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。     

高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱框架节点抗震性能试验研究

为解决现有单边螺栓容易拔出、钢管柱壁板撕裂等锚固不足问题,提出高强钢板-螺栓组合连接副,用于钢管柱框架节点。为研究该类节点的抗震性能和破坏模式,设计4个足尺比例的高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱框架节点试件,变化参数为螺栓规格和钢梁端板厚度,分别进行单调加载静力试验和循环加载拟静力试验,考察节点破坏模式、转动能力、连接系数、耗能能力及螺栓拉力。研究表明:M20-20、M24-25两种钢板螺栓组合连接节点可达到抗震规范的节点承载力连接系数限值要求,为半刚性节点;单调和循环两种加载方式下节点的破坏模式相近,节点域应变和变形都较小,对节点转动角度影响可以忽略;循环加载下节点的破坏位移明显较单调加载的小,梁端受弯承载力略有提高,芯筒端部钢管柱应变显著增长,M24-25节点的耗能能力较M20-20的高约10%;循环荷载作用下的螺栓最大实测拉力大于单调荷载作用下的螺栓最大拉力,组合连接副承载力的设计方法有待进一步研究。     

冷弯薄壁方钢管混凝土梁柱节点抗震性能试验研究北大核心CSCD

冷弯薄壁型钢结构房屋中杆件壁板较薄,梁柱节点连接区域常发生柱板件被拉裂现象。向薄壁柱内灌入低强度混凝土,可有效提高梁柱节点抵抗外荷载的能力。开展4种类型共8个节点在不同轴压比下的低周往复加载试验,探讨节点抗震性能。结果表明:普通空钢管柱焊接节点破坏前所经历的循环次数较少,节点域部位焊缝及焊缝附近板件发生断裂;加腋节点极限承载力比普通焊接节点提高很多,耗能能力较强,破坏时加腋端梁截面局部屈曲,其承载力比螺栓贯穿式节点承载力高;钢管混凝土柱直接焊接节点在一定程度上抑制了节点域柱板件断裂,螺栓贯穿式节点梁端板件发生断裂和梁与端板连接的焊缝也被拉裂;轴压比对空钢管柱节点的抗震性能影响较大,但对钢管混凝土柱节点影响较小。     

高强螺栓外伸端板连接受力性能分析

分析高强螺栓外伸端板连接中,端板厚度、螺栓直径、节点域加劲肋、端板加劲肋等对高强螺栓拉力分布和承载力的影响.分析结果表明:1)随着外伸端板厚度增加,高强螺栓受到的拉力减小,当端板厚度较薄时,由于板件变形产生的附加撬力使高强螺栓受到的拉力增大,进一步证明了高强螺栓受拉连接中撬力的存在以及对其产生的不利影响;2)外伸端板受...     

铝合金网壳箱形-工字形杆件盘式节点受力性能试验研究

为研究铝合金网壳箱形、工字形截面杆件盘式连接节点(又称TEMCOR节点、板式节点)的受力性能,对南京牛首山佛顶宫工程典型铝合金盘式节点足尺试件进行了静力加载试验,采用通用有限元程序ABAQUS对加载过程进行全过程数值模拟。在进行静力加载试验时,铝合金杆件端部采用铰接,在节点盘中心区域设置加载板进行竖向加载。研究结果表明：在节点盘中心竖向荷载作用下试件发生脆性破坏。对向两杆为箱形截面（试件JD1）时,箱形截面杆件下翼缘发生断裂,上下节点盘屈曲,且与断面相邻的螺栓被拉断;对向杆件为工字形截面（试件JD2）时,下节点盘发生块状撕裂,破坏时铝合金型材及螺栓均无屈曲和破坏。在极限荷载作用下,试件JD1杆件腹板及节点盘仍处于弹性工作状态,箱形截面中性轴位于截面中间;试件JD2铝合金型材处于弹性工作状态,工字形截面中性轴位于截面强轴以下1/6腹板高度处,下节点盘在α=60°及α=180°方向应力较大,接近屈服强度。试件JD1的极限荷载和初始刚度均约为试件JD2的1.5倍。根据对称性建立的节点试件数值模型分析所得的局部应力、荷载-位移曲线及弯矩-转角曲线与试验结果吻合较好,可以用于此类节点的数值模拟。     

