钢管柱-H形梁内加劲铸钢模块节点抗震性能试验研究

介绍了钢管柱-H形梁连接内加劲铸钢模块节点的概念设计方法,对该节点进行了循环往复加载试验研究,考虑了不同轴压比对节点抗震性能的影响。试验结果表明：提出的铸钢模块节点具有良好的延性、较好的耗能能力、较高的承载力,可充分发挥节点域的剪切塑性耗能;铸钢模块节点的延性和耗能能力随着轴压比的增大略有降低。现行美国钢结构规范中的节点受剪承载力公式经修正后可适用于铸钢模块节点,且偏于安全;通过控制梁与节点域的相对强弱,可实现对节点屈服顺序的控制。     

考虑竖向加劲肋作用的H形梁柱节点试验研究

针对我国现行钢结构设计规范对H形梁柱节点域厚度的要求未考虑竖向加劲肋作用,设计了2组4个平面中柱节点试件,进行拟静力试验,分析竖向加劲肋对节点破坏模式、承载力、刚度、延性、耗能能力等性能的影响。试验研究表明：试件滞回曲线形状稳定,节点域屈曲后曲线有捏拢现象,但承载力无明显下降,延性良好;竖向加劲肋对试件刚度、承载力和延性影响很小,但耗能能力增加、平面外变形减小、剪切屈曲性能明显改善,与具有相似节点域等效宽厚比的未设置加劲肋试件相比,延性相当,但耗能能力更好。根据研究结果提出了设置竖向加劲肋节点的等效宽厚比计算方法,建议将现行规范中节点域等效宽厚比不小于90的限值放宽到加劲节点域等效宽厚比不小于90。     

外加强环不等高H型钢梁-方钢管柱节点抗震性能试验研究

通过对7个外加强环不等高H型钢梁-方钢管柱节点进行低周循环往复加载试验,研究节点域受剪承载力、滞回性能、变形能力和破坏模式。研究结果表明：试件的破坏形式有两种,分别为整体节点域的剪切破坏和局部节点域的剪切破坏;梁截面高度比和柱截面宽厚比是影响试件节点域承载力和剪切变形的主要因素;与此同时,随梁截面高度比和柱截面宽厚比的增加,节点域的耗能能力逐步增强;外加强环几何构造对节点域承载力和剪切变形也有一定影响,在框架柱端部弯矩增大系数较低的情况下,外加强环几何尺寸的增加对节点耗能能力有提高作用;节点域进入塑性阶段之前,各试件节点域的承载力无明显退化,从屈服到最终破坏,节点域承载力出现显著退化,承载力退化系数在0.89~0.96之间。不等高梁外加强环节点具有较好的变形能力和耗能能力,所有试件处于极限状态时的等效黏滞阻尼系数均在0.30～0.58之间。     

蜂窝轻钢门式刚架节点抗震性能试验研究

为了研究蜂窝轻钢门式刚架节点的抗震性能,对该类新型节点进行了循环反复荷载试验。共设计4个蜂窝式节点和1个原型钢实腹式节点,考虑了节点连接形式、节点域加劲肋的设置和开孔中心至节点域距离三个变化参数对结构的影响。通过试验得到该类新型节点的破坏特征、荷载-位移曲线以及节点承载力,分析节点的耗能能力、延性、刚度退化等结构性能与变化参数的关系。试验研究表明:与原型钢实腹式节点相比,蜂窝式节点具有承载力高,刚度大的优点,但是耗能能力相对较弱;蜂窝式节点的耗能性能与节点的连接方式以及开孔中心至节点域的距离有关,而节点域加劲肋对节点抗震性能的影响不大。     

带外加强环不等高梁-钢管混凝土柱组合节点抗震性能试验研究

对4个带外加强环不等高梁钢管混凝土柱节点试件进行了循环加载和单调加载试验,试件主要变化参数为节点两侧梁高度差,取值为 0、75、 150mm。为了研究节点域的受剪承载力,对试件按“强构件,弱节点”进行设计。对于所设计的4个节点试件,其破坏分为整个节点域剪切破坏和部分节点域剪切破坏。试验结果表明：加载方式对试件节点域剪切承载力影响不大;节点试件在正反两个方向加载形成不同的破坏模式,并且在反向荷载作用下其承载力略高于其在正向荷载作用下的承载力;节点两侧梁高度差对节点域破坏形式和承载力影响显著;在整个加载过程中,所有试件节点均未出现开裂;该类节点具有很好的变形能力和稳定的耗能能力,但随着两侧梁高度差的增加,耗能能力逐渐降低。     

