工字形钢梁-矩形钢管柱单向螺栓节点抗弯承载力理论计算方法

针对工字形纯钢梁和钢-混凝土组合梁分别与矩形钢管柱和矩形钢管混凝土柱采用单向螺栓(也称单边拧紧螺栓)连接形成的4种节点形式,对其在弯矩作用下的受力机理及破坏模式进行分析,讨论导致节点失效的因素。总结节点在弯矩作用下的9种失效模式,包括：单向螺栓拉断、端板受弯屈服、矩形钢管柱壁翼板受拉屈服、矩形钢管柱壁翼板受压屈服、矩形钢管柱壁腹板受压屈曲、混凝土楼板局部压溃、钢筋屈服、矩形钢管柱内混凝土局部压溃、矩形钢管柱壁腹板受压屈服,进而基于破坏模式给出节点各组件承载力的计算公式。对4种节点在不同破坏模式下的正弯矩承载力和负弯矩承载力进行分析,给出节点承载力计算公式。将节点抗弯承载力的理论计算结果与试验结果进行对比,验证理论计算方法的可靠性。     

H型钢梁与钢管柱平齐端板单向螺栓节点设计

根据《矩形钢管构件自锁式单向高强螺栓连接设计规程》(报批稿)设计了重庆优顺标准厂房矩形钢管柱与H型钢梁平齐式端板单向螺栓节点,验算了各部件抗剪承载力,依据端板破坏原则验算了端板及柱壁厚度,保证了节点的抗弯承载力。计算了节点转动刚度,保证其能承受一定的偶然弯矩或次弯矩。节点ABAQUS模型的有限元与理论计算结果对比表明,对于交错排布的节点,理论结果偏于保守;其他节点的理论结果与有限元结果吻合较好,证明了理论计算方法的正确性。     

钢管柱-钢梁螺纹锚固单边螺栓端板连接受力性能

在钢管柱柱壁和内置H形钢翼缘上设置带有螺纹的螺栓孔,来替代传统梁柱端板连接中高强螺栓的螺母.将高强螺栓直接拧紧在螺纹孔上,可实现钢管柱-钢梁节点的单边连接,简化安装过程.采用有限元方法研究了带有内置H形钢的螺纹锚固单边螺栓端板连接钢管柱-钢梁节点的破坏模式和承载力,并分析了钢管柱柱壁厚度、内置加强H形钢翼缘厚度和高强螺...     

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...     

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。     

Yield line theory based loading capacity analytical model of bolted endplate connections to square hollow section columns

为研究螺栓端板连接方钢管柱的承载力,进行了11个连接件的单调静力试验,分析了钢管和螺栓的3种典型破坏模式,以及钢管管壁厚度、螺栓列距与直径、盲孔螺栓Hollo-bolt构造等因素对连接件承载力的影响,提出了预测该类连接承载力的改进屈服线计算模型。研究结果表明：螺栓端板连接方钢管柱的破坏模式与钢管管壁厚度以及螺栓列距相关,承载力随钢管厚度以及螺栓列距和直径的增大而增大;通过连接件整体位移和钢管管壁连接面竖向位移与荷载关系,按双线性屈服模型得出的承载力预测值与试验值相近;由连接件试验结果折算得到的预测结果可用于此类节点的屈服弯矩计算。基于屈服线理论建立的连接件承载力的计算模型的计算结果,与试验结果比较,二者吻合较好。     

基于屈服线理论的螺栓端板连接方钢管柱承载力计算模型研究

为研究螺栓端板连接方钢管柱的承载力,进行了11个连接件的单调静力试验,分析了钢管和螺栓的3种典型破坏模式,以及钢管管壁厚度、螺栓列距与直径、盲孔螺栓Hollo-bolt构造等因素对连接件承载力的影响,提出了预测该类连接承载力的改进屈服线计算模型。研究结果表明:螺栓端板连接方钢管柱的破坏模式与钢管管壁厚度以及螺栓列距相关,承载力随钢管厚度以及螺栓列距和直径的增大而增大;通过连接件整体位移和钢管管壁连接面竖向位移与荷载关系,按双线性屈服模型得出的承载力预测值与试验值相近;由连接件试验结果折算得到的预测结果可用于此类节点的屈服弯矩计算。基于屈服线理论建立的连接件承载力的计算模型的计算结果,与试验结果比较,二者吻合较好。     

