蜂窝式钢框架结构抗震性能试验研究

该文通过低周反复荷载试验对蜂窝式钢框架抗震性能进行研究。分析其在地震作用下的受力过程、破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性等抗震性能。分析结果表明:蜂窝框架在地震作用下有较好的抗震能力,结构的破坏特征主要体现在蜂窝梁上;通过腹板开孔削弱可以控制梁端塑性铰形成位置,使得最大塑性区移至梁腹板削弱处,减小了梁柱连接处的转角,能有效的避免梁柱连接焊缝的脆性断裂,提高了钢框架结构的延性。     

钢框架梁翼缘削弱型节点力学性能的试验研究

梁翼缘削弱的梁柱刚性连接是将塑性铰外移的一种典型节点形式。为研究这种连接形式在循环荷载作用下的滞回性能,共进行了6个模型的拟静力加载试验,其中5个模型用于研究梁翼缘的削弱深度、削弱长度、削弱起始位置对节点连接的破坏形态、极限荷载、最大塑性转角、延性性能的影响。作为比较,还进行了一个传统型梁柱全焊接刚性模型连接的试验。试验结果表明:梁翼缘削弱节点比传统梁柱刚性连接具有良好的塑性变形能力和耗能性能,试验中5个节点的塑性转角都大于0.04rad,延性系数大于4.0,达到了抗弯钢框架连接塑性转角不小于0.03rad,延性系数不小于4.0的要求。而普通梁柱全焊接刚性连接的塑性转角仅达到0.026rad,延性系数仅为2.4。5个试件的破坏主要以翼缘削弱处平面外刚度较弱而导致梁发生扭转失稳或梁下翼缘与柱连接的对接焊缝的脆性断裂为主。研究结果表明:将梁翼缘进行适当的削弱后形成的骨型节点可以增加梁柱节点的耗能性能,是一种较为理想的延性节点。     

冷弯薄壁方钢管梁柱加腋节点抗震性能研究

摘要：汶川地震后冷弯薄壁方钢管在灾区重建过程中得到了大量使用,但其梁柱节点的连接方式和力学性能等尚需进一步研究。为此,文中基于结构实际受力情况设计了一种三维双节点试验模型,对不同轴压比下冷弯薄壁方钢管梁柱加腋节点和普通节点的8个试件进行了足尺试验,通过对比分析研究了低周往复荷载作用下加腋节点的破坏模式、滞回曲线及评价节点抗震性能的主要参数（承载力、延性、刚度退化和能量耗散系数等）。同时,利用ANSYS对各节点进行了有限元数值计算,并与试验结果进行了对比分析进一步对加腋节点进行了研究。结果表明：试验与有限元数值计算结果吻合良好,验证了理论分析的正确性;加劲腋板提高了节点的初始刚度和承载力,钢管梁的弹塑性性能得到了充分发挥,不同轴压比下均出现了塑性铰,导致加腋节点各试件的最终破坏均是由钢管梁塑性变形过大出现局部屈曲引起;加劲腋板提高了节点的延性系数及往复变形次数,延长了变形时间,增大了节点的粘滞阻尼和耗能性性能,改善了节点的抗震性能;随轴压比增加,加腋节点塑性变形减小,脆性破坏特征增加,各耗能系数均相应降低。     

防屈曲支撑-RC框架新型开孔钢板剪力键连接节点抗震性能研究

防屈曲支撑(BRB)作为一种优良的耗能构件,广泛应用于工程结构。在钢筋混凝土(RC)框架结构中布置防屈曲支撑时,支撑与梁柱节点的连接往往是结构抗震设计的重点和难点。传统的连接方式为节点板与梁柱混凝土中的预埋件焊接,再与BRB直接相连。然而,框架作用产生的开合效应和地震动引起的往复荷载容易使焊缝疲劳撕裂,从而导致节点连接破坏。为此,该文提出了开孔钢板剪力键(PBL)整体式连接节点,并将其应用于BRB-RC框架结构中。基于泛应力法,给出了节点板和PBL的设计方法。以此为基础,开展了BRB-RC框架结构的节点设计,进行了节点的有限元模拟和试验分析。研究结果表明:BRB与RC梁柱的连接节点承载力强,塑性铰转移到节点板边缘以实现损伤可控,BRB的承载-耗能性能得到了充分发挥;该新型节点连接形式安全、可靠,可显著提升结构的抗震性能。     

