采用新型双T型钢-穿芯螺栓连接的方钢管混凝土柱-钢梁节点滞回性能研究

提出了一种新型双T型钢-穿芯螺栓连接的方钢管混凝土柱-钢梁节点.该节点具有易于装配,震后可更换的特点.采用有限元分析软件ABAQUS建立足尺有限元分析模型,进行低周往复荷载作用下的精细化数值模拟,研究了T型钢翼缘、腹板以及抗剪板的厚度对该节点滞回性能的影响.结果表明:新型双T型钢-穿芯螺栓连接的方钢管混凝土柱-钢梁节点具有良好的强度、刚度和耗能能力.T型钢翼缘厚度对节点承载力影响较大,对节点初始刚度和耗能能力的影响较小.T型钢腹板厚度对节点承载力、节点刚度及耗能能力均有较大影响,增大腹板厚度可提高节点的承载力和初始刚度,梁端转角达到0.035后,增加腹板厚度可提高节点的耗能能力.抗剪板厚度在该节点的设计中不起控制作用.     

高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱节点静力性能试验

为解决现有钢管柱节点单边螺栓锚固不足和操作复杂的问题,提出高强钢芯筒-螺栓连接副装配式节点,连接副由内置于钢管柱的高强钢芯筒和常规高强螺栓组成.为考察这种新型节点的静力性能,对6个1∶1足尺钢管柱框架边节点进行单调加载试验,研究变量为钢芯筒类型、筒壁厚度、螺栓直径、钢梁端板厚度.重点分析节点关键部位的应力变化、变形能力、破坏模式、螺栓拉力和节点类型.结果表明:试件均为半刚性节点、梁端塑性铰破坏机制,封闭型芯筒厚度与螺栓直径相当时可以满足梁柱刚接的强度条件;节点域变形很小可以忽略,芯筒转动变形对节点转动影响不超过10%;钢梁端板与柱的间隙随着芯筒厚度减小而快速增长,螺栓有拔出趋势,连接副的抗拉设计值可按钢板螺纹抗拉承载力的70%取用.     

方钢管法兰连接承载性能的有限元分析

方管法兰连接的研究在国内几乎是空白,国内外的相关资料中也没有给出成熟的设计方法.在由屈服线理论推导得到的理论公式基础上,利用通用有限元软件ANSYS,分别对无加劲和有加劲方钢管法兰连接的承载性能进行了有限元分析,验证了理论公式的正确性与准确性.利用有限元计算结果,分析了螺栓个数n,法兰板厚度t以及螺栓边距参数η等参数对节点破坏形态和承载力的影响.提出如下设计建议：螺栓布置越接近钢管壁越好;提高无加劲和有加劲方钢管法兰连接节点承载力的最有效途径分别是增加螺栓个数和增加法兰板厚度;在无加劲法兰连接能满足承载力要求的条件下,应尽量避免采用有加劲法兰连接.     

暗扣式屋面板扣件抗风性能分析

通过对暗扣式屋面板在试验荷载作用下破坏机理的讨论,来分析屋面板在实际风荷载作用下的破坏机理,得出屋面板破坏的主要原因为扣件与屋面板连接处位移过大,因此研究扣件的变形对研究屋面板整体的抗风承载力有着重要的意义.通过大型通用有限元程序ANSYS对扣件进行数值模拟分析,来研究扣件板厚度、突肋高度和螺栓孔位置三者的改变分别对扣件变形的影响,从而得出三者对扣件承载力的影响,为扣件的设计、加工和使用提供参考.     

