钢柱弱轴外伸端板连接静力试验与钢框架抗震性能

为丰富弱轴半刚性连接刚度数据库、研究端板连接节点刚度对钢框架结构抗震性能的影响规律,进行了弱轴端板连接节点的半刚性性能试验研究,得到了连接节点的弯矩-转角关系曲线,并借助有限元分析软件SAP2000对空间钢框架结构进行了抗震性能分析,得到了4个空间结构模型在多遇地震和罕遇地震下的结构时程位移曲线和层间位移角。研究表明:弱轴外伸端板连接节点刚度约为相同尺寸节点强轴方向的30%,节点变形能力较强,具有良好的耗能能力;节点刚度对结构的前三阶周期尤其是基本周期影响很大;端板连接钢框架在小震、大震下层间位移角均能满足规范要求且具有良好的抗震性能和抗连续倒塌能力。     

梁-柱及柱脚均为半刚接的钢框架计算分析

针对梁-柱及柱脚均为半刚性连接钢框架进行研究,采用了考虑连接的柔性以及构件的几何非线性影响的非线性分析方法来分析和设计半刚性钢框架,给出了该种钢框架非线性分析需用的3种单元类型：考虑几何非线性的平面框架单元-梁柱单元;考虑梁端节点柔性的平面框架单元-半刚性连接梁单元;考虑底层柱脚柔性和几何非线性的底层柱单元-半刚性柱脚梁柱单元。写出了每种单元的单元刚度矩阵以及叙述了利用经典矩阵位移法进行框架整体分析的程序。引进柱脚半刚性进行钢框架非线性分析,即考虑梁柱、柱脚连接半刚性和几何非线性的整体框架分析,必然会使钢框架受力与实际状态更相符,使结构设计更合理,使框架结构的优化设计更完善、更经济。     

外伸端板连接节点抗连续倒塌性能研究

基于ANSYS有限元分析软件,建立了外伸端板连接节点模型,分析了半刚性节点在连续倒塌中的力学性能,基于该模型进行了外伸端板连接节点抗连续倒塌能力影响因素的参数分析,为相关设计提供参考。     

钢结构半刚性端板连接梁柱节点抗震性能分析

为了研究多层钢框架半刚性梁柱端板连接的抗震性能,利用大型有限元软件ANSYS,在验证有限元程序有效性的基础上,考虑几何非线性、材料非线性和状态非线性对两组不同构造的端板连接进行了单调和循环荷载作用下的有限元计算,分析了端板高度、螺栓排列、螺栓直径等因素对梁柱节点滞回性能的影响及节点承载力、初始转动刚度、极限转动能力、耗能能力和延性的影响。有限元计算结果表明,设计合理的两端外伸式半刚性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。     

钢结构半刚性端板连接梁柱节点抗震性能分析

为了研究多层钢框架半刚性梁柱端板连接的抗震性能,利用大型有限元软件ANSYS,在验证有限元程序有效性的基础上,考虑几何非线性、材料非线性和状态非线性对两组不同构造的端板连接进行了单调和循环荷载作用下的有限元计算,分析了端板高度、螺栓排列、螺栓直径等因素对梁柱节点滞回性能的影响及节点承载力、初始转动刚度、极限转动能力、耗能能力和延性的影响.有限元计算结果表明,设计合理的两端外伸式半刚性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.     

考虑节点半刚性的钢框架连续倒塌分析

建筑结构竖向构件一旦破坏,节点和梁将通过梁机制和悬链线机制来抵抗连续倒塌。合理的半刚性节点设计能够增加结构的能量耗散,并充分发挥悬链线机制抗力。基于能量平衡原理,推导出半刚性钢框架结构抗力-位移曲线及能量计算方法,从而为分析半刚性钢框架的抗倒塌性能提出了思路。通过有限元分析软件进行了框架连续倒塌分析,验证了分析的合理性,对比分析了节点刚度对结构力学性能的影响,为相关设计提供依据。     

端板连接半刚性节点对多层钢框架设计的影响

我国目前将端板连接按刚性节点进行设计,主要用在单层门式刚架结构中,对多层钢框架由于缺乏计算理论和方法,与实际情况相差很大,特别是对抗震性能的影响很大.针对端板连接节点,采用有限元分析的方法,利用试验和有限元计算得到的节点刚度转角曲线,将半刚性端板连接节点视为弹簧单元,通过通用有限元软件Ansys建立有限元模型进行计算分析.对比了将端板连接视为刚性和半刚性两种情况下钢框架的内力和变形,在钢框架分析和设计中,应考虑半刚性节点的影响.并给出一些在设计时考虑节点刚度的建议,希望能够对实际工程设计有所助益.     

