致节点的断裂破坏.钢框架梁柱节点断裂评估定量方法为节点防断设计中钢材与焊材的选材、焊接孔与节点形式的选用提供了参考.     

预制钢骨混凝土柱—钢梁组合节点试验研究

针对装配式混凝土结构中梁柱节点连接构造复杂、施工效率低等问题,设计开发了一种预制钢骨混凝土柱—钢梁组合节点,通过拟静力试验,研究不同梁端连接方式对新型节点抗震性能的影响。结果表明：不同梁端连接方式的节点试件均为梁端受弯破坏,破坏位置在翼缘连接板处,实现了节点域附近塑性铰外移的效果;翼缘连接板和混凝土的应变受梁端连接方式的影响较大,钢梁腹板、H型钢骨和纵向钢筋的应变受到的影响相对较小;栓焊混合节点和螺栓节点属于半刚性连接,焊接节点属于刚性连接;各试件的滞回性能良好,承载力和刚度退化性能稳定,延性系数在4.03~11.84之间,等效黏滞阻尼系数在0.24~0.36之间。该类型节点具有良好的承载能力和抗震性能,能满足现有抗震设计要求。     

开孔Q460高强钢板在低周疲劳加载下的力学性能试验研究

为探讨单调拉伸及低周疲劳荷载下开孔Q460高强钢板的力学性能,对33个开孔材性试件进行试验测试,通过分析试件的应力–应变曲线、骨架曲线和耗能能力对比图,探讨了试件设计尺寸、开孔数量及加载模式等因素对开孔材性试件的强度、刚度、延性和耗能能力等力学性能的影响规律.在此基础上,使用ANSYS有限元分析软件建立了疲劳加载作用下...     

人工消能塑性铰构造低周往复试验研究

为提高装配式钢筋混凝土框架结构的抗震性能,针对震后梁、柱构件损伤严重等问题,提出了一种新型框架梁端构造——人工消能塑性铰,即在框架梁端通过预埋机械铰实现梁、柱构件铰接,同时安装附加钢板承载并耗能.设计制作了8组不同截面形式和构造的附加钢板试件,并对装有不同附加钢板的人工消能塑性铰构造进行低周往复荷载试验,研究该构造的破...