WCFT柱-钢梁节点抗震性能试验研究

提出了壁式钢管混凝土(WCFT)柱与钢梁连接的侧板式节点。为研究其抗震性能,设计了3个侧板式节点足尺试件进行拟静力试验,分析试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化和节点域应变。试验结果表明:3个节点试件的节点域均处于弹性阶段,满足侧板水平及竖向强度比的侧板式节点试件破坏形态为梁端塑性铰破坏,发生梁端塑性铰破坏的节点试件具有较好的变形和耗能能力;侧板水平或竖向强度比不足100%的侧板式节点试件呈现脆性破坏特征。在试验研究的基础上,结合梁端内力传导机制提出了侧板式节点在节点域外的三种破坏模式及相应判别公式,与试验结果基本吻合,从而为工程设计提供参考。     

梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能研究

采用试验和数值的方法对梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能进行了研究。试验结果表明:在设计水准下腹板开圆孔的钢框架仍能够满足现有规范的相关要求,结构性能并没有因为梁腹板开孔削弱而降低;在强震作用下,梁腹板削弱处率先形成空腹梁机制,结构通过梁的局部变形来耗散地震能量,形成所谓的"强柱弱梁,强节点弱构件"延性框架。该文以一栋在Northridge地震中梁柱节点遭受严重破坏的17层钢框架结构为算例,对腹板开圆孔的钢框架抗震性能进行了数值分析。分析结果表明:在原框架的梁腹板开设一定大小的圆孔后,并没有降低结构的刚度;在强震作用下,腹板开圆孔的钢框架形成了"强柱弱梁、强节点弱构件"的延性框架,最大塑性区移至梁腹板削弱处,最大限度的减小了梁柱连接处的转角,能有效的避免梁柱连接焊缝的脆性断裂,提高了钢框架结构的抗震性能。     

NES减震RC框架结构节点动力性能分析

为研究NES减震装置对钢筋混凝土框架结构节点抗震性能的影响,设计加工出一种NES新型减震器,进行了一个缩尺比为1∶4的五层钢筋混凝土框架结构模型振动台试验,对NES减震框架结构的1层和2层节点处钢筋应变、节点破坏模式、结构位移及结构自振频率在震害后的变化情况进行分析研究。试验结果表明:NES减震器可以有效降低钢筋混凝土梁柱纵筋箍筋应变以及减少结构的相对位移,减缓柱底和柱顶塑性铰的产生;节点处出现了梁端破坏和节点内剪切破坏,基本实现了框架“强柱弱梁”机制;NES减震器能够有效减少节点处混凝土的剪应力从而缓解节点混凝土的剪切破坏,整体结构最终破坏是由于柱底钢筋屈服,柱脚混凝土被压碎,与底板连接松动导致;设置NES减震器后结构自振频率下降速率降低,NES非线性减震器在降低结构地震响应,提高结构抗震能力、减轻结构震害损伤方面具有良好的控制效果。     

薄壁方钢管新型梁柱节点抗震性能试验研究

为减少薄壁方钢管梁柱连接施焊次数,避免焊接区域脆性恶化,满足“强柱弱梁”的抗震设计要求,提出了一种分散焊接的新型节点。利用往复加载试验对不同轴压比下两类节点的8个足尺试件进行研究。通过对比分析得到新型节点试件的破坏模式、滞回曲线及评价节点抗震性能的主要参数(承载力、延性、刚度退化和能量耗散系数等)。同时,利用非线性有限元模型对两类节点进行了模拟计算,并将计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:试验与有限元计算结果吻合良好;新型节点延性好,屈服平台长,弹塑性得到充分发挥,累计耗能能力强,能较好地吸收和耗散能量;轴压比对耗能能力及位移发展影响小;新型节点采用分散焊接的方式,提高了节点变形能力,降低了节点板件的脆性,破坏时以C钢腹板屈曲作为破坏准则,节点发生延性破坏,适合在高烈度抗震设防区使用。     