双拼梁与柱节点受力性能的有限元分析

为研究双拼梁与柱节点的受力性能,采用有限元分析软件ABAQUS建立3组共10个试件模型,分析双拼梁螺栓端距、双拼梁加劲肋布置方式及双拼梁间隙大小等参数对节点破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力的影响。分析结果表明:双拼梁螺栓端距变化对节点塑性铰位置影响较大,对滞回曲线、骨架曲线、耗能能力影响较小,建议设计时双拼梁螺栓端距取1. 0～1. 25倍的梁截面高度;在梁上距离柱1/4梁截面高度处设置一道加劲肋可以有效提高节点承载力、滞回性能和耗能能力,并能使梁高应力区段得到加强,迫使节点塑性铰外移;双拼梁之间存在间隙虽能提高节点承载力,但节点耗能能力会下降较多,且间隙过大时易出现双拼梁失稳,应避免双拼梁之间存在间隙。     

苏州火车站站房钢结构复杂节点设计研究

苏州火车站屋盖结构采用空间菱形大跨度钢管桁架结构,局部为双向交叉菱形桁架。桁架汇交杆件数量多、直径大,节点构造非常复杂。工程节点主要采用相贯焊接的形式,受力集中和几何构型非常独特的部位采用铸钢节点。焊接节点域进行局部加厚,并在主通弦杆内部设置环形加劲肋,以提高节点承载力。铸钢节点域根据构件的几何尺寸与空间关系确定主通杆件与加劲肋的设置方式,采用渐变壁厚的方式满足受力平衡过渡以及铸造工艺的要求,并在构件端口设置构造环肋以及反向焊接坡口解决与钢管的连接。通过有限元分析与试验研究对上述节点构造的合理性进行了全面分析,确保节点具有较大的安全储备。     

加劲肋尺寸对垂直加劲肋方钢管柱-H梁节点的影响

垂直加劲肋节点适用于柱截面较小的方钢管(矩形管)柱和H型钢梁节点.因此,采用有限元方法,以垂直加劲肋长度和高度为主要参数,对垂直加劲肋节点的承载力、刚度、应力分布和破坏模式进行了分析.研究表明:垂直加劲肋节点承载力、弹性刚度和耗能能力均大于内隔板节点,但是强度和刚度退化严重;垂直加劲肋长度对节点承载力和刚度都有影响;加劲肋高度只对节点刚度有影响.     

PEC柱弱轴-H型钢梁节点抗震性能研究

通过对四个设置不同构造的节点试件进行低周反复试验,观察PEC柱弱轴-H型钢梁节点域设置竖向加劲肋后抗震性能的改变和节点域不设加劲肋单纯增加盖板厚度或端板厚度的抗震效果。结果表明,PEC柱弱轴-H型钢梁节点域设置竖向加劲肋后,其破坏形式和节点域关键部位应变分析结果理想,节点的承载力、延性、刚度和耗能能力明显提高,更好地满足了"强节点"的抗震设计要求。在不设加劲肋的情况下,单纯增加盖板厚度节点的破坏形式和节点域关键部位应变分析结果理想,节点的承载力提高,但延性和耗能能力会降低;单纯增加端板厚度节点的破坏形式没有发生改变,节点域关键部位应变分析不理想,节点承载力没有明显改变,延性和耗能能力会降低。     

部分包裹混凝土柱与型钢梁连接节点的抗震性能研究

本文对部分包裹混凝土柱与型钢梁外伸端板连接节点的抗震性能进行了试验研究。共设计了4个构造不同的梁柱节点,通过施加低周反复水平荷载,研究该节点各连接组件板域的应变分布及破坏模式,分析端板厚度、加劲板、背垫板对节点承载力、刚度、延性及耗能性能的影响。     

复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点抗震性能试验研究

借鉴方钢管混凝土柱-钢梁外肋环板节点形式,将非梁柱连接面的柱两侧外肋环板改为竖贴于柱侧的竖向肋板并伸出与梁翼缘焊接,同时设置锚固腹板,形成复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点。通过7个梁柱组合体试件的低周反复荷载试验,分析各试件的破坏过程及特征,并对试件的滞回性能、承载力、延性、耗能能力和承载力及刚度退化等抗震性能进行研究。研究结果表明：节点的破坏形态基本相同,梁端先屈曲,形成塑性铰;锚固腹板可有效提高节点的承载力和变形能力;竖向肋板外伸长度可提高试件的初始刚度,使梁端塑性铰外移,有效保护节点核心区;试件的滞回曲线呈明显的梭形,具有良好的承载力、延性及耗能能力;试件在整个加载过程中刚度退化现象明显,承载力退化很小,可应用于抗震设防地区。     

