T型钢连接的钢框架梁柱节点在低周往复荷载作用下的抗震性能分析

采用ANSYS有限元软件对T型钢梁柱节点进行三维实体建模,并在此基础上利用非线性有限元方法研究不同节点在低周往复荷载作用下的滞回性能。结果表明：T型钢连接节点的滞回曲线稳定饱满,具有较为理想的抗震性能。T型钢翼缘厚度、是否设置加劲肋和螺栓竖向排列方式对节点抗震性能影响较大;柱腹板厚度、梁翼缘和腹板厚度对抗震性能影响较小,T型钢梁柱节点属于半刚性节点。     

腹板开孔处设置加劲肋的梁柱节点的抗震性能研究

为了探讨腹板开圆孔处设置加劲肋对梁柱节点及钢框架的抗震性能的影响,运用有限元软件ABAQUS对该类型节点进行关键参数的影响分析,并对不同节点形式的钢框架进行抗震性能对比研究。考虑的参数包括腹板开圆孔的直径D、圆孔中心距离柱翼缘表面的距离l、圆孔处加劲肋的厚度t及加劲肋的宽度b,共设计了4个系列16个节点模型,并进行循环荷载作用下的受力性能对比分析。结果表明,腹板开孔处设置加劲肋可以显著减小梁柱节点的塑性应变,并减小梁截面的屈曲变形,增大腹板开圆孔型节点的承载力;梁柱节点的承载力随着参数D的增大有所下降,随参数b或t的增大逐渐增大,参数l的影响很小;梁翼缘焊缝处的Mises等效应力水平随参数D的增大有所下降,随参数l或b或t的增大而有所增大;建议参数取值D=0. 80hbw,l=(0. 80～1. 00) hbw,b=0. 50bf,t=0. 50tw,其中hbw、bf、和tw分别为梁腹板高度、梁翼缘宽度及梁腹板厚度;改变节点形式对钢框架整体的滞回性能影响很小,相对传统节点及腹板开圆孔型节点而言,腹板开孔处设置加劲肋可以明显降低钢框架的Mises应力水平,且可以更好地保护梁柱节点域。     

腹板加劲H形截面框架梁塑性耗能区的抗震性能试验研究

针对腹板宽厚比较大的H形截面钢框架梁塑性耗能区延性较差的问题,提出在其腹板设置纵向加劲肋以改善抗震性能的方法,并进行试验验证。通过4个梁腹板设置纵向加劲肋和1个未设置纵向加劲肋的梁柱刚接节点试件的反复加载试验,对框架梁端塑性耗能区腹板设置纵向加劲肋前后的抗震性能进行对比研究。试验以梁腹板采用弹性设计截面的试件为基准,考察在腹板设置一道、两道纵向加劲肋后塑性耗能区抗震性能的改善程度;并与塑性设计截面腹板梁的试件、部分塑化截面腹板设一道纵向加劲肋的试件进行抗震性能的比对。试验结果表明：设置纵向加劲肋可显著提高H形截面框架梁塑性耗能区的抗震性能;梁端塑性耗能区翼缘宽厚比满足塑性设计截面的要求,腹板采用弹性设计截面的宽厚比,当设置一道或两道纵向加劲肋时,可达到不低于塑性设计截面或GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》二级抗震框架梁端耗能区的抗震性能要求;弹性设计截面腹板纵向加劲肋分隔的区格板件宽厚比与实腹梁腹板宽厚比相当时,抗震性能基本等价。     

装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架节点抗震性能试验研究

通过4个1/2比例装配式钢筋混凝土柱 钢梁框架节点低周往复荷载作用下的试验研究,分析了节点区加劲腹板厚度及开孔的影响,研究该新型节点连接构造的受力性能及装配式钢筋混凝土柱 钢梁框架单元的抗震性能。基于试验结果对试件的破坏特征、滞回性能及变形组成进行分析。研究结果表明：装配式钢筋混凝土柱 钢梁框架节点滞回曲线呈纺锤形,梁端塑性铰区充分耗散能量,具有良好的抗震性能;装配式螺栓连接钢筋混凝土柱 钢梁混合节点具有良好的连接质量;加劲腹板厚度的增加一定程度上减小了节点的剪切变形,加劲腹板开孔对节点受力性能影响不大;梁弯曲变形引起的层间侧移在强柱弱梁型钢筋混凝土柱-钢梁框架节点总侧移中所占比例最大,节点剪切变形所占比例较小。     