装配式方钢管柱座节点竖向受力性能影响因素分析

基于装配式建筑采用的方钢管钢柱与板块连接节点即柱座节点的重要性,利用有限元分析软件ABAQUS建立该节点的数值模型,分析法兰板厚度、螺栓孔直径大小、高强螺栓预紧力和高强螺栓型号4个影响因素对柱座节点竖向荷载-位移曲线、钢柱法兰板螺栓孔壁应力、钢梁法兰板螺栓孔壁应力和高强螺栓滑移量的影响。由分析可知:法兰板厚度对柱座节点的竖向受力性能影响较大;螺栓孔直径大小对柱座节点的极限位移、延性系数和钢柱法兰板螺栓孔壁应力影响较大;高强螺栓预紧力对钢柱法兰板螺栓孔壁应力和高强螺栓滑移量影响较大;高强螺栓型号对柱座节点的屈服位移、屈服承载力、极限位移、延性系数、钢柱法兰板螺栓孔壁应力和高强螺栓滑移量均有较大的影响。     

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-bolt)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。研究结果表明:随端板厚度增加,节点承载力不断增加,当端板厚度达到16mm后,端板厚度不再是节点承载力控制的主要因素;在其他条件不变的情况下,柱壁厚度对节点承载能力及转动能力有显著影响,柱壁厚度增加可有效提高节点刚度和承载能力。节点的极限转角较大,节点具有良好的变形能力,破坏形态主要有端板弯曲变形、单向螺栓套筒剪断和柱壁鼓曲变形破坏3种。     

不同焊接方式下圆钢管节点力学性能的试验比较

对两个不同焊接方式的空间KTT型圆管搭接节点进行了静力试验,一个节点是所有腹杆沿节点相贯线全周焊接,另一个节点是被搭接的腹杆沿相贯线的部分周长焊接.综合比较了两种节点在破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、Mises应力分布和节点承载力等方面的差异.研究结果显示不同的焊接方式没有引起节点承载力的显著差别,但引起节点破坏模式的不同.这初步表明对非直接承受动力荷载的圆管搭接节点,被搭接的腹杆可考虑采用部分周焊.     

波折腹板钢梁柱弱轴半刚性连接性能研究

为研究波折腹板钢梁柱弱轴半刚性连接的性能,采用有限元软件ANSYS建立三维实体有限元模型,对连接进行加载模拟,得到弯矩-转角曲线、最大荷载时的节点区位移和von Mises应力云图、端板及节点附近柱腹板应变和变形,分析连接的受力性能。讨论了梁腹板高度、端板厚度和螺栓直径对弯矩-转角曲线的影响。研究结果表明:与梁受拉翼缘连接处的端板及与节点区域柱上加劲肋附近的腹板变形是梁柱产生相对转动的主要因素;梁腹板高度对连接的初始转动刚度及抗弯承载力有显著的影响;当板厚度与螺栓直径较小时,端板厚度与螺栓直径的变化对节点连接性能有较大的影响;随着外荷载的增加,弯矩-转角曲线由线性特征转为非线性。     

