典型钢梁与箱型柱采用梁翼切削或梁翼加盖板抗弯接头的破坏模式

本文主要介绍二十二组钢梁与箱型柱抗弯接头试体的耐震行为与破坏模式,其中十七组试体采用梁翼切削(reduced beam section,RBS)式接头,另五组以梁翼加盖板的补强(enlarged beam section,EBS)式接头,所有试体均为梁腹栓接、梁翼焊接(BWWF)的现场施作接头。试验结果显示,七组梁翼切削试体及三组梁翼加盖板试体具有4%弧度层间位移角或3%塑性转角以上的变形能力,此十组试体的平均梁塑铰应变硬化系数为1.22。由试体破坏形式归纳,造成梁柱接头变形能力不足的破坏模式包括:梁翼板全渗透焊道断裂、梁翼板于梁腹扇形开孔尖端附近断裂、梁翼切削段内断裂、柱内横隔板与柱板间焊道破坏、及柱板冷(氢)裂五类。探讨此试体破坏原因发现,在六组钢梁与柱内横隔板电溶渣焊焊道侧接合的试体中,三组试体破坏发生于电溶渣焊与柱板接合界面附近,破坏机率高达50%,此现象应值得钢构业重视。本研究成果也发现,高达55%试体未满足台湾钢结构设计规范3%塑性转角或美国AISC耐震特别规定4%层间位移角的变形需求,此显示钢梁与箱型柱采用梁翼切削或加盖板抗弯接头的设计、施工与检测技术有相当大的改善空间。     

钢结构梁柱梁翼内侧加劲板补强接头耐震试验及有限元素分析

本研究主要探讨钢结构梁柱补强接头之耐震行为,补强接头的主要方式是采取避免破坏既存建筑物楼板且不会减低楼层净高度要求下,在钢梁翼板内侧与箱形柱间焊加劲板增加梁端近柱面之弯矩强度。为证明此补强接头之耐震行为,共进行六组大尺寸之梁柱接头试验,其中一组为传统未补强之梁柱接头,另外五组为梁翼内侧加劲板补强接头,未补强之梁柱接头及一组补强接头之梁柱焊接工作于1996年前工地现场完成后,于2006年由既存34层大楼切除后运至实验室进行试验,另四组梁柱补强接头之焊接工作均于2006年在实验室内完成。补强接头试体加劲板与梁翼及柱板接合均采用全渗透焊接,梁上下翼板之背垫板均未移除,亦未与柱面进行填角焊接。二组补强接头试体在实验时的韧性行为极佳,试体在历经第一次反复载重测试至超越美国规范AISC(2005)规定之4%弧度层间侧位移角的要求下,并未发生梁柱接头焊道断裂及强度递减的情形。因此将此二组试体分别进行第二次AISC(2005)反复载重测试,在历经第二次反复载重测试至4%弧度的层间侧位移角时,发生较明显之梁挫屈及强度递减,但梁柱界面焊道未断裂。而另外三组补强接头因梁翼板内侧加劲板所提供的劲度及强度不足,与未补强之梁柱接头试体同样在未能达到AISC(2005)所订定之4%弧度层间侧位移角前而发生破坏。本研究并利用非线性有限元素分析程序ABAQUS(2003)仿真梁柱接头试体,以进一步了解梁翼板内侧加劲板传递梁弯矩的贡献,和可能发生接头破坏的区域。根据实验及有限元素分析结果提出设计方法及范例供工程师补强既有钢结构梁柱接头参考。     

钢构造梁扩翼接头之耐震行为

传统抗弯构架之梁柱接头梁腹板以螺栓接合而梁翼板以全渗透焊接于柱,在北岭及阪神地震的侵袭下,梁柱接头处发生严重脆性破坏。本研究针对钢梁连接H型钢柱之接头,以扩大接头处梁翼板宽度之改良方式,改善扇形开孔处与梁翼全渗透焊道之应力集中现象。藉由参数研究确立各设计参数,制作六组实尺寸试体进行试验。试验结果显示,扩翼式梁柱接头试体可降低梁柱接头处发生脆性破坏之可能,而皆可产生塑性铰,提供优良且稳定之弯矩强度及韧性能力。     