火灾下加劲肋对梁柱外伸端板连接性能的影响

为深入了解柱腹板加劲肋对外伸端板连接节点耐火性能及破坏模式的影响,采用非线性有限元法研究了加劲肋对外伸端板连接节点耐火性能及破坏模式的影响。结果表明:柱腹板加劲肋对节点的耐火极限及破坏模式影响很大。柱腹板不设加劲肋,柱腹板承拉及承压域内的塑性应变随温度升高不断增加,最终形成塑性铰,柱失稳;只设承压加劲肋时,柱腹板承拉区屈服,导致柱失稳,节点失效;设置承拉及承压加劲肋时,节点域内的塑性应变较小,破坏模式为端板承拉区形成塑性效线并与柱翼缘脱开,引发梁的大转动,导致梁承压下翼缘局部屈曲失稳及梁轴向温度内力减小。梁轴向温度内力的减小有助于柱及整体框架结构火灾下的稳定。     

装配式可更换耗能铰滞回性能试验研究

提出一种可恢复功能装配式节点,由可更换耗能铰、约束节点核心区、预制梁柱等组成。可更换耗能铰为人工塑性铰,其滞回性能是装配式节点抗震性能的关键影响因素。将可更换耗能铰设置在装配式节点的预制梁与节点核心区外伸梁端之间,对其进行低周往复荷载作用下的滞回性能试验。在该试验的基础上仅更换耗能铰中破坏的金属阻尼器,进行第二次试验。考察可更换耗能铰的破坏模态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、能量耗散能力等抗震性能。通过两次试验的对比分析,揭示可更换耗能铰抗震性能的可恢复能力。结果表明:可更换耗能铰弯矩-转角滞回曲线饱满,转动能力与耗能能力强,延性良好,强度退化不明显;可更换耗能铰实现了装配式节点的损伤、破坏集中在耗能铰上,耗能铰耗散的能量占装配式节点耗散总能量的70%以上;两次试验中可更换耗能铰的各项抗震性能基本一致,说明更换破坏的金属阻尼器后,耗能铰抗震性能基本可恢复。     

钢框架不同构造形式焊接节点抗震性能分析

研究节点的构造形式对于改善钢框架结构的延性、防止发生脆性破坏、提高结构的抗震能力有着重要的意义,为了系统全面地对比不同构造形式对于钢框架焊接节点抗震性能的影响以及构造形式对于节点在地震作用下的反应和破坏形态的改变作用,采用通用有限元软件ABAQUS 建立非线性有限元模型,结合国内外已有的钢框架焊接节点拟静力试验,验证了建立的有限元模型对模拟局部屈曲的准确性和适用性。通过建立九种不同构造形式的节点模型,与标准节点在承载力、刚度、滞回性能、退化特性、断裂倾向指数、破坏形态以及塑性铰位置等进行对比分析,深入探讨不同构造形式节点的受力性能,为工程应用提供重要依据。分析结果表明:剪切域强弱对于节点的破坏模式有较大影响;同时考虑抗震效果、建筑要求以及经济指标,削弱型节点并没有过多的削弱节点承载能力以及刚度,并且滞回性能稳定,“狗骨头”型节点存在侧向稳定性问题,而腹板开洞型节点无论是在滞回性能还是破坏形态方面都具有较好的表现。     

梁腹板开圆孔钢框架梁柱节点的性能研究

梁腹板开圆孔节点是根据地震作用下钢框架梁柱节点可能产生脆性破坏的现象而提出的一种新型削弱型节点,该节点兼备提高建筑净空的优点,并不增加施工难度。在梁腹板上开设孔洞,不会影响梁的整体稳定性,只会影响梁的局部稳定性,并且由于梁翼缘参与抗剪比重增大,其抗剪承载力也不会发生较大幅度的下降。对梁腹板开圆孔节点进行的有限元分析表明:在适当位置开设一定大小的圆孔,可以首先在梁削弱截面处会形成空腹梁机制(Vierendeel mechanism),迫使塑性铰出现在梁上削弱部位,远离梁根部节点焊缝区,并且节点承载力不发生显著下降。节点实验的结果与有限元分析相吻合,即梁柱连接焊缝的脆性断裂是传统节点的主要破坏形式,而削弱处形成的空腹梁机制是导致梁腹板开圆孔节点破坏的原因,如果开孔合适,腹板开孔节点的各项性能指标下降幅度很小(5%以内),但可确保塑性铰产生在梁上。根据梁腹板开圆孔节点不同的受力状态可以将梁段划分为三种区间,即格构式梁段、过渡段和实腹式梁段,如果腹板所开圆孔合适,过渡段会先形成空腹梁机制,并满足预期的设计目标。     