装配式钢结构H形钢梁-钢管柱连接节点的力学性能研究

为进一步研究装配式钢结构H形钢梁-钢管柱连接节点的力学性能,以装配式钢管柱-组合螺栓连接节点试件为研究对象,利用ANSYS有限元软件对其进行了低周往复荷载作用下的抗震性能数值模拟分析。基于数据的整理和对比,分析节点试件的破坏模式、耗能能力、承载力、延性、刚度退化等力学性能。研究结果表明:由于对穿螺栓具有将钢梁上、下翼缘轴力直传至钢管柱对面的作用,在循环往复荷载作用下,钢管柱柱壁均出现"对称凹屈"现象,随后以梁端出现塑性铰丧失承载能力而破坏;节点承载力较高且耗能能力强,等效黏滞阻尼系数平均大于0.4;具有一定的塑性变形能力,延性系数均在3.0以上,表明该节点具有良好的抗震性能;节点的屈服和极限承载力会随着内套筒厚度的增加而显著增加,但同时也会降低节点延性、增大节点刚度退化程度;梁翼缘与外伸端板组件采用高强度螺栓连接会降低节点承载力和延性,增大耗能能力。研究成果将为装配式钢结构H形钢梁-钢管柱连接节点的研发和相关工程应用提供参考。     

钢管壁哑铃形屈服线模式及承载力计算方法

基于组件法将钢梁-钢管柱螺纹锚固单边螺栓平齐端板连接简化为T形件-钢管模型,并利用参数化的有限元模型分析了T形件-钢管节点在单向拉伸荷载作用下钢管壁平面外受拉性能,发现了钢管柱壁新型的哑铃形屈服线模式。通过虚功原理,建立了钢管壁发生该屈服线模式的塑性极限承载力的计算方法。对不同参数的T形件-钢管节点钢管壁平面外受拉承载力进行了有限元分析,钢管柱壁塑性极限承载力的计算结果与有限元分析结果基本吻合。     

方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点抗震性能试验研究

为研究方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点的抗震性能,进行了5个节点拟静力试验研究,分析了端板厚度、螺栓直径、混凝土强度和轴压比等因素对承载力、弯矩-转角曲线、耗能能力、承载力衰退、刚度退化、延性以及破坏模式的影响。研究结果表明：方钢管钢骨混凝土柱与钢梁端板螺栓连接节点均属于半刚性节点,初始转动刚度随着端板厚度和螺栓直径增大而提高,但节点的极限转动能力随着端板厚度的增大而减小;当承载力由端板或钢梁控制时,其具有良好的转动和耗能能力;试件承载力退化系数在0.8～1.0之间,变化幅度不大,刚度退化相比荷载退化严重;设计中应避免高强螺栓发生脆性破坏。     

矩形钢管柱与H型钢梁单边螺栓连接节点的抗震性能与恢复力模型研究

为研究矩形钢管柱与H型钢梁单边螺栓连接节点抗震性能,对5个单边高强螺栓连接节点试件和1个常规高强螺栓连接节点试件进行了拟静力试验,研究了矩形钢管柱与H型钢梁单边螺栓连接节点破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、刚度退化等抗震性能指标,对比了单边高强螺栓与常规高强螺栓连接节点抗震性能的差异性;分析了节点构造参数对单边高强螺栓连接节点抗震性能的影响,根据节点滞回特性和单边高强螺栓受力特点提出了节点恢复力模型。研究结果表明:节点试件的破坏模式中单边高强螺栓均产生滑移现象;节点试件的滞回曲线捏缩严重,滞回曲线呈反S形,且有明显滑移直线段;节点试件初始转动刚度约为常规高强螺栓连接节点的70%,单边高强螺栓滑移使节点具有很大的转动变形能力,节点试件的极限转角为0.06～0.08 rad;节点的受弯承载力与常规高强螺栓连接节点基本一致,单边高强螺栓能够满足节点承载力设计要求;节点试件的等效黏滞阻尼系数为0.15～0.17,等效耗能系数为1.29～1.77,延性系数为1.62～2.26,其耗能和延性性能均低于常规高强螺栓连接节点;通过设置端板加劲肋可有效提高节点试件的抗震性能,设置内隔板对节点试件...     

L形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓装配节点抗震性能研究

为同时实现梁柱之间和柱柱之间装配,提出一种适用于多高层钢结构的异形钢管混凝土柱与H型钢梁的全螺栓连接节点.上柱、下柱、L形件与H型钢梁4个模块在工厂制作完成,在施工现场通过螺栓进行装配,可实现梁与柱、柱与柱之间的快速连接.通过改变盖板螺栓数量、加劲肋种类设计了4个节点,对其进行了拟静力试验与有限元分析,获得了节点的滞回...     