电热熔渣焊接瑕疵于钢骨箱型柱板破裂的有限元素分析

为探讨焊接瑕疵对于钢骨箱型柱板破裂行为的影响,本文采有限元素分析,根据裂缝尖端开口位移、应力三轴度与破裂指数等行为指标,来评估柱板破裂的可能性。有限元素模型参数分析结果显示,侧垫板间隙与钢梁相对于电热熔渣焊道的偏心等参数对于箱型柱板破裂的影响较小;然而由于电热熔渣焊道的偏心,即使侧垫板与柱板间隙处的电热熔渣焊熔接线至内横隔板的一个较小的距离,也将产生较大的裂缝尖端开口位移、应力三轴度与破裂指数,因而可能造成柱板的破裂。     

辛亥革命博物馆环梁-环形牛腿钢骨混凝土梁柱复杂节点施工技术

环梁-环形牛腿钢骨混凝土梁柱复杂节点是一种既有钢筋混凝土梁和环梁连接,同时又有钢骨梁穿心连接的复杂构造形式,该节点在施工过程中将钢管柱节点的制作、环梁钢筋的加工、环梁模板的安装以及楼盖梁板模板的安装等工序全部分开,避免了各道工序在同一狭小空间内工作,解决了钢梁-钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁穿心连接节点复杂构造的施工难题。     

工厂加工制作的特殊构造梁柱节点抗震性能试验研究

为研究工业用途的某特种钢结构的抗震性能,选取其中3个特殊构造梁柱节点,即柱强轴方向带悬臂梁段的端板螺栓节点(试件I)、柱强轴方向有梁的弱轴方向异型盖板焊接节点(试件II)、柱强轴方向无梁的弱轴方向异型盖板焊接节点(试件III),制作足尺试件,进行循环荷载作用下的拟静力试验,研究端板连接、空间加载制度以及特殊的构造形式对节点破坏形态、承载力、塑性转角、延性及耗能能力的影响。试验结果表明:3种形式节点试件的梁端最大塑性转角均能达到0.025 rad,位移延性系数大于4.0,累积塑性转角可达最大塑性转角的20~30倍,承载力可达到梁全截面塑性承载力的1.0~1.3倍;试件II的最大层间位移角达到0.035 rad,最终因梁中发生局部屈曲而破坏,而试件I和试件III的最大层间位移角可达0.040 rad,满足美国钢结构抗震设计规范中对特殊抗弯钢框架梁柱节点转动能力的限值要求,破坏形态分别为螺栓拉断、盖板出现延性开裂。研究结果表明,试件II和试件III抗震性能良好,试件I因端板螺栓连接承载力不足,导致其耗能能力较差,因此需从设计上加以改进。     

世博会主题馆预应力混凝土梁-钢骨变截面劲性柱节点设计及试验研究

为研究预应力混凝土梁-钢骨变截面劲性柱节点的破坏特征及受力性能,进行了4个模型试件的低周反复荷载试验。观察了各节点的受力过程及破坏形态,并分析了试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力和延性等力学特性。结果表明：预应力混凝土梁-钢骨变截面劲性柱节点典型破坏形态是梁端弯剪破坏,该类节点的延性与混凝土梁柱节点相似,位移延性系数为2.0,柱内钢骨可提高节点的承载能力及刚度;柱内钢骨变截面可有效改善节点的延性性能,而对承载能力没有影响;节点处混凝土的浇筑质量对节点的整体受力性能影响较大。最后对该类节点给出了设计及施工建议。试验研究成果可为预应力混凝土梁-钢骨变截面劲性柱节点工程研究及应用提供参考。     