高温下(后)10.9级高强螺栓蠕变性能研究

高强螺栓作为钢结构连接中重要的受力部件，应力水平高，高温下易产生蠕变，会导致连接节点发生大变形而破坏，影响整体结构抗火性能。为此，对10.9级高强螺栓在高温下和高温后的蠕变行为进行试验研究，通过DIC测量方法获得不同温度和应力水平下螺栓的蠕变曲线；对破坏的10.9级高强螺栓进行电镜扫描，研究其断口微观形貌和破坏机理；基于试验数据提出了高强螺栓的高温蠕变模型，并针对T形节点抗火性能进行参数分析。研究表明：高温下高强螺栓的蠕变显著，蠕变应变与温度和应力比正相关，但高温后蠕变现象不明显；高温后高强螺栓断口呈杯口状，具有脆性沿晶断裂特征，而高温下螺栓颈缩明显，呈塑性穿晶断裂特征；Field&Field蠕变模型适用于表征高强螺栓高温蠕变性能，温度、荷载和持时是影响高强螺栓高温蠕变的主要因素，螺栓蠕变对钢节点抗火性能影响较大，不考虑蠕变影响偏不安全。     

Numerical analyses of semi-rigid joints subjected to bending with and without axial force

Socket joint systems are typical semi-rigid joints used in space structures. This paper presents numerical analyses of semi-rigid joint systems in which the bolts are pretensioned. Eleven numerical models of socket joints are studied: three of them are subjected to bending and the others are subjected to proportional bending and axial compression. Moment–rotation relationships of the joints are obtained using models in which the material and geometric nonlinearity are taken into account. The load-carrying mechanism of socket joint system is investigated in detail through the numerical analysis. Through comparison of the finite element analysis (FEA) and corresponding test measurements, it is shown that the proposed FEA models can be used effectively to describe the mechanical performance of the semi-rigid joints in spatial structures, including the initial bending stiffness, ultimate bending moment, deformation and the failure mode.     

端板连接高强度螺栓群中和轴位置研究

为研究端板连接中高强度螺栓群的中和轴位置变化,对门式刚架外伸式端板连接进行了试验研究与理论计算.试验采用4种梁截面尺寸,选择端板厚度和端板加劲肋作为研究参数,对12个试件进行了单调加载试验,通过在螺栓杆无螺纹区开槽粘贴应变片测量了端板螺栓力的变化情况.理论计算系建立带弹性支座的连续梁模型模拟端板连接,将模型计算结果与试验结果比较分析,结果表明：加载过程中,螺栓群中和轴逐渐从其形心轴向受压区移动,但不超过受压翼缘内侧螺栓中心线;极限状态下,受拉翼缘和端板可简化为等效T型件.根据理论模型,进行了简单的参数分析,研究了撬力、端板厚度和螺栓排列等对连接性能的影响.最后结合试验结果及理论计算,对现有计算方法进行了评价.     

工字形截面压弯的局部稳定性

对压力和弯矩作用下工字形截面考虑板件间相互作用时的局部稳定性进行研究。在轴压下,得到精确的腹板弹性屈曲系数解析解;在压弯和弯曲作用下采用有限元方法求解;在轴压和弯曲单独作用情况下,拟合了精度很好的腹板屈曲系数计算公式;在压力和弯矩共同作用下则提出了压力和弯矩相关作用公式,拟合了相关作用公式中的指数。     

HRB600级钢筋高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究HRB600级钢筋高强混凝土柱的抗震性能,进行9根截面尺寸为600mm×600mm的高强混凝土柱在工程实际轴压比条件下的低周反复荷载试验,主要设计变化参数为钢筋等级、箍筋间距、混凝土强度和轴压比。对比分析各试件的破坏形态、滞回性能、承载力、延性、刚度退化和耗能能力,基于试验建立HRB600级钢筋高强混凝土柱的恢复力模型。结果表明：各试件的破坏形态相似,均为延性弯曲破坏,柱底出现塑性铰,纵筋屈曲,混凝土保护层脱落;HRB600级钢筋高强混凝土柱不仅具有较好的滞回性能以及变形与耗能能力,且震后可恢复性能相对较好;高强混凝土柱设计中,HRB600级钢筋与C80混凝土匹配应用效果较优;合理配置箍筋,可使HRB600级钢筋高强混凝土柱在高轴压比条件下的延性系数大于4.0;文章基于足尺构件试验建立的恢复力模型,以期可为相关工程结构抗震弹塑性分析提供参考。     