半刚性钢框架优化设计研究

推导了考虑连接柔性和几何非线性的局部坐标下的单元刚度矩阵,并对半刚性连接单元的固端力进行了修正;其次,采用增量加载法,给出了考虑连接柔性、框架的几何非线性和单元内力与连接之间耦合效应的半刚性钢框架结构分析计算机流程;按照GB50017-2003《钢结构设计规范》和实际施工的要求,建立了考虑构件和连接最小费用问题的半刚性钢框架优化数学模型;然后,在遗传算法和半刚性钢框架结构分析流程的基础上,给出了半刚性钢框架优化设计步骤;根据算例,对半刚性钢框架优化设计做了初步的探讨。     

基于刚度和抗弯承载力需求的梁柱外伸端板连接优化设计

在现有的半刚性钢框架设计方法中,一般先假定梁柱半刚性连接的刚度,然后将假定的节点刚度代入框架中进行框架的整体计算,完成钢框架的梁柱设计后再进行梁柱节点的设计。梁柱半刚性节点的刚度和抗弯承载力同众多的节点构造变量相关,往往需要多次的试算才可以设计出满足假定刚度要求的节点,设计过程复杂,不利于在工程中的应用。据此,将节点刚度和抗弯承载力需求作为约束条件、节点成本最低作为目标,将外伸端板节点的设计问题转化为数学优化问题。采用组件法计算外伸端板节点的刚度和抗弯承载力,用增强精英保留遗传算法对优化问题进行求解。通过算例表明本文所采用的节点优化设计方法可以完成特定刚度和抗弯承载力需求的外伸端板节点的优化设计,优化结果表明了随着节点刚度需求的增大,节点刚度对框架的受力影响下降但节点的费用不断增加,因此有必要在半刚性钢框架整体设计中考虑节点刚度的合理设计。     

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。     

梁柱连接类型对自复位Y型偏心支撑钢框架滞回性能的影响

将传统Y型偏心支撑钢框架中耗能梁段的制作材料替换为形状记忆合金(SMA)形成一种具有自复位功能的Y型偏心支撑钢框架结构。采用ANSYS软件建立了6组单层、单跨自复位Y型偏心支撑钢框架及纯钢框架的微观有限元模型,重点研究采用刚性连接、齐平式及外伸式端板连接节点对自复位Y型偏心支撑钢框架滞回性能、耗能能力、抗侧刚度及复位能力的影响,并且对比分析了有无Y型支撑对钢框架性能的影响。研究结果表明:采用齐平式及外伸式端板连接的自复位Y型偏心支撑钢框架具有较好的复位能力及延性性能,但与采用刚性节点的自复位Y型偏心支撑钢框架相比,其水平承载力、抗侧刚度及耗能能力略低。     

竖向荷载下足尺半刚性连接组合框架试验研究

为研究半刚性连接组合框架在静载作用下的力学性能,进行了竖向荷载下两榀足尺的两层两跨半刚性连接组合框架试验。组合框架由H型钢柱和压型钢板混凝土组合梁组成,钢节点由焊接到钢梁端部的平端板通过螺栓与钢柱翼缘连接。为了解半刚性连接组合框架的结构性能和破坏特征,考察不同荷载水平作用下半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架结构整体性能的影响,重点分析框架整体性能、节点性能和梁性能。试验表明:平端板型组合节点为半刚性连接、部分强度节点,具有较高的强度和刚度,其极限转角可满足不小于30mrad的延性设计要求;半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架的强度、刚度和延性有较大影响,设计时应加以考虑。试验结果可为今后半刚性连接组合框架理论研究和工程实际应用提供参考。     