三种钢框架刚性节点滞回性能与造价对比

结合某一钢结构增层选用何种节点,本文提出了三种不同截面形式的节点,利用大型有限元软件ABAQUS对钢框架十字型刚性节点的滞回性能进行了数值分析,结果表明,轴压比为0.4～0.6时,节点承载力、耗能能力随着轴压比的增大而减小。钢框架十字型刚性节点钢梁截面形式为H型钢时,其滞回曲线、包络线饱满,节点抗震性能良好。最后对三种节点形式的整体工程造价进行了对比,最终选取H型钢柱-H型钢梁的刚性节点形式,可为同类增层工程提供参考。     

波折腹板钢梁柱半刚性外伸端板连接节点滞回性能研究

为研究波折腹板钢梁柱半刚性外伸端板连接节点的滞回性能,采用ANSYS有限元软件,对半刚性外伸端板连接节点施加循环荷载,得到其弯矩-转角滞回曲线,分析节点的受力特性和延性系数;分别调整梁腹板高度和厚度,分析其对弯矩-转角滞回曲线的影响。结果表明:随着荷载的增大,残余变形的累加,节点承载力和刚度逐渐降低,弯矩-转角滞回曲线由线性特征转变为非线性特征;梁腹板高度和梁腹板厚度对节点的延性系数和滞回性能影响显著。     

T型外补强箱型空间节点滞回性能研究

为研究T型外补强箱型梁柱空间节点的承载性能和变形能力,选取不同参数的箱型柱截面宽度、工字梁翼缘宽度,截面高度、T型加劲肋翼缘宽度及腹板长度进行工况设计和参数分析,采用ABAQUS有限元分析软件建立数值模型,在梁端施加低周往复荷载进行受力性能模拟分析。研究结果表明:T型外补强箱型梁柱空间节点的滞回曲线均为饱满的梭形;随着T型加劲肋翼缘宽度、腹板长度的增加,节点延性提高70%左右,对节点延性影响最大;整体试件延性系数μ>4. 0、等效黏滞阻尼比he>0. 2,均满足抗震要求;加大T型加劲肋翼缘宽度、腹板长度可以有效的提高箱型梁柱节点承载性能和变形能力。T型外补强箱型梁柱空间节点具有较好的延性、耗能能力及抗震性能,建议在多层钢结构工程中广泛应用。     

基于梁柱节点性能的钢-竹组合框架结构地震反应分析

为研究钢-竹组合框架中连接钢-竹组合柱和钢-竹组合梁的节点性能,通过拟静力试验得到不同参数下半刚性节点的弯矩与转角的多项式拟合关系,在此基础上建立了6榀2层钢-竹组合框架的数值模型,进行了地震作用下的有限元分析,探讨了节点对钢-竹组合结构抗震性能的影响。为充分考虑节点的半刚性特性,采用Combin39非线性弹簧单元模拟节点,研究了6榀框架在不同情况下的最大水平位移与最大基底剪力、水平位移与基底剪力时程曲线和滞回曲线等指标。结果表明:钢-竹组合框架滞回曲线饱满,抗震性能突出,提高节点处螺拴的强度和设置加劲肋对提高钢-竹组合框架的抗震性能有明显效果,节点的构建因素对框架的抗震性能有显著影响。     

钢网格结构节点抗震性能试验

为了研究钢网格结构体系空腹夹层板与柱相交节点的抗震性能,设计制作了5个边柱纯钢节点,进行低周反复荷载试验,比较和分析节点的试验现象、破坏模式、承载能力、滞回曲线、延性和耗能性能。试验结果表明:钢网格结构体系空腹夹层板与柱相交节点具有良好的抗震性能;弱轴节点相对于强轴节点,其承载力、刚度和耗能性能均有一定程度的弱化,但仍具有良好的抗震性能;上下弦间加劲肋提高了节点的抗震性能,特别是在弱轴方向节点上;由于上下弦直接焊接在柱腹板上,加劲肋使上下弦能更好的共同工作,抗震性能提高更加明显,同时加劲肋宽度增加可以达到控制应力集中和塑性铰位置的目的。     