Influence of shear deformation on restrained torsional warping of pultruded FRP bars of open cross-section

Pultruded FRP bars of open cross-section possess relatively low transverse shear moduli in relation to their axial and flexural moduli. This can result in shear deformation constituting a significant proportion of the total deformation induced by non-uniform bending, and a reduction in the buckling loads of members subjected to axial compression and bending. Herein an approximate theory for quantifying the influence of shear deformation on the restrained torsional warping of pultruded FRP bars of open cross-section is presented. Contrary to expectations the theory indicates that the influence of shear deformation on the restrained warping torsional stiffness of such members is not significant. The theory is validated by a series of bending and torsion tests on three pultruded FRP I-beams.     

钢板攻丝高强螺栓连接钢框架节点力学性能试验研究

对采用钢板攻丝高强螺栓连接的钢框架节点分别进行了高强螺栓拉伸及剪切试验、钢柱法兰连接节点静力及拟静力试验、梁柱半刚性连接静力试验.基于试验数据对节点连接的承载能力、失效模式以及刚度特征等关键问题进行了分析.研究结果表明:由自攻螺纹钢板及高强螺栓构成的连接形式具有良好的抗拉、抗剪性能,以螺杆断裂为最终破坏模式;钢柱法兰连...     

外伸式端板连接蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点抗震性能试验研究

通过7个1∶2比例外伸式端板连接蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点的低周反复加载试验,研究不同螺栓数目、直径及排列方式的外伸式端板连接蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点在各受力阶段的抗震性能和合理的节点构造形式。基于试验数据,分析了节点在反复荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性和耗能性能等。试验结果表明：试件的破坏形态和变形与螺栓数目、直径及排列方式有关,外伸端板螺栓连接中螺栓数目多、直径大的节点连接形式的承载力高,抗震性能较好;8个端板螺栓4行2列的排列形式为最合理的抗震节点形式;外伸端板螺栓数量为8个时的延性和耗能性能都能满足抗震的要求。     

Experimentally analyzed stability and ductility behaviour of a space-truss roof system

A space-truss roof-system [1], was experimentally analysed to determinate the behaviour of this system until collapse. The main aim of the investigation to find what is the stability and ductility behaviour of this system under eccentric and concentric force and to investigate an adequate moment-rotation function to model the behaviour of the truss connections as semi-rigid joints in the numerical model.A symmetrical space-truss section was examined. This system contains thin-walled hollow squared sections as truss bars, and every bar has uniform length. In every joint eight bars are connected by high-strength pre-stressed bolts. Inductive transducers measured the deflections of joints, and strain gauges measured the strains in the investigated bars. Four strain gauges were in the mainly tension members and eight strain gauges were in the mainly compression members, each end of the bars.This paper deals with the detailed investigation of this roof system during the “elastic” range and the collapse.     

H形截面钢柱预压抗弯型连接节点受力性能试验研究

为满足钢结构快速绿色施工的需要,设计了一种新型H形截面钢柱拼接节点,即钢柱预压抗弯型节点。为研究此节点的受力性能,设计了3个足尺试件,对其进行低周往复加载试验,分析节点破坏模式、应力分布规律及对H形截面钢柱承载能力和刚度的影响。试验结果表明：柱拼接处翼缘首先发生屈曲变形,但对高强度螺栓施加的高预拉力使得柱仍然有较强的承载能力;节点处加劲肋对法兰板加劲效果明显,应力始终保持较低值,未发生屈曲变形;节点滞回曲线显示拼接柱水平位移较小,柱在节点处能量消耗小,保证了被连接构件刚度的连续性;节点区的剪切变形角最大为0.002 3 rad,变形较小。研究表明此节点是一种性能优良的H形截面钢柱拼接节点。