方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点非线性有限元分析

对方钢管混凝土柱钢梁竖向加劲肋式节点建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型，模拟分析了单调加载下节点的受力性能，较为精确地分析了节点区应力分布．结果表明：由有限元模型所得的位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线相符，由有限元模型所得的应变分布和发展规律与试验结果一致；竖向加劲肋式节点的梁端弯矩一部分通过竖向加劲肋传递给柱钢管腹板和核心混凝土，另一部分梁端弯矩由梁端翼缘直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土；节点的破坏模式为梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰，最终梁受压翼缘出现严重的局部屈曲，而柱钢管和竖向加劲肋均在弹性范围内工作，很好地实现了强柱弱梁、强节点弱构件的抗震原则；节点核心区混凝土性能符合斜压杆受力机制．     

外伸端板连接端板加劲肋设计及有限元研究

目的 为解决工程中使用的端板加劲肋设计不合理的问题．方法 从两方面推导和归纳了端板外伸加劲肋的强度设计公式：避免梁翼缘、加劲肋和端板之间应力传递不均；保证梁翼缘内外侧螺栓拉力的均衡．并考虑了三角形加劲肋较矩形板的折减．应用有限元软件ANSYS研究了节点弯矩转角曲线、螺栓拉力变化及梁翼缘内外侧螺栓拉力分配系数．结果 研究表明：工程中常用的端板加劲肋强度和刚度均较低，会过早屈服和屈曲；应用笔者设计的端板加劲肋能够有效提高节点抗弯力臂，延缓梁受压翼缘屈曲，将梁内塑性铰转移到加劲肋尾部．结论 ANSYS计算结果表明。端板加劲肋设计公式设计出的加劲肋较工程中常用的加劲肋能起到更好地加劲作用；并且该设计公式简单实用．     

钢框架十字型刚性节点滞回性能分析与设计

为研究钢框架十字型刚性节点构件的滞回性能,以轴压比、H型钢柱腹板厚度、钢梁截面形式及加劲肋为参数,设计8组钢框架十字型刚性节点和1组T型刚性节点;基于简化的力学模型和材料的本构关系,利用ABAQUS软件建立有限元模型,分析节点试件的滞回性能;通过与已有的T型刚性节点试验结果对比,两者吻合较好,验证有限元模型的合理性.开展十字型节点仿真分析,提取节点荷载—位移滞回曲线、包络图、骨架曲线和应力云图,获得柱轴压比、H型钢柱腹板厚度、钢梁截面形式及加劲肋对该类节点抗震性能的影响规律,并对轴压比、柱腹板与翼缘厚度比提出设计建议.结果表明:柱轴压比设计限值建议取为0.5,柱腹板与翼缘厚度比设计限值建议取为0.75.当截面形式为H型钢时,十字型刚性节点的抗震性能良好,并且优于截面形式为钢管的,节点域设置横向加劲肋可有效提高节点的抗震性能.     

T 型钢半刚性连接节点的非线性性能分析

用ANSYS 有限元程序对T 型钢半刚性连接节点的非线性性能进行了分析, 将其计算结果 与试验结果做了比较, 两者吻合较好.通过对11 个系列共28 个T 型钢连接试件的有限元分析, 探 讨了各类组件对节点性能的影响.结果表明:T 型钢翼缘厚度及柱翼缘厚度对节点性能的影响很 大, 且柱腹板的抗剪能力对此有较大影响;柱腹板水平加劲肋、柱腹板厚度及柱截面高度对节点性 能有一定影响;增大梁截面高度, 能够显著提高节点的承载力和初始刚度;T 型钢腹板厚度、螺栓的 直径及排列间距对节点的性能影响较小.T 型钢连接梁柱节点属于半刚性连接节点, 建议设计中应 考虑其不利影响.     

螺栓端板连接中柱翼缘和腹板加强方法

为加强梁柱端板螺栓连接部位的柱翼缘和柱腹板,采用有限元法对梁柱端板螺栓连接部位进行了细致分析,提出了柱翼缘贴板,贴板与柱翼缘焊接的方法,给出了贴板厚度的计算公式;且贴板可以很好的消除螺栓周围柱翼缘的弯曲冲切变形,达到与加厚节点区柱翼缘同样的效果.设计了柱腹板"Morris"加劲肋能够同斜向对角加劲肋一样,大幅度减小节点域剪切变形,且不影响螺栓的排列.柱翼缘加贴板可以取代加厚节点区柱翼缘,节点域柱腹板可采用"Morris"加劲肋加强.     

