H形截面钢柱预压抗弯型连接节点受力性能试验研究

为满足钢结构快速绿色施工的需要,设计了一种新型H形截面钢柱拼接节点,即钢柱预压抗弯型节点。为研究此节点的受力性能,设计了3个足尺试件,对其进行低周往复加载试验,分析节点破坏模式、应力分布规律及对H形截面钢柱承载能力和刚度的影响。试验结果表明:柱拼接处翼缘首先发生屈曲变形,但对高强度螺栓施加的高预拉力使得柱仍然有较强的承载能力;节点处加劲肋对法兰板加劲效果明显,应力始终保持较低值,未发生屈曲变形;节点滞回曲线显示拼接柱水平位移较小,柱在节点处能量消耗小,保证了被连接构件刚度的连续性;节点区的剪切变形角最大为0.002 3 rad,变形较小。研究表明此节点是一种性能优良的H形截面钢柱拼接节点。     

装配式H形截面钢柱预压抗弯型连接节点参数研究

提出一种新型装配式H形截面钢柱预压抗弯型连接节点,即在柱拼接处腹板两侧各焊接一个支撑板及两个加劲板,两段柱上的支撑板通过四个预应力拉杆连接,对拉杆施加预拉力后,对柱端面产生预压力,利用此预压力产生的摩擦力抗剪,利用压应力抗弯,实现荷载传递.建立试验试件的有限元模型,模拟了柱翼缘出现屈曲变形之后的滞回性能和失效模式.有限元计算得到的滞回曲线与试验结果吻合较好.在校准过的模型的基础上,通过改变节点几何参数和力学参数,分析了 5个系列50个节点的力学性能.结果表明:预应力拉杆是影响节点性能的重要组件,不同的预拉力施加值对节点性能影响很大,但预拉力的损失对节点初始转动刚度影响不大;钢柱翼缘板自由外伸宽度b与其厚度t之比β是对节点性能影响较大的参数,当该比值较大时,柱拼接节点处翼缘较易发生局部失稳.因此,合理的β值,是节点设计的关键因素.     

新型钢结构梁柱节点受力研究

本文提出了一种嵌入式钢结构梁柱节点,其由带拼接板的H型钢柱和普通梁段组成。改变柱上拼接板的厚度,可以控制拼接板处连接刚度的变化,从而利用柱上连接盖的变形进行能量消耗,确保钢结构梁和柱等主要构件不会发生损坏。通过Workbench软件,对模型进行仿真研究,获得了节点处的破坏模式、承载能力和部件应力的变化等,分析了钢柱上翼缘拼接板厚度、腹板拼接板厚度等参数对节点力学性能的影响规律。分析表明:通过合理设计柱上连接板的厚度可以保证节点的承载能力,保证钢结构梁柱等主要部件不受损坏,延长节点的使用寿命,提高节点的延性。     

钢框架刚性节点力学性能分析

为了研究钢框架刚性连接节点的力学性能,文中以H型钢柱腹板厚度、梁截面形式及加劲肋为参数,设计六组T形刚性节点,利用ABAQUS有限元软件建立刚性节点模型,分析钢框架刚性节点在低周反复循环荷载下的滞回性能;对刚性节点数值分析得到节点的滞回曲线、骨架曲线。结果表明,增大柱的腹板厚度能一定程度提高节点承载力及初始刚度;梁截面为H型钢的抗震性能优于梁截面形式为钢管型的;梁柱节点连接处设置加劲肋能有效提高节点的力学抗震性能。     