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。     

侧边开洞 斜向槽钢加劲钢板剪力墙 结构抗震性能试验研究

为研究开洞形式及槽钢加劲肋对钢板剪力墙抗震性能的影响，对2个1/3缩尺的单跨双层侧边开洞-斜向槽钢加劲钢板剪力墙进行了低周往复荷载试验，得到了双侧开洞 交叉加劲钢板剪力墙和单侧开洞-多道斜向槽钢加劲钢板剪力墙的荷载-位移曲线、破坏特征、骨架曲线等，分析了两种钢板墙的承载能力、延性、退化特性以及耗能能力等性能。通过分析框架梁的受力情况，给出了考虑加劲肋作用的开洞处梁腹板最小厚度计算公式。试验结果表明，两种形式的槽钢加劲钢板剪力墙均有良好的抗震性能。双侧开洞 交叉加劲钢板剪力墙试件的滞回环饱满呈梭形；单侧开洞-多道斜向槽钢加劲钢板剪力墙试件在加载前期滞回曲线有“捏缩”现象，耗能梁段形成后“捏缩”现象消失。槽钢加劲肋能有效限制内填钢板的屈曲变形，加载过程中未发生扭转，避免加劲肋破坏导致加劲效果失效。双侧开洞 交叉加劲钢板剪力墙试件受槽钢加劲肋作用，中梁开洞处梁腹板承受剪力增大约30%。建议在开洞处梁腹板合理布置加劲肋，避免框架梁过早屈服影响整体结构性能的发挥。     

方钢管柱-H型钢梁节点抗震性能数值分析

为研究单向螺栓连接的冷弯方钢管柱-H型钢梁节点的抗震性能,采用ABAQUS对柱壁厚度、端板厚度、加劲肋厚度进行参数化分析,得到节点的滞回曲线、骨架曲线、延性系数和节点刚度退化曲线。研究结果表明,这类节点延性较好;增加柱壁厚度、端板厚度可提升节点承载力;增加加劲肋厚度,对提升承载力作用微小;并给出节点的设计建议。     

双拼梁与柱节点受力性能的有限元分析

为研究双拼梁与柱节点的受力性能,采用有限元分析软件ABAQUS建立3组共10个试件模型,分析双拼梁螺栓端距、双拼梁加劲肋布置方式及双拼梁间隙大小等参数对节点破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力的影响。分析结果表明:双拼梁螺栓端距变化对节点塑性铰位置影响较大,对滞回曲线、骨架曲线、耗能能力影响较小,建议设计时双拼梁螺栓端距取1. 0～1. 25倍的梁截面高度;在梁上距离柱1/4梁截面高度处设置一道加劲肋可以有效提高节点承载力、滞回性能和耗能能力,并能使梁高应力区段得到加强,迫使节点塑性铰外移;双拼梁之间存在间隙虽能提高节点承载力,但节点耗能能力会下降较多,且间隙过大时易出现双拼梁失稳,应避免双拼梁之间存在间隙。     

多层钢框架半刚性端板连接的循环荷载试验研究

为研究多层钢框架半刚性梁柱端板连接的抗震性能,对8个不同构造端板连接足尺试件进行了循环荷载试验研究, 分析了端板厚度、螺栓直径、端板外伸加劲肋、柱腹板加劲肋、平齐式和外伸式等因素对节点承载力、转动刚度、极限转动 能力、耗能能力、延性和极限破坏状态的影响。试验结果表明,半刚性梁柱端板连接具有良好的延性和耗能能力,可以应用 于多层抗震钢框架中。根据试验结果及相关分析,提出了多层抗震钢框架中端板连接的标准构造为:两端外伸,设置柱腹 板加劲肋和三角形端板加劲肋,柱翼缘在端板外伸边缘上下各100mm范围内局部加厚,厚度与端板厚度相同。对提高端 板连接节点的抗震性能提出了宜采用大直径螺栓、中等厚度端板的设计建议。本文还在"强节点,弱构件"抗震设计一般原 则的基础上提出了"强连接,弱板件"的端板连接抗震设计概念。     