重组竹钢夹板螺栓连接承载力试验研究

螺栓连接因其制作简单、安全可靠和施工方便的优点在现代竹木结构建筑中应用广泛。为研究重组竹钢夹板螺栓连接力学性能,对12组试件进行单轴拉伸试验研究与分析,探讨了厚径比、间距、端距等因素对螺栓连接破坏形态及承载能力的影响规律。研究结果表明:当试件厚径比为5.0~5.7时,单螺栓连接和多螺栓连接破坏形态均表现为单铰屈服模式,当试件厚径比为8.0~10.0时,破坏形态均表现为双铰屈服模式;随着螺栓直径、端距和间距增加,螺栓连接承载力逐渐增加,单列螺栓布置的螺栓连接延性较好,而增加螺栓列数虽然可以提高螺栓连接初始刚度但延性变差;通过将螺栓连接试验结果与国内《木结构设计规范》、《木结构设计手册》和Eurocode 5计算公式计算结果对比分析,国内规范计算结果较为保守,Eurocode 5计算公式具有更好的适用性。     

矩形钢管混凝土柱-H形钢梁外顶板式节点抗震性能试验研究

针对钢结构住宅建筑中柱子宽度日趋减小的趋势,提出了柱内无隔板的矩形钢管混凝土柱-H形钢梁外顶板式节点。对7个新型节点试件进行拟静力试验,变化参数有钢梁截面、顶板厚度和顶板长边高度。试验主要研究了节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力、刚度退化、强度退化、延性和耗能能力等抗震性能。试验结果表明:外顶板式节点共有梁翼缘受拉破坏、梁翼缘与顶板连接焊缝破坏、顶板与柱连接处的柱壁破坏三种破坏模式。节点延性系数为2.17~3.67,等效粘滞阻尼系数在0.2~0.3之间,极限位移角平均值为1/49,节点抗震性能满足“强节点弱构件”要求。增大外顶板的厚度或长边高度可提高节点承载力,钢梁翼缘、翼缘和顶板连接焊缝或柱壁的过早开裂会降低节点延性和耗能能力。最后提出在验算柱壁和连接焊缝极限承载力时,节点连接系数应取1.4;另外可采取梁端翼缘加强或削弱措施,以保证外顶板式节点具有足够的塑性变形能力。     

基于节点刚度的钢框架梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

以钢框架中3种不同连接节点形式（栓焊连接、顶底角钢腹板双角钢连接和腹板双角钢连接）的两跨三柱型梁柱子结构为研究对象,通过对中柱施加静力荷载的大变形试验考察梁柱子结构在中柱失效连续倒塌条件下的破坏模式、力学形态和抗倒塌机理。结果表明:栓焊连接试件因梁柱节点处梁端受拉翼缘发生断裂而失效;顶底角钢腹板双角钢连接试件为梁柱相连的受拉角钢在螺栓孔处发生断裂,且因梁端腹板螺栓孔发生承压破坏而失效;腹板双角钢连接试件因腹板两侧角钢在螺栓孔处断裂而破坏。梁柱节点刚度对结构的抗倒塌性能影响较大,腹板双角钢连接试件主要通过悬链线机制提供抗力;而其他两类试件在加载前期主要通过梁机制提供抗力,进而转变由悬链线机制来抵抗外部荷载。其中,顶底角钢腹板双角钢连接试件在后期更能充分发展梁端节点转角和梁截面轴力,表现出更为富余的抗倒塌能力储备。     

17层钢框架在北岭地震下的破坏预测

为进一步研究累积损伤退化对钢框架整体抗震性能的影响,并将考虑损伤退化的等效本构模型应用到实际工程之中,选取在1994年北岭地震中受到严重破坏的17层钢框架进行分析。分别建立等效本构模型以及集中塑性铰模型,通过输入实际地震波进行动力时程分析,对结构变形、破坏模式以及破坏位置进行预测,探讨考虑损伤和不考虑损伤的模型计算结构地震响应的差异。分析结果表明:等效本构模型能够较为准确地预测钢框架在强烈地震作用下的变形和破坏特征,与实际情况较为吻合,对传统模型进行改进,提高计算精度。由于构件和节点损伤,整体结构的实际变形会明显大于不考虑损伤模型的计算结果,如果不考虑此影响,可能会引起设计安全隐患。