钢骨混凝土斜节点构造及试验研究

徐州国际商厦由高１８８ｍ的双塔楼组成 ,是由钢筋混凝土内筒、钢骨混凝土柱、钢筋混凝土梁和钢桁架连廊组成的混合结构体系 ,工程中需布置与钢骨混凝土柱斜交的钢筋混凝土梁 ,二者的连接是结构的关键受力部位。本文结合工程实际 ,设计三种不同构造的斜节点 ,进行试验研究 ,并采用有限元程序对其他构造的斜节点进行分析比较。１试验方案采用１∶３模型试验 ,设计制作了３个斜节点试件 ,分别记作试件１、２、３（图１）。试件１采用Ⅱ字形的钢牛腿将梁与柱相连 ,牛腿伸出节点 ,两块腹板伸入节点 ,与柱内钢骨的腹板焊接 ;试件２采用工字形的钢…     

国际期刊导读

1循环荷载下钢管混凝土柱与钢梁连接节点的试验研究摘要:在循环位移控制荷载下,对4个内部连接钢梁和钢管混凝土(CFT)柱的1/2尺寸试件模型进行试验。考虑方钢管柱和圆钢管柱有两种不同的连接方式:1)由工厂焊接而成的平型和弧形外伸型端板被螺栓固定在有钢条整体贯通的钢管混凝土柱上;2)梁贯通式连接则是在梁柱间不进行任何焊接的情     

不同梁柱节点构造形式对中心支撑框架抗震性能影响

为研究不同梁柱节点构造形式对中心支撑框架抗震性能的影响,完成了4个1层1跨的中心支撑框架试件的拟静力试验,研究参数分别为:柱截面形式、梁柱连接方式、梁柱刚度比.试验结果表明:梁柱节点处构造措施的改变,使各试件的局部损伤也存在着差异;各试件的水平力-层间位移角滞回曲线均为S形,箱形柱截面的开裂与梁柱铰接连接会导致滞回曲线...     

削切钢盖板梁柱接头设计与耐震行为

本研究的目的为提出新式的梁柱接头以避免在工地现场进行梁柱接头全渗透焊接,同时亦控制塑性变形发生在一简单、可修复的装置(削切盖板)而非钢梁。削切盖板(RFP)以焊接或栓接方式固定于钢管混凝土(CFT)柱,以螺栓或填角焊与梁翼板接合,四组全尺寸削切盖板梁柱接头试体试验结果显示:(1)削切盖板梁柱接头在反复载重作用下均可超越0.04弧度的位移角,而使梁的塑性弯矩强度得以发挥;(2)塑性变形发生在削切盖板而非钢梁上,进而避免钢梁的挫屈;(3)利用有限元素分析程序ABAQUS可预测试体接头的反复载重行为,并证明削切盖板梁柱接头的弹性挠曲劲度与盖板梁柱接头相似,满足刚性接头的劲度要求;(4)削切盖板的非弹性挫屈强度可藉由本研究提出的非线性回归分析模型预测。     

钢梁与包覆RC箱型钢柱之梁柱接头耐震性能研究

本研究进行两组“大尺寸梁柱接头”之反复载重试验,以探讨其力学行为与耐震性能。本研究之试体采用钢梁与“受钢筋混凝土包覆之箱型钢柱（简称包覆箱型钢柱或SRC柱）”接合之梁柱接头。此种钢梁与SRC柱接合之构造的主要特点,在于利用SRC柱之劲度、防火与抗压强度方面的长处,又可以发挥钢梁在韧性与施工便捷方面之优点。本研究之试体均符合“强柱弱梁”之原则且梁柱接头区之标称剪力强度均大于该区之需求剪力强度,试体之断面配置均符合台湾SRC设计规范之要求。本研究探讨之重点包含：（1）此种新型梁柱接头之钢梁塑性铰的发展情肜,（2）梁柱接头区混凝土之开裂状况,（3）配置剪力钉对梁柱接头韧性之影响。实验结果显示,由于SRC柱内之箱型钢管断面在X与Y向各有两片腹板,故可以提供梁柱接头区充分的剪力强度,并可抑制接头区的剪力变形,使接头区之混凝土保持良好状态,并无明显开裂之情形,进而确保插入SRC柱的钢梁受到接头区之钢筋混凝土有效的束制,使得钢梁的塑性铰可以远离焊道,最终在SRC柱之混凝土面外约15cm处发展出稳定且充分的塑性变形。换言之,SRC柱接头区的钢筋混凝土具有保护钢骨梁柱接头焊道的功能,该区的钢筋混凝上成功的将钢梁的塑性铰逼离焊道,使钢梁在SRC柱混凝土面外形成良好的塑性铰。本研究之梁柱接头试体在反复载重作用下,可以发展出稳定且饱满的迟滞循环（Hysteretic Loop）。两组接头试体之钢梁塑性转角（Plastic Rotation Angle）达到5．4%和6．0%rad,梁柱接头之层间变位角（Interstory Drift Angle）达到6．2％与6．7％rad,显示此两组梁柱接头均具有优良的塑性变形能力,超过AISC Seismic Provisions（2002）所订4％rad层问变位角之要求。本研究依据有限的试验结果初步证实,在适当设计下,此种型式的梁柱接头将可以发挥良好的耐震性能。     