钢网格盒式结构空腹桁架与柱相交节点抗震性能试验研究

为了研究装配整体式钢网格盒式结构体系空腹桁架与柱相交节点的抗震性能,设计制作了5种不同构造参数的钢网格盒式结构空腹桁架与H型钢柱强轴相交节点试件,进行了低周反复荷载试验,分析和研究了节点的破坏过程、承载能力、滞回曲线、骨架曲线、延性和耗能性能等指标。试验结果表明:在桁架与柱连接空腹处设置连续槽形焊缝和加劲板的构造措施可使塑性铰外移,避免了桁架根部焊缝的脆性破坏;对于焊有加劲板的试件,不同加劲板尺寸对试件的抗震性能有一定程度的影响。焊有加劲板试件在应力集中部位易形成裂缝,而利用连续槽形焊缝替代加劲板补强节点则可以缓解试件应力集中;这两种构造形式均由于腹板受压而出现一定程度的腹板局部屈曲现象。为盒式结构节点的实际应用提供了一定的理论支持。     

加劲肋尺寸对垂直加劲肋方钢管柱-H梁节点的影响

垂直加劲肋节点适用于柱截面较小的方钢管(矩形管)柱和H型钢梁节点.因此,采用有限元方法,以垂直加劲肋长度和高度为主要参数,对垂直加劲肋节点的承载力、刚度、应力分布和破坏模式进行了分析.研究表明:垂直加劲肋节点承载力、弹性刚度和耗能能力均大于内隔板节点,但是强度和刚度退化严重;垂直加劲肋长度对节点承载力和刚度都有影响;加劲肋高度只对节点刚度有影响.     

装配式高性能轻钢框架梁柱节点抗震性能试验

研发了装配式π形连接件和双L形带斜向加劲肋连接件轻钢框架梁柱节点,进行了10个足尺轻钢框架梁柱节点的低周反复荷载试验,包括7个π形连接件节点、2个双L形带斜向加劲肋连接件节点以及1个普通H型钢梁腹板栓接、翼缘焊接节点。设计参数包括节点构造,π肢长度以及框架柱的截面类型,比较了不同节点的破坏形态、滞回特性、承载力、刚度退化、耗能能力及应变特征。结果表明：π形连接件节点与普通H型钢梁腹板栓接、翼缘焊接节点相比,初始刚度和承载力显著提高;π形连接件节点与双L形带斜向加劲肋连接件节点相比,初始刚度和承载力明显提高;增大π肢长度可提高节点初始刚度及承载力;钢管混凝土柱节点比钢管柱节点的刚度及耗能能力明显提高;H型钢柱节点刚度低于钢管混凝土柱节点。π形连接件节点和双L形带斜向加劲肋连接件节点构造简单、便于装配、抗震性能优越,可用于低多层装配式轻钢框架结构,其设计思路也可用于其他装配式钢框架结构。     

竖向荷载作用下插接式Y形钢管混凝土转换节点的承载力试验研究

为实现不同截面形式的斜柱与支柱的可靠连接，提出一种Y形钢管混凝土转换节点，其双斜柱和支柱采用插接式连接。以斜柱钢管壁厚、支柱直径、斜柱插入深度以及斜交区是否设置加劲肋为参数，设计8个双肢方形截面斜柱和圆形截面支柱转换节点，通过竖向荷载下的静力试验，研究其破坏模式、承载力、变形特点和受力机理。研究结果表明：在竖向荷载作用下，插接式节点的核心区能有效传力，其顶面承受局部压力作用，局部压力扩散范围延伸至支柱；斜交区混凝土受约束作用大，对该区域的变形和承载能力有利；斜柱插入深度是影响节点受力性能的关键参数，随着插入深度的增加，节点承载力最大提高18%,钢管首先达到屈服应变和发生局部屈曲的部位改变；斜交区设加劲肋能够提高斜交区的刚度和承载力，使薄弱位置转移。基于试验获得的节点各区域受力特征，提出适用于双肢方形截面斜柱与圆形截面支柱插接式Y形转换节点在对称竖向荷载作用下的承载力计算公式。承载力计算结果与试验结果之比的平均值为0.879,标准差为0.049,计算结果偏安全，离散性较小。     