门式刚架转角节点域受力性能的试验

目的 解决门式刚架节点域设计中存在的问题,为工程施工提供借鉴.方法 通过在门式刚架转角处节点域设置斜向加劲肋,与无斜向加劲肋的试件进行对比,研究其受力性能.结果 对比荷载位移曲线,当转角外缘受压时,节点域内设置斜向加劲肋的构件承载力最高,比没有设置斜加劲肋的节点域承载力提高了约60%.结论 在门式刚架节点域中设置斜向加劲肋,可以提高试件的承载力.当工程中门式刚架转角节点处,梁、柱处于正弯矩作用即转角节点域外翼缘受压时,建议架设斜加劲肋以防止结构失稳.     

钢结构箱形柱与工字梁刚性节点有限元分析

通过利用ANSYS对钢结构箱形柱与工字梁刚性节点进行有限元分析,研究钢框架结构在水平荷载的作用下,箱形柱与工字梁节点域的受力性能和隔板对节点刚度和强度的影响.根据对节点的有限元和理论分析,归纳出考虑隔板刚度和强度的节点变形公式,并且分析了梁截面宽度对隔板破坏模式的影响.研究结果表明:当梁翼缘较窄时,隔板的受拉区或受压区首先屈服;当梁翼缘较宽时,隔板首先受剪屈服.     

外伸端板加劲肋对连接性能的影响

为考察外伸端板连接中不同端板加劲肋对节点性能的影响,采用接触问题的弹塑性大变形有限元分析方法,研究了钢梁柱外伸端板连接中不同长度和厚度的外伸加劲肋对节点刚度、承载力的影响,考察了端板变形和连接面受拉侧间隙的变化。研究发现,与梁腹板等厚的等边加劲肋会过早地拉剪屈服,受压侧加劲肋则过早屈服和屈曲。斜角为63.4°,加厚的加劲肋能增大节点的抗弯力臂,减小螺栓拉力,延迟梁受压翼缘的局部屈曲,并能够将梁端塑性铰移向加劲肋的尾部,从而明显提高端板连接节点的强度和刚度。     

外伸端板加劲肋设计及初始转动刚度模型

针对外伸端板连接中,端板加劲肋设计无规可循的问题,从翼缘内外螺栓均匀受力的要求出发,考虑加劲肋传递拉力的有效性,在要求加劲节点和端板厚为2^1/2倍的未加劲节点刚度相等的原则下确定了翼缘和加劲肋传递拉力的合理比例,最后导出了对端板外伸加劲肋的设计要求.基于等效梁理论和刚度组件法,提出了端板外伸连接节点初始转动刚度的计算公式,与ANSYS结果和相关试验结果的比较表明,初始刚度公式精度良好,并且计算过程简单易行,有望在工程中得到应用.     

不同构造端板连接中高强度螺栓受力特性研究

通过4个不同构造钢结构梁柱端板连接试件在单调荷载下的破坏试验,研究了不同构造端板连接中高强度螺栓的受力特性,给出了螺栓拉力一荷载、螺栓弯矩一荷载变化曲线以及螺栓拉力分布状态,研究了节点形式、端板加劲肋、节点域柱腹板加劲肋等因素对螺栓受力特性的影响．试验结果表明：受拉区螺栓同时承受拉力和弯矩、端板加劲肋和柱腹板加劲肋对螺栓拉力发展变化和分布状况影响较大;不同的节点计算模型适用于不同的节点构造．     

腹板连接节点焊缝应力强度因子的参数分析

为定量的确定荷载作用下钢框架结构延长翼缘连接板梁柱腹板连接节点焊缝应力强度因子的大小,采用断裂力学与有限元积分相结合的方法,研究腹板连接节点的断裂性能.判断延长翼缘连接板腹板连接节点焊缝开裂的依据是Ⅰ型应力强度因子,应力强度因子可以通过有限元计算J积分的方法求得.通过有限元计算分析了初始裂纹深度、梁截面尺寸、柱截面尺寸和梁柱长度对延长翼缘连接板腹板连接节点焊缝应力强度因子的影响.采用正交设计法进行研究方案设计,根据有限元分析结果归纳出应力强度因子计算公式.研究结果表明：延长翼缘连接板腹板连接节点梁下翼缘焊缝比上翼缘更容易开裂,应力强度因子随梁截面参数的增大而增大,随柱截面参数的增大而减小.     