半刚性钢框架的直接分析方法理论研究

介绍了一种针对半刚性连接钢框架的直接分析法,该方法可以同时考虑结构和构件的初始缺陷、几何非线性(包括P-Δ,P-δ效应)、材料非线性以及半刚性连接(支座)对结构受力性能的影响。建立了可同时考虑初始缺陷、半刚性连接以及塑性铰的弯曲稳定函数单元(CSF单元),推导了CSF单元的二阶单元刚度矩阵,并扩展为三维单元刚度矩阵。采用弹簧单元对半刚性连接和塑性铰单元的非线性行为进行了模拟,确定了塑性铰出现的判断准则以及弹簧刚度的取值,定义了结构破坏准则。利用NIDA程序对3组半刚性连接框架结构进行了直接分析,并与试验结果进行了对比。对比分析表明:利用NIDA程序得到的结果与试验结果吻合较好,验证了直接分析法对半刚性连接钢框架进行结构分析的有效性和可靠性。     

外伸端板连接钢框架抗震性能试验研究

通过对外伸端板半刚性高强螺栓连接钢框架在低周往复荷载作用下的试验,研究该类型结构的破坏形态、变形性能、骨架曲线、延性等,分析了外伸端板半刚性高强螺栓连接钢框架的受力特点及抗震性能。     

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。     

多高层钢框架梁柱半刚性连接性能

对多高层钢结构框架梁柱半刚性连接的形式之一——外伸端板高强螺栓节点连接的受力性能及设计方法进行了介绍和分析,认为初始连接刚度仅与节点的构造形式有关,并总结了梁外伸端板厚度的计算方法.     

钢框架结构半刚性连接节点失效模式控制的设计优化研究

以山东省某市QP2007-18号宗地项目为例,运用数值模拟方法,研究半刚性节点的失效模式,并对节点的梁柱结构进行设计优化。结果表明,设计的外伸端板半刚性连接节点的破坏形式为延性破坏,破坏时节点的端板先屈服,高强螺栓最后达到极限抗拉强度;增加钢梁和钢柱的刚度均可提高半刚性连接节点刚度,而提高钢梁的刚度则可增加半刚性连接节点的弯矩屈服荷载。     

考虑半刚性连接有侧移钢框架基本周期的计算方法

为分析半刚性连接对有侧移钢框架结构层间抗侧移刚度的影响,推导了考虑采用半刚性连接时,有侧移钢框架层间抗侧移刚度的计算式,利用推导出的计算式计算钢框架层间抗侧移刚度;并利用经验算式计算钢框架的各层水平位移及基本周期。将计算结果与传统的不考虑半刚性连接的柱抗侧移刚度修正系数法计算所得到的结果进行对比分析,可知考虑半刚性连接时,钢框架各层水平位移显著大于不考虑半刚性连接时的情况;采用所提出的方法得到的基本自振周期计算结果是不考虑半刚性连接的1.62倍;因此,对钢框架进行结构性能分析时,半刚性连接的影响应引起足够的重视。     

节点刚度对多层钢框架静力性能的影响分析

由于缺乏计算理论和方法,大多数半刚性节点按刚性节点进行设计,与实际情况相差很大.介绍了实际工程中多层钢框架结构经常采用的半刚性连接形式;采用有限元分析的方法,将半刚性连接节点视为弹簧单元;通过通用有限元软件Ansys建立有限元模型进行计算分析,研究了节点刚度对多层钢框架结构变形和内力的影响.计算结果表明,采用了半刚性连接的钢框架结构,相对于理想刚接的情况,结构的内力和变形都有很大变化.在钢框架分析和设计中,应考虑半刚性节点的影响.     

两层钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓端板连接框架拟动力试验研究

为揭示半刚性钢管混凝土组合框架在地震作用下的动力特性和破坏形式,对2榀两层单跨钢管混凝土柱与 组合梁单边螺栓端板连接组合框架进行拟动力试验研究。该试件的梁柱连接节点形式为平齐端板或外伸端板连接 ,组合楼板采用钢筋桁架楼承板,试验影响参数为柱截面类型和端板类型。研究了El-Centro地震波作用下结构 的加速度反应和位移响应,分析了滞回性能、刚度、延性和耗能能力等,评价了梁柱半刚性连接和楼板组合效应 对组合框架结构整体性能的影响。试验表明：半刚性钢管混凝土组合框架具有良好的抗震性能和耗能特性。在柱 截面宽度和含钢率相同条件下,采用单边高强螺栓端板连接方式,圆钢管混凝土组合框架的最大位移响应和累积 耗能比方钢管混凝土组合框架大;方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始刚度优于圆钢管混凝土组合框架。 研究成果将为我国装配式组合结构设计理论与应用提供科学依据。