变截面方钢管轻骨料混凝土柱-H钢梁隔板贯通节点抗震性能试验研究

通过对变截面方钢管轻骨料混凝土柱-H钢梁圆弧扩大头隔板贯通节点和基本型节点进行低周往复加载试验,分析了该类节点的破坏形态、滞回性能、延性、承载力、刚度退化与耗能能力等。结果表明：隔板圆弧扩大头节点先在隔板圆弧扩大区形成塑性铰,随后梁腹板焊接孔开裂,梁翼缘对接焊缝延性拉断;基本型节点在梁翼缘对接焊缝侧边开裂,裂纹扩展迅速至脆断;隔板圆弧扩大头构造明显提高了节点延性和耗能能力,有效降低了节点区焊缝过于密集和焊接热影响区的交叉影响,避免了梁翼缘对接焊缝处的应力集中和过早脆断;隔板圆弧扩大头节点的承载力、塑性转角和耗能能力较基本型节点分别提高16.09%~22.25%、17.34%~63.94%和24.97%~44.32%;加载到节点破坏时,节点域和柱内轻骨料混凝土未发生压碎、剥离、拉裂或滑移破坏,说明该类节点的抗震性能主要受钢梁与隔板间焊缝影响。     

十字形钢管混凝土柱-H形钢梁框架节点抗震性能研究

为了研究十字形钢管混凝土柱-H形钢梁框架中节点的抗震性能和破坏机理,进行了6个缩尺比为1∶2的节点拟静力试验。观察节点的损伤过程及破坏模式,分析柱端荷载-位移滞回曲线、节点核心区剪力-剪切变形曲线、层间位移角组成、耗能能力及应力分布。采用ABAQUS软件建立钢管混凝土异形柱-H形钢梁框架节点的有限元分析模型,分析结果与试验结果吻合良好,并对节点核心区受剪承载力和节点刚度进行参数分析。研究结果表明：节点的滞回曲线饱满,延性系数介于2.63～4.45之间,等效黏滞阻尼系数介于0.202～0.241之间,节点域的变形和耗能能力较强;建立的有限元分析模型可用于模拟节点的抗震性能,有限元参数分析结果表明增加节点区钢管厚度可以明显提高核心区受剪承载力,增加竖向肋板尺寸可以有效提高节点刚度。为保证竖向肋板节点达到刚性节点要求,建议柱钢板宽厚比不大于30;竖向肋板翼缘外高度、翼缘内高度以及竖向肋板与梁翼缘连接长度分别不应小于梁翼缘宽度的30%、15%和150%;竖向肋板厚度不应小于梁翼缘厚度。     

Research on seismic behavior of cruciform special-shaped CFST column to H-section steel beam joint

为了研究十字形钢管混凝土柱-H形钢梁框架中节点的抗震性能和破坏机理，进行了6个缩尺比为1∶2的节点拟静力试验。观察节点的损伤过程及破坏模式，分析柱端荷载-位移滞回曲线、节点核心区剪力-剪切变形曲线、层间位移角组成、耗能能力及应力分布。采用ABAQUS软件建立钢管混凝土异形柱-H形钢梁框架节点的有限元分析模型，分析结果与试验结果吻合良好，并对节点核心区受剪承载力和节点刚度进行参数分析。研究结果表明：节点的滞回曲线饱满，延性系数介于2.63～4.45之间，等效黏滞阻尼系数介于0.202～0.241之间，节点域的变形和耗能能力较强；建立的有限元分析模型可用于模拟节点的抗震性能，有限元参数分析结果表明增加节点区钢管厚度可以明显提高核心区受剪承载力，增加竖向肋板尺寸可以有效提高节点刚度。为保证竖向肋板节点达到刚性节点要求，建议柱钢板宽厚比不大于30；竖向肋板翼缘外高度、翼缘内高度以及竖向肋板与梁翼缘连接长度分别不应小于梁翼缘宽度的30%、15%和150%；竖向肋板厚度不应小于梁翼缘厚度。     