高层钢结构钢骨混凝土地下室结构体系

目前很多高层钢结构的地下室采用钢骨混凝土柱和钢筋混凝土梁的结构体系,由于地下室通常都存在钢筋混凝土梁板、剪力墙、地下室外墙,这些混凝土构件与钢骨混凝土柱的连接做法往往较为复杂,尤其是混凝土梁纵向钢筋在梁柱节点处的锚固、钢骨柱的垂直度控制等问题。对这种结构体系的各类节点的受力特点和构造进行深入分析并不断改进,通过在钢骨柱侧面设置牛腿以及在地下室顶板处设置拉结钢梁分别解决了混凝土梁纵向钢筋的锚固问题和钢骨柱的垂直度问题。     

未补强焊接梁柱接头之应用于箱形柱

探讨钢结构特殊弯矩构架梁柱接头的耐震行为,梁柱接头采用未补强焊接梁柱接头,特点在于厚梁翼板、箱形柱断面、且焊接扇形孔采用美国AWS的建议,以盼能提供良好的韧性行为。以试验方法进行两组实尺寸试体的试验,梁柱子结构承受反复载重。试验结果显示,两组试体皆可达4%弧度层间变位角,梁发展塑性弯矩强度;破坏肇因于梁翼全渗透焊道裂缝造成的撕裂。研究成果提供预审合格梁柱接头更广泛的实务应用。     

现浇与装配整体式混凝土空间框架子结构的抗连续倒塌性能试验对比研究

为研究装配整体式混凝土空间框架结构抗连续倒塌性能与现浇结构的异同，设计并制作了3个2/3缩尺、3梁4柱的混凝土空间框架子结构试件，对中柱进行了力-位移控制的静力加载试验。其中一个试件是现浇混凝土(RC)结构，另外2个试件是装配整体式混凝土(PC)结构，梁柱节点构造分别采用90°弯钩连接及锚固板焊接连接两种形式。根据抗力、位移、应变、裂缝发展及破坏形态等试验结果对试件的受力变化及抗力机制进行了分析。结果表明：PC试件梁端的裂缝发展更集中，而RC试件的梁端裂缝分布更均匀，这对结构受力更有利。RC试件的抗连续倒塌能力优于PC试件，在压拱阶段两者差别不大，但在悬链线阶段，RC试件的荷载最大值为167kN，分别为90°弯钩节点构造形式和锚固板焊接节点构造形式的PC试件的1.57倍和1.22倍，并且RC试件钢筋断裂更晚，具有更好的塑性发展空间。     