芯钢管连接的钢管混凝土半连通边节点非线性有限元分析

目的对一种新型的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接的半连通芯钢管节点进行有限元分析．方法利用通用有限元软件ANSYS分析节点在竖向载荷作用下的破坏过程、破坏形态，节点各组成部分的应力分布规律．结果分析表明，节点承载力大于所连接构件的承载力，模型试件破坏时节点完好，尚有较大承载力，有限元计算结果与模型试验结果相吻合．结论证明了新型半连通节点的可行性和合理性，节点具有较好的强度和刚度．满足“强节点，弱构件”的抗震设计原则．     

加劲板连接双层钢板混凝土剪力墙抗剪承载能力分析

加劲板连接双层钢板混凝土剪力墙是一种新型结构形式的组合剪力墙。为了研究加劲板连接双层钢板混凝土剪力墙的抗剪性能,采用ABAQUS有限元程序对其进行有限元模拟分析。分析了加劲板间距、跨高比、两侧钢板厚度和内填混凝土板厚度等参数对这种剪力墙抗剪性能的影响。分析结果表明:加劲板连接双层钢板混凝土剪力墙承载力高;跨度和钢板厚度是影响加劲板连接双层钢板混凝土剪力墙的主要因素,随着跨高比、钢板厚度的增大,承载力明显提高;最后基于承载力叠加原理提出加劲板连接双层钢板混凝土剪力墙承载力计算公式。     

装配式两边连接钢板剪力墙节点抗侧性能试验研究与分析

为了将钢板剪力墙体系与新型全装配式钢结构体系结合起来,提出了一种适用于装配式高层钢结构的两边连接间断式盖板钢板剪力墙连接节点(discontinuous cover-plate connection,DCPC),并对此节点的构造与设计方法进行了研究.通过改变内嵌墙板厚度、连接螺栓数目及接触面摩擦因数设计加工了4组试件,并对其进行了静力加载试验和有限元分析对比.研究表明:增加螺栓个数可有效提高试件的滑移荷载,有效提高节点初始刚度,但增大了节点连接螺栓的预紧力损失,同时连接盖板与底板的残余变形也较大;增大试件接触面的摩擦因数可有效增大试件的极限抗侧承载力,但对螺栓预紧力的影响不大;螺栓预紧力的损失量随着内墙钢板的宽厚比和有效高跨比的减小而增大;内嵌墙板在破坏前拉力带充分发展,位移延性系数满足抗震设计要求,属于延性破坏;DPCP不仅具有良好的传力性能,而且便于加工与装配,同时保证了装配式钢板剪力墙的震后可修复功能.     

正交胶合木环型耗能节点设计与抗剪试验研究

连接节点对正交胶合木墙体抗侧力机制的发挥、延性及耗能起着至关重要的作用。本文提出一种由U型阻尼器拼装而成的环形节点,连接正交胶合木墙体与基础钢梁,使墙体的损伤集中于耗能元件,实现地震作用下耗散能量,保护正交胶合木墙体,同时,实现承载力可预测且损坏后可更换。通过低周往复抗剪试验,研究了7个不同形状及厚度的环形耗能节点的受剪性能,并对其滞回曲线、破坏特征、承载力、刚度退化及耗能能力等进行研究,对比不同收腰程度与钢板厚度对抗剪性能的影响;结合Eurocode 5等标准理论,计算正交胶合木锚固端钢板螺钉连接的抗剪承载力,推导环形耗能节点的主要力学性能指标计算公式;并基于有限元Abaqus软件,开展耗能节点往复受剪数值模拟。结果表明：以试验研究为基础,提出的正交胶合木锚固端抗剪承载力计算公式、环形Q235阻尼器力学指标计算公式及开展的有限元分析,为正交胶合木耗能节点设计提供依据;除厚度为8 mm、收腰宽度为86 mm的试件以外,其余节点试件实现了对木材的损伤集中到耗能元件上;所建立的环形阻尼器的力学性能指标计算公式,可以较为准确地预测节点的屈服力、初始刚度与屈服位移;有限元模型可以较好地模拟耗能节点的抗剪行为;通过分析给出了厚度为8 mm、收腰宽度为55 mm的试件为抗剪方向承载力及耗能能力两方面最佳的耗能连接。研究成果为正交胶合木结构在抗震区工程中的应用提供技术支撑。     

一种新型组合结构梁柱节点的试验研究

提出了一种新型的端板螺栓连接的钢混凝土组合梁、连续复合螺旋箍混凝土柱节点.这种节点的构造为组合梁混凝土中的负钢筋贯通节点核芯区,而组合梁的钢梁部分靠带肋板的端板、长杆高强螺栓连接,节点核芯区设立钢板箍代替普通的箍筋.此节点构造简单、便于施工.为了研究其抗震性能和破环机理,对这种节点进行了足尺的拟静力试验和模拟节点核芯区的试验.介绍了试验情况,对节点的强度、延性、滞回性能进行了分析.结果表明该节点属于典型的梁铰破坏,具有较好的耗能能力.根据实验提出了构造建议与核芯区承载力公式.     