矩形钢管混凝土柱T形加劲肋设计方法

基于钢板弹性屈曲理论,提出了矩形钢管混凝土柱内设置T形加劲肋的技术措施和设计方法。对于板件宽厚比较大的矩形钢管混凝土柱,沿钢管壁纵向设置T形加劲肋,由于T形加劲肋翼缘部分包裹于混凝土内部,充分发挥加劲肋与混凝土的共同工作性能,改善钢管壁局部屈曲性能。采用能量法并考虑内部混凝土对钢管壁的侧向支撑作用,基于均匀受压四边固支板简化计算模型,推导了内设置T形加劲肋的柱壁板件临界应力计算公式。通过控制钢管壁全截面有效,并考虑加劲肋界限刚度比影响,提出了矩形钢管混凝土柱的T形加劲肋刚度限值要求。结果表明:T形加劲肋与混凝土的共同工作显著改善了钢管壁的局部屈曲性能;对于大宽厚比矩形钢管混凝土柱,通过合理设计T形加劲肋,仍可使钢管壁全截面有效,即先发生屈服而不是局部屈曲。     

国际期刊导读

采用“欧洲规范3”对圆形空心截面钢拱的设计,高温局部荷载作用下短粗腹板的失效机制,塑性应变极限状态下I形和矩形管截面变形分析,方钢管混凝土柱和钢-混凝土组合梁连接节点的抗震性能试验研究,平端板拼接节点初始刚度的有限元分析     

带悬臂梁段拼接的梁柱连接循环荷载试验研究

为了检验带悬臂梁段拼接的梁柱连接抗震性能,对4个试件进行了循环加载试验。试验侧重于对拼接节点的研究,采用10.9级高强螺栓摩擦型连接,翼缘和腹板全部拼接。试验结果表明:螺栓拼接节点的延性远好于梁柱焊缝连接;较弱的拼接节点产生较大的塑性变形;接触面的滑移摩擦、螺栓与孔壁的挤压和翼缘拼接板的屈曲都使连接具有良好的耗能能力;但滑移伴随有剧烈的响声,会使人产生心理恐慌。根据试验结果提出了设计建议:尽量将拼接设计得弱些,可以提高梁柱连接的转动能力,减少地震作用向梁柱连接焊缝的输入,延缓焊缝的脆性破坏。     

矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点抗震性能试验研究及有限元分析

以天津泰达广场CBD工程A、B区超高层项目为背景,进行了不同连接方法的6个足尺矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点试件拟静力试验,分析了试件的破坏特征、承载力、延性、耗能能力、刚度退化、强度退化等性能。结果表明：在保证焊接及安装质量的前提下不同连接方法节点均具有较高的承载力及良好的抗震性能;在梁翼缘两侧焊接加强板有利于节点承载力的提高,矩形钢管中填充混凝土有利于减小节点核心区的剪切变形,提高节点的强度及刚度。利用ANSYS 10.0软件对试件在循环荷载作用下的滞回性能进行非线性模拟计算,并将理论分析结果与试验结果进行对比。对比结果表明,非线性有限元分析得出荷载-位移曲线与试验结果吻合较好,矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点均具有良好的耗能能力。     

模块化装配式钢结构梁柱节点极限承载力分析与抗震性能研究

利用ABAQUS大型有限元结构分析软件对模块化装配式高层钢结构中3种常见的焊接、栓接、栓焊混合连接节点进行非线性分析,得到3种节点的破坏机理、极限承载力以及单调循环荷载下的耗能能力。结果表明:焊接节点极限承载力最高,但塑性变形主要集中在节点域,没有实现"强节点弱构件";栓接节点在单调循环荷载作用下接触面容易滑移;栓焊混合节点中两片梁段的刚度不同会导致整个桁架梁段的平面外失稳,进而影响节点的极限承载力,并对3种典型装配式钢结构节点的设计提出一些建议。     

冷弯方钢管柱-H型钢梁外伸端板单向螺栓连接节点性能试验研究

为研究冷弯方钢管柱-H型钢梁外伸端板单向螺栓(hollo-boh)连接节点的静力性能,对3个足尺寸的边柱节点进行了静力加载试验,试验研究参数为端板厚度和柱壁厚度.通过分析试验现象得到了不同端板厚度、柱壁厚度下单向螺栓连接节点的静力性能及破坏机理等,绘制了弯矩-转角曲线,对节点核心区各组件的应力-应变曲线进行了详细的分析...     