钢-竹组合框架结构拟静力试验研究

为研究钢-竹组合框架结构抗震性能,以节点处是否设置加劲肋为控制参数制作了两榀单跨两层钢-竹组合框架,通过拟静力试验探讨钢-竹组合框架结构的破坏机理、滞回特性、延性性能、节点域剪切变形性能等,并将两榀框架的试验结果进行对比和分析。结果表明:钢-竹组合框架结构的破坏是由于框架节点域受到较大的剪切变形使得框架柱的竹胶板和槽钢产生脱胶,导致框架柱失去承载力而发生破坏,节点处设置加劲肋的框架其整体性能要优于节点处未设置加劲肋的框架,更加符合节点半刚性的设计要求。钢-竹组合框架结构具有良好的抗震性能,能够满足抗震的基本要求,应在今后的研究中不断改进设计,充分发挥其作为新型组合结构的优越性。     

双槽钢组合截面悬臂构件在往复弯曲下滞回性能研究

为研究双槽钢组合截面悬臂构件的滞回性能,建立了8个双槽钢组合截面悬臂构件在往复弯曲作用下的有限元模型。通过改变填板间距、侧向支撑间距、腹板高厚比和设置加劲肋等参数,得到不同参数下模型的滞回曲线、骨架曲线、各阶段的弯矩和转角值及抗震性能指标,分析了模型的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等力学性能。结果表明:双槽钢组合截面悬臂构件有良好的滞回性能;填板间距的减小,可以有效防止单肢槽钢的弯扭失稳;腹板高厚比减小,可提高模型的承载力和初始刚度;设置加劲肋可限制腹板和翼缘的局部屈曲,提高了模型的耗能能力和刚度。     

L形钢管混凝土柱-H型钢梁Z字形拼接节点抗震性能研究

研究了一种L形钢管混凝土柱-H型钢梁Z字形拼接节点的抗震性能,包括翼缘和腹板均拼接的节点和设置上、下部翼缘加劲肋替代腹板处拼接板的节点.通过对节点的拟静力试验和研究,获得了节点的滞回曲线、滑移荷载、屈服荷载、极限荷载、耗能能力、延性与刚度退化规律,分析腹板处拼接板和翼缘加劲肋对节点抗震性能的影响.研究结果表明:腹板处拼接板可以提高节点的屈服荷载和极限荷载.增加翼缘高强螺栓数量可以提高节点的滑移荷载,但会降低节点的延性性能.垂直加劲肋可以提高节点的屈服荷载、极限荷载和延性.对比有无上、下翼缘加劲肋的两组节点可知,上、下翼缘加劲肋可以提高节点的承载能力,有效传递拼接区的剪力,可代替腹板连接,该节点具有良好的延性和塑性转动能力.     

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。     

钢-竹组合框架结构抗震性能有限元分析

钢-竹组合框架由组合柱和组合梁通过节点连接而成,通过6个钢-竹组合节点的拟静力试验,揭示了钢-竹组合节点的刚度变化规律。在此基础上,根据M-θ关系试验曲线拟合节点的M-θ多项式,用非线性弹簧单元模拟节点并建立6榀钢-竹组合框架的有限元模型,并对其进行反复荷载作用下的抗震性能分析,以探讨节点对组合框架的抗震性能影响,得到6榀框架的骨架曲线、刚度退化曲线和滞回曲线。研究结果表明:构件节点的因素对钢-竹组合框架的抗震性能有重要影响,节点处螺栓强度的提高及加劲肋的设置对框架结构抗震性能的提高有显著效果,钢-竹组合框架结构具有良好的抗震性能。     

梁柱角钢连接的滞回性能分析

利用ANSYS软件建立三维有限元模型,通过非线性分析研究角钢连接的滞回性能和抗震性能。在分析过程中分别考虑角钢厚度、加劲肋厚度以及螺栓间距对节点的影响,并得出各种影响因素对应弯矩-转角曲线,通过曲线的比较确定其对滞回性能的影响。最后分析得到:角钢厚度的增大可以较大提高连接的承载力和初始刚度;螺栓间距的减小对连接承载力和初始刚度影响较大;加劲肋厚度的变化对连接性能的影响较小。