冷弯薄壁型钢结构体系中自攻螺钉连接的抗剪性能试验研究

为了研究钢板与钢板、钢板与定向刨花板(OSB板)以及钢板与硅酸钙板(CSB)之间(自钻)自攻螺钉连接的抗剪性能,对32个螺钉连接试件进行了试验研究,研究了螺钉连接试件的受力过程和受力模式,分析了钢板厚度、板材受拉纤维方向的差异、加载速度以及螺钉至板材边缘距离等参数对试件受剪承载力的影响.试验结果表明:钢板与钢板连接的破坏形态为螺钉孔处钢板局部承压和螺钉头被剪断;钢板与OSB板连接最终发生自攻螺钉的过度倾斜和OSB板端部的劈裂分层;钢板与CSB板连接的破坏模式为自攻螺钉处CSB板被净截面拉断.随着钢板厚度以及螺钉至板材边缘距离的增加,自攻螺钉连接的受剪承载力有所提高;随着加载速度的增加,钢板与钢板连接以及钢板与CSB板连接试件的受剪承载力略有增加,钢板与OSB板连接试件的受剪承载能力出现一定降低.OSB板与CSB板的方向性导致纵向纤维受拉试件的受剪承载力明显高于横向纤维受拉试件.     

圆CFRP钢管混凝土外加强环节点有限元分析

为了深入研究圆CFRP钢管混凝土外加强环节点的力学性能,使用有限元软件ABAQUS分析了混凝土强度、钢材强度、轴压比、加强环板的厚度和加固形式对节点力学性能的影响.对节点模型进行了低周往复荷载下数值模拟.结果表明,当混凝土和钢材强度不变时,随着轴压比的增加,外加强环节点的承载力保持不变;加强环板厚度对节点承载力影响较大,随着加强环板厚度的增加,节点的承载力明显增加,当厚度增加到一个限值时,承载力基本保持不变;加强板和加强筋加固形式可以显著提高节点的刚度,使钢梁先于柱屈服,实现强节点弱构件的抗震目标.     

复合墙板结构层组合形式的探讨

通过两种复合墙板拟静力试验,探讨了结构层组合形式对构件的破坏形态、变形性能、刚度以及承载力的影响,论证了两侧等厚结构层复合墙板抗震性能相对优越并对不等厚结构层复合墙板的极限承载力及应用范围进行了讨论。     

圆钢管混凝土 K 型焊接管板节点受力性能试验

为研究格构式钢管混凝土风力发电机塔架K型焊接管板节点的受力性能,进行了4个圆钢管混凝土K型焊接管板节点的单调静力加载试验和1个空心圆钢管K型焊接管板节点的对比试验,探讨了该类节点的破坏模式、极限承载力以及节点区应力分布和发展规律,研究了各试验参数对节点受力性能的影响。试验结果表明：塔柱内混凝土的填充使得焊接管板节点的破坏模式由节点交汇处塔柱管壁塑性变形失效转变为节点板失效和腹杆失效;节点的极限承载力大幅增加,变形减小;节点几何参数和构造参数的变化对试件受力性能的影响较大;当节点板中部设置加劲肋时,节点的承载力提高,节点板平面外失稳得以避免;当节点极限承载力由腹杆屈曲或屈服承载力控制时,在一定范围内随着腹杆与塔柱管径比和壁厚比的增加,节点的承载力提高。     