Experimental and Theoretical Study on High Strength Steel Extended Endplate Connections After Fire

In order to reveal more information and better understanding on the behavior and failure mechanisms of high strength steel (HSS) extended endplate connections at ambient temperature and after fire, an experimental and theoretical study has been conducted and presented in this paper. The provisions of Eurocode 3 are verified with the test results. Because strength of bolts decreases more rapidly than that of structural steels, failure modes of endplate connections may change after fire. Hence, a series of equations are proposed to predict failure modes of endplate connections after fire. Furthermore, FE simulations which can predicate the performance of HSS extended endplate connections with reasonable accuracy are adopted to study the behaviors of the connections after cooling down from various fire temperatures and to validate the accuracy of the proposed equations. Moreover, a parametric study is carried out to explore an optimization design method. It is found that the current provisions of EC3 can justifiably predict failure modes and plastic flexural resistances of HSS extended endplate connections both at ambient temperature and cooling down from 550 °C, but it is not the case for their initial rotational stiffness and rotation capacity. In order to avoid brittle failure mode of endplate connections after fire, appropriately increasing the diameter or grade of bolts in the design is suggested. What is more, the match of steel grade and thickness of column flange and endplate as well as beam should be considered in the optimization design of beam-column endplate connections.     

钢梁-钢筋混凝土柱单剪板连接节点约束弯矩试验研究

钢梁与混凝土柱单剪板连接节点形式简单、施工方便。在单剪板节点结构设计中,通常把该类节点简化成铰接节点,认为其只传递剪力和轴力,忽略梁端弯矩的作用,从而高估了预埋件的承载能力,给结构留下了安全隐患。为了研究单剪板连接节点的受力性能,对3个不同螺栓布置的钢梁-钢筋混凝土柱单剪板连接节点进行了静力加载试验,研究了螺栓数量、螺栓直径等因素对试件破坏模式、荷载-挠度曲线和约束弯矩的影响。结果表明：钢梁-钢筋混凝土柱单剪板连接节点的约束弯矩随螺栓群惯性矩的增大而增大;试件的承载力和刚度受高强螺栓布置数量的影响较大,受螺栓直径的影响较小。在试验研究的基础上,建立了单剪板连接节点的受力简化模型,根据模型给出了约束弯矩计算方法和弹性阶段节点折算偏心距计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

改善钢梁/柱连接节点耐火性能的方法

在有限元分析软件中使用详细的有限元模型,对提升钢梁/柱端板连接部件的耐火性能进行一系列的数值参数研究。对实际使用节点构造的梁柱组件进行研究,重点在于调查如何改进连接件设计,从而使整个结构能在高温下安全。高温下,结构中的梁要经历悬链作用,此作用会造成连接件的破裂并在柱施加附加力。研究了不同的节点构造(螺栓直径、螺栓强度级别、端板厚度、使用防火螺栓和端板使用耐火钢)对其结构性能及高温下耐火性能的影响。结果表明,可通过提高连接件的变形能力特别是使用防火螺栓来改善在高温下的耐火性能。     

Methods of improving survivability of steel beam/column connections in fire

This paper reports the results of a series of numerical parametric studies on methods of improving survivability of steel beam/column endplate connections in fire using a detailed finite element model in ABAQUS. The parametric studies were performed on beam-column assemblies with realistic connection details and the main focus of this research is to investigate methods of improving connection design to enable the structure to survive very high temperatures. At very high temperatures, the beam of the structure experiences catenary action which may fracture the connections and exert additional forces on the columns. This paper investigates how different connection details (bolt diameter, bolt grade, endplate thickness, the use of fire resistance bolt and fire resistant steel for endplate) affect structural behavior and survivability at high temperatures. It is found that improving connection deformation capacity, in particular, using fire resistant bolts, will enable very high temperatures to be resisted.     

钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓外伸端板式节点抗连续倒塌性能研究

针对钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓外伸端板式节点进行抗连续倒塌单调加载试验,考察节点在连续倒塌工况下的整体变形、破坏形态、节点抗力以及关键截面应变发展等,并建立穿心螺栓外伸端板式节点有限元模型,进行节点失效模式、节点核心区应力及抗力机制分析。结果表明,钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓外伸端板式节点在连续倒塌工况下主要经历4个阶段,即梁机制阶段、混合机制阶段、悬链线机制阶段及破坏阶段;节点抗倒塌承载力由节点抗弯能力和抗拉能力提供,其中抗拉能力对节点抗连续倒塌能力贡献远超于抗弯能力;节点的倒塌破坏一般发生在钢梁与外伸端板连接处,裂缝贯穿下翼缘后迅速延伸至钢梁腹板;形心轴下方穿心螺栓群拉应力持续增大,形心轴上方穿心螺栓群在加载初期拉应力较小,随着竖向位移的增大其拉应力逐渐增大;外伸端板应力主要集中在螺栓孔周围,随着竖向位移增大形心轴上方应力集中区面积减小,形心轴下方应力增大。