装配式外套筒-加强式外伸端板组件梁柱连接节点抗震性能试验研究

针对装配式外套筒-加强式外伸端板组件梁与柱连接节点试件进行低周往复加载、单调加载试验,研究节点的受力机制、破坏模式、承载能力、耗能能力、延性和刚度退化等抗震性能。研究结果表明：节点初始转动刚度随外套筒壁厚的增加而增大,当外套筒壁厚由12mm增大到14mm时,节点初始转动刚度增大约17%。增大外套筒壁厚延迟节点的刚度退化速度;梁与柱采用高强螺栓外伸端板组件连接,可以提高节点的变形和耗能能力。梁柱对拉螺栓连接产生一定的“对拉效应”,使节点具有较大的转动能力,试件转角均超过0.035rad,可以满足“强节点”和大震对连接节点转动能力的要求;但是过于显著的对拉效应,使节点产生滑移,滞回环由“弓形”过渡到“反S形”,节点的耗能能力下降。设计中应通过选择合理的螺栓直径和外套筒壁厚、合理控制对拉螺栓的伸长值、减少外套筒与柱壁间的加工误差等措施,提高节点的刚度以及耗能能力。     

装配式RC梁柱塑性可控钢质节点抗震性能足尺试验研究

装配式RC梁柱塑性可控钢质节点由钢制节点模块、上下柱模块、梁模块以及阻尼器模块装配组成。通过对该装配式节点及现浇节点进行拟静力加载足尺试验，并采用ABAQUS软件进行有限元数值模拟，研究装配式节点承载力、滞回耗能、延性以及承载力退化等抗震性能指标。试验及有限元模拟结果表明：相较于现浇节点，装配式RC梁柱塑性可控钢质节点的滞回曲线更饱满，耗能能力更强，延性更好，承载能力退化更缓慢；该装配式节点的极限承载力低于现浇节点，但能有效控制混凝土损伤，避免梁端混凝土发生弯曲破坏，实现梁端“塑性可控”；建立的有限元模型可较准确地预测同种装配式节点的承载能力和变形能力。     

方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

基于非线性和再生混凝土损伤因子的塑性损伤本构,建立了外加强环全焊接刚性连接、外套管式端板连接半刚性连接以及顶底角钢全螺栓连接半刚性连接3种形式的方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析了各模型的抗震性能。结果表明:在低周循环加载下,柱内含有支撑骨架且没有穿柱构件时,有利于提高节点域核心再生混凝土的整体性,受力简单;采用外套管约束节点域,核心再生混凝土的应力、应变较小,有利于再生混凝土耐久性的提高;在相同轴压比、梁柱线刚度比的情况下,外加强环全焊接刚性节点承载能力和滞回耗能能力较高,但延性相对较差;顶底角钢全螺栓连接半刚性节点承载能力、滞回耗能能力相对较低,延性较好;外套管式端板连接半刚性节点的极限承载力、滞回耗能能力和延性性能都有良好的表现;在此基础上,对外套管式端板连接半刚性节点进行了荷载-位移影响参数分析。结果表明:轴压比在弹性阶段对节点的影响不大,在进入屈服和塑性强化阶段,随着轴压比的增高,节点的极限承载力和延性下降;在强柱弱梁的前提下,梁柱线刚度比的增加有利于节点弹性刚度和水平极限承载力的提高,屈服后梁柱线刚度比对节点刚度退化影响不大;钢材屈服强度影响主要体现在节点的极限水平承载力上;再生骨料取代率对节点的延性性能稍有影响;外套管和端板的厚度变化在一定范围时对节点的弹性刚度和极限承载力有一些影响,但增幅随着厚度的增加越来越小。     

Experimental study on seismic behavior of angle connection joints for concrete-filled square steel tubular column to steel beam

为了研究地震作用下方钢管混凝土柱-钢梁角钢连接节点的受力性能,设计了3个梁柱节点试件并对其进行低周往复循环荷载试验,分析了角钢短肢长肢比和角钢厚度对试件的刚度、承载力、耗能能力、延性性能及节点域剪切变形的影响。试验结果表明：角钢连接的塑性铰出现在角钢与柱壁相接触部位,往复荷载下最终破坏形态为角钢与柱壁焊接部位出现角钢撕裂现象,通过增加角钢短肢长肢比和增加角钢厚度可以将塑性铰外移,使角钢与柱壁相接触部位的撕裂程度减轻,从而有效保护节点核心区。增加角钢的厚度对节点的初始刚度及承载力影响明显,随着角钢厚度的增加,节点的初始刚度和承载力随之增加;增加角钢短肢长肢比能够提高节点的耗能能力和刚度。该节点具有较高的承载力、刚度及较大的变形能力,符合抗震设计理念。