灌浆方钢管压陷极限承载力试验

针对目前灌浆弦杆压陷极限承载力公式没有考虑弦杆轴力对节点压陷承载力的影响的不足,对15个灌浆方钢管进行了压陷承载力试验,考察了支杆与弦杆边长比、弦杆所受轴力的性质与大小等参数对灌浆方钢管压陷承载力的影响。计算机仿真试验除考察了模型试验所考察的参数之外,还考察了弦杆壁厚、水泥石强度、钢材强度等参数对灌浆方钢管压陷承载力的影响。在模型试验和仿真试验的基础上,分析了灌浆方钢管压陷机理,建立了灌浆方钢管压陷极限承载力计算公式,为推广内置钢桁架-混凝土组合梁提供了依据。     

网格尺寸效应对蜂窝空腹楼盖静力性能的影响

使用ANSYS有限元结构分析软件，针对正六边形蜂窝型空腹夹层板楼盖进行分析。分析影响正六边形蜂窝型空腹夹层板楼盖中划分网格的尺寸效应，对比分析了此种结构与正交正放网格空腹夹层楼盖的网格尺寸与楼盖承载能力之间的效应关系。结果表明，正六边形蜂窝型空腹夹层板的网格尺寸效应比较明显，在合适的网格尺寸下，其钢-混凝土共同作用更加充分，经济效益更加优秀。此外，分析了混凝土表层板厚度对此种结构网格尺寸效应的影响，结果表明，增加混凝土表层板厚度，对于楼盖的承载力有正向增益，同时对结构的网格尺寸效应影响较大。     

冷弯薄壁型钢墙体-楼板节点抗震性能试验研究

开展考虑不同构造、轴压比、墙架柱截面类型及覆板蒙皮作用的7个试件的抗震试验,可得如下结论. 1）覆板后节点破坏由墙-楼板连接处的自攻螺钉失效导致,防止该区域的自攻螺钉失效是连接成败的关键. 2）覆板后规程推荐节点承载力、耗能能力明显提高,但受截面高度、轴压比的影响均较大. 3）覆板后角钢加强型节点承载力及耗能能力均降低,且受截面高度的影响大;2 mm 厚角钢试件在加载初期发生两肢间夹角的拉大与减小,破坏时螺钉全部从墙架柱拉脱;4 mm 厚角钢试件楼层梁与角钢间的自攻螺钉过早发生失效,造成角钢厚度增加,承载力降低. 4）获得节点的恢复力骨架曲线特征值,为结构基于简化力学模型抗震计算提供基础数据.     

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。     

内置高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能

为研究内置FRP约束UHPC高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能,基于“强柱弱梁”目标设计制作5个端板-螺栓连接节点试件,通过拟静力试验研究节点的破坏机理,并分析柱轴压比、FRP管厚度和有无芯柱对节点抗震性能的影响,对比钢梁更换前后节点的性能。试验结果表明：所有试件均在梁端形成塑性铰破坏;该破坏模式下,节点具有较高的承载力、耗能能力和较好的延性;内置芯柱时,试件承载力提高但延性降低;随着FRP管厚度增加,节点初始刚度和耗能能力均得到提升;相比原试件,更换梁试件的耗能能力、延性和初始刚度均有所降低。变形分析结果表明：节点域组合柱以受弯变形为主,两侧钢梁主要承担节点域的剪切变形。依据初始刚度判定该节点属于刚性节点。     

外露式钢柱脚节点的抗剪性能

参考实际工程中使用的外露式钢柱脚节点,以柱脚底板孔径、柱脚底板厚度、锚栓直径和锚栓强度为主要参数,设计7组共19个大直径锚栓的钢柱脚试件,开展抗剪性能试验研究. 试验表明,锚栓连接具有可观的抗剪能力,节点的最终破坏模式有3种：当基础混凝土配筋足够时为锚栓剪断,配筋不够时为混凝土冲切破坏,介于两者之间的锚栓剪断同时存在混凝土冲切裂缝;锚栓连接的荷载-相对位移曲线呈现2种类型,主要区别在于是否存在滑移段. 对于锚栓连接的抗剪承载力设计值,将 3个已有理论模型与试验结果对比,给出推荐的简化公式. 对于锚栓连接的极限抗剪承载力,提出考虑锚栓截面拉力、剪力和弯矩影响的计算模型.