含挫屈束制消能斜撑构架效应之接合板耐震设计与试验分析

本研究主要探讨挫屈束制消能斜撑构架中梁柱效应及斜撑轴力效应对接合板耐震行为影响,利用一层楼挫屈束制消能斜撑构架试验及非线性有限元素分析,研究接合板在斜撑构架下的受力行为。本研究考虑接合板在同时承受构架效应(梁及柱剪力效应)及斜撑轴力下的影响,提出等效支撑概念计算接合板在受构架开合(梁及柱剪力)下的力量,如此将接合板的受力分为由构架及斜撑分别提供,再由有限元素分析观察的梁与接合板及柱与接合板界面应力分布,计算接合板端部应力值,以设计接合板及加劲板尺寸。藉由试验及有限元素分析所量测的梁、柱及斜撑力量,配合本研究提出的理论计算接合板在受梁柱开合效应下及斜撑力量下的受力模式,比对试验与分析下接合板端部的应力极值,验证此理论准确性,并建议设计准则,以确保接合板在达到设计层间侧位移角时无破坏产生。     

设置垫板的梁柱T形件连接节点抗震性能试验研究

针对传统钢结构梁柱连接在地震中易脆性破坏,改进连接震后不易修复等问题,提出设置垫板的梁柱T形件连接构造措施。设计、制作3个不同形式的梁柱T形件连接试件,分别为未设置混凝土板的连接节点、设置混凝土板的连接节点和未设置混凝土板的传统梁柱T形件连接节点,对其进行往复荷载作用下的拟静力试验,研究试件的抗弯刚度、承载力、延性、滞回性能、耗能能力、破坏模式等。此外,更换梁下部翼缘处已破坏的T形件进行修复,并对修复后的试件进行拟静力试验。结果表明：设置垫板的T形件连接节点在往复荷载作用下具有稳定的滞回性能和良好的耗能能力;破坏试件的梁、柱均不发生屈服,转动中心位于梁端上部翼缘附近,能够保证在地震作用下梁端上部翼缘连接部位不发生破坏,并能够保护梁上混凝土楼板不发生较大的损坏;混凝土楼板的存在会提高节点正弯矩下的初始刚度和承载力,并使弯曲中性轴上移;更换梁下部翼缘处已破坏的T形件进行修复,修复后试件的滞回性能与原试件无明显差异。     

双向偏心十字形钢骨混凝土柱有限元分析

本文利用大型通用有限元分析软件ABAQUS,对十字形钢骨混凝土异形柱进行了双向偏心受压模拟试验,通过改变荷载偏心距的大小,来进一步研究十字形钢骨混凝土异形柱在双向偏心荷载作用下的受力性能。通过有限元软件分析了钢骨混凝土异形柱在双向偏心荷载作用下的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-挠度曲线以及钢骨和混凝土拉压区的荷载-应变曲线。结果显示,随着偏心距的增大,试件的极限承载力有较大幅度的降低。试件达到极限承载力之后的纵向变形逐渐增加,跨中挠度明显增加。     

带可替换耗能段的Y形偏心支撑框架抗震性能研究

为了研究耗能段采用端板连接的Y形偏心支撑钢框架的抗震性能,设计了2个耗能段连接形式和2组结构高跨比不同的试件。采用有限元分析软件ABAQUS对试件进行滞回分析,研究耗能段连接形式和结构高跨比对试件滞回性能的影响,将试件的正向骨架曲线简化为三折线模型,确定使结构快速恢复功能而替换耗能段的结构层间侧移角的合理范围。研究结果表明:设计合理的端板连接耗能段的Y形偏心支撑钢框架的滞回性能与焊接连接耗能段的Y形偏心支撑钢框架基本相同;基于等能量原理的三折线模型适用于确定耗能段的替换范围;Y形偏心支撑框架的最大层间位移角介于1/350至1/80之间时可替换耗能梁段。     

装配式混凝土结构新型梁柱节点研究

装配式结构因其环境污染小、施工快捷等优点得到广泛应用,节点连接是装配式结构研究的热点。针对装配式混凝土结构提出一种新的梁柱连接形式,梁柱节点核心区整体预制,节点连接处分别设置在梁段1/3处和柱段1/2处,将植筋技水引入柱-柱连接中,梁-梁连接采用焊接方式,并建立框架模型分析节点区刚度对结构体系的受力性能影响。结果表明,随着节点区刚度的折减,装配式结构体系自振周期增大,最大层间位移角不断增大,符合结构设计要求。