加劲肋对外伸端板连接火灾下破坏模式的影响

为研究外伸端板连接节点火灾下的破坏模式及承压加劲肋厚度对节点耐火性能及柱稳定性的影响,研究了热力耦合作用下节点的响应.采用钢结构设计理论和非线性有限元分析方法研究了节点火灾下的破坏模式、承压加劲肋的失稳及加劲肋厚度对节点耐火性能及柱稳定性的影响.结果表明:火灾下节点的破坏模式为:首先在端板和柱翼缘承拉区发生弯曲大变形,之后承压部分局部失稳并最终导致节点丧失承载力;承压加劲肋厚度对节点耐火性能有较大影响,火灾下加劲肋受到不断加大的热应力作用,但其临界应力随材料刚度退化而不断降低,较薄的承压加劲肋易发生失稳并引发柱腹板局部屈曲导致节点失效.适当增加承压加劲肋厚度可防止加劲肋的屈曲并有利于柱火灾下的稳定.     

楔形翼缘连接板腹板连接节点断裂性能

为定量确定采用楔形翼缘连接板的钢框架结构梁柱腹板连接节点焊缝应力强度因子与初始缺陷深度之间的函数关系,采用断裂力学与有限元分析相结合的方法.判断焊缝开裂的依据是一型应力强度因子,应力强度因子通过J积分的方法求得.通过有限元计算研究初始裂缝深度、梁截面尺寸、柱截面尺寸、梁柱长度和翼缘连接板伸出柱边缘的长度对腹板连接节点焊缝应力强度因子的影响.采用正交设计法进行研究方案设计,根据参数分析结果归纳出应力强度因子计算公式.结果表明,梁下翼缘焊缝比上翼缘更容易开裂,采用楔形翼缘连接板可以明显改善焊缝边缘的断裂性能,应力强度因子与梁截面参数是增函数关系,与柱截面参数是减函数关系.     

腹板加劲肋对空翼缘梁LHFB承载能力的影响

为改善空翼缘梁LHFB的受力性能,对LHFB设置了横向加劲肋.考虑几何非线性与材料非线性的影响,利用有限元软件ANSYS计算其在3种不同荷载作用下的承载力.研究加劲肋厚度、连接形式、加劲肋数量、端部加劲肋对LHFB承载力的影响.分析结果表明,对LHFB设置横向加劲肋,能有效的抑制空翼缘梁LHFB畸变屈曲的发生,提高构件的承载力.建议对LHFB加设横向加劲肋时,加劲肋厚度按bs/15选取,并且与翼缘和腹板全部焊接.在纯弯状态和均布荷载作用下沿梁长均匀布置两道加劲肋,在跨中集中力作用下在跨中位置布置一道加劲肋.     

钢结构栓焊节点火灾行为的试验研究

对两个足尺钢结构栓焊节点的火灾行为进行了试验研究,通过对该类型节点在火灾下的破坏现象和破坏特征的观察分析,得出了栓焊节点在火灾下的破坏规律:接焊缝是抗火的薄弱环节,节点区域柱子的翼缘发生屈曲使节点在火灾下发生较大转角,从而为节点的抗火设计提供依据。     

腹板双角钢梁柱连接的滞回性能

为了研究腹板双角钢梁柱连接的滞回性能,在考虑材料、几何和接触状态非线性基础上,采用三维实体单元对腹板双角钢梁柱连接进行了循环加载有限元模拟.系统研究了角钢厚度、角钢长度、与柱连接角钢肢螺栓中心线到与梁连接角钢肢背距离以及高强螺栓直径和级别等参数对连接承载能力和滞回性能的影响.有限元分析结果表明:大部分连接在循环荷载作用下表现出良好的延性,转角超过0.04 rad,抗弯强度不大,可作为铰接节点;少部分连接具有相当的抗弯能力,在结构分析中,须考虑节点抗弯强度对框架性能的影响,不能简单作为铰接处理.建议在设计时,螺栓的线距在满足构造要求同时,取最大线距值;连接在满足抗剪要求的前提下,螺栓中距和端距应取最小构造间距,以保证角钢长度取值较小.     

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。