Experimental study on seismic behavior of angle connection joints for concrete-filled square steel tubular column to steel beam

为了研究地震作用下方钢管混凝土柱-钢梁角钢连接节点的受力性能,设计了3个梁柱节点试件并对其进行低周往复循环荷载试验,分析了角钢短肢长肢比和角钢厚度对试件的刚度、承载力、耗能能力、延性性能及节点域剪切变形的影响。试验结果表明：角钢连接的塑性铰出现在角钢与柱壁相接触部位,往复荷载下最终破坏形态为角钢与柱壁焊接部位出现角钢撕裂现象,通过增加角钢短肢长肢比和增加角钢厚度可以将塑性铰外移,使角钢与柱壁相接触部位的撕裂程度减轻,从而有效保护节点核心区。增加角钢的厚度对节点的初始刚度及承载力影响明显,随着角钢厚度的增加,节点的初始刚度和承载力随之增加;增加角钢短肢长肢比能够提高节点的耗能能力和刚度。该节点具有较高的承载力、刚度及较大的变形能力,符合抗震设计理念。     

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。     

混凝土异形柱-钢梁装配式节点受剪性能试验研究

为研究混凝土异形柱-钢梁装配式框架节点核心区的受剪性能,按照预制混凝土异形柱中预埋钢牛腿节点未加强、增配X形筋、增配X形钢板三种方式,分别制作3个预制混凝土异形柱-钢梁节点试件进行拟静力试验,得到其破坏特征、承载力、滞回曲线、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标。由节点剪切变形、节点区钢筋应变、钢板应变测量结果,分析了不同牛腿加设方式对节点核心区受力性能的影响。结果表明：试件位移延性系数在3.22~5.94之间,破坏时位移角都超过1/50,抗震性能良好;牛腿内侧加设的X形钢筋与X形钢板均与节点核心区混凝土协同受力,可有效提高节点核心区受剪承载力。采用有限元软件ABAQUS对采用X形钢板增强的试件进行了数值模拟和参数分析,依据试验分析结果,推导出X形钢板增强的预制异形柱-钢梁混合装配式框架节点核心区受剪承载力计算公式,计算结果与试验实测值和有限元模拟值吻合较好。     

钢骨混凝土十字形柱-钢梁连接节点的数值分析

蜂窝状钢骨混凝土异形柱框架体系是一种很适合于当今钢结构住宅建筑的新型结构体系,其梁柱节点是这一结构体系的关键部位之一。为了探讨蜂窝状钢骨混凝土十字形柱-钢梁连接节点的受力性能与变形特性,文章运用ANSYS有限元分析软件,分析轴压比、配箍率、混凝土强度、型钢强度、节点域型钢腹板高厚比、钢骨腹板开孔至节点域横向加劲肋间的距离等主要参数对节点承载力的影响及其规律,并给出了该类节点承载力计算公式中相应参数的合理取值与设计建议,可为后续研究和工程应用提供参考。     

钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁外加强环节点抗震性能试验研究

针对实际工程设计中的钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁外加强环节点,对其进行抗震性能试验研究。以3个不同外加强环形式的平面中节点的低周反复荷载试验为基础,结合有限元分析,对节点的承载力、刚度、延性、耗能能力、变形性能以及外加强环的应变分布规律进行分析。研究结果表明：不同外加强环形式的试件在梁端往复荷载作用下的破坏过程和破坏模式基本一致,试件的整体滞回性能和承载力、刚度退化规律也很相近,外加强环应变分布规律基本相同,均具有良好的承载力、延性及耗能能力。基于研究结果,对采用外加强环的钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点的构造措施提出了建议。