Q690高强钢端板连接梁柱节点抗震性能试验研究

对3个齐平式端板螺栓连接节点试件进行低周反复荷载试验,其中1个为普通钢端板节点试件,另2个为Q690高强钢端板节点试件。通过改变端板和柱的尺寸与材料,得到普通钢与高强钢端板节点、刚性柱和非刚性柱节点的性能差别,并与欧洲规范EC3的计算结果进行对比。结果表明：Q690高强钢端板节点的受弯承载能力比Q345钢端板节点高30%,但因其端板弹性变形能力较强,易于导致螺栓破坏,因此,需提高螺栓的承载力以提高其延性;刚性柱节点的受弯承载能力与非刚性柱节点基本相同,但其转动能力、延性、耗能能力等抗震性能明显优于非刚性柱节点;EC3组件法普通钢节点承载能力的预测公式可直接用于高强钢端板节点,但转动刚度及破坏模式的预测方法并不适用于高强钢端板节点。     

超大承载力端板连接节点试验研究

在大跨或重载钢结构中,当梁柱之间需要采用螺栓连接时,如果普通构造的端板连接节点和大承载力端板连接节点不能满足承载力要求,则需要采用受拉区布置12颗或16颗螺栓的超大承载力端板连接节点。为研究该类型节点受力性能,进行4个超大承载力端板连接节点足尺试件的单调加载试验,得到各节点试件的弯矩-转角曲线,分析不同螺栓直径、端板厚度和螺栓布置形式下各节点的抗弯承载力、转动刚度和受拉区螺栓拉应变增量分布的特点。结果表明,在试验试件构造条件下超大承载力端板连接节点的弯曲失效模式为端板屈服后螺栓失效,端板厚度对节点承载力影响明显;各螺栓的拉应变增量分布不均匀,角部螺栓对节点抗弯承载力影响较小,建议在设计中移除或仅按抗剪螺栓考虑;建议节点域屈服承载力仍按照现行规范计算,该类节点的等效受拉螺栓数量取为7。     

H型钢梁与矩形钢管柱外伸式端板单向螺栓连接节点承载力试验与理论研究

介绍了H型钢梁与矩形钢管柱连接节点的节点类型和单向螺栓产品及其受力性能的研究现状。通过对3种不同形式的外伸式端板单向螺栓连接节点的单调静力加载试验,得到了各试件的破坏模式和弯矩 转角曲线,研究了螺栓承载力、端板厚度、柱壁厚度对节点破坏模式的影响。〖JP2〗基于试验现象提出了用于理论计算的螺栓力分布模式。运用EN 1993-1-8的等效T形连接件法计算了由端板材料强度控制的节点受弯承载力。利用屈服线理论,基于试验现象提出了钢管柱壁的屈服线模式,通过虚功原理求解出由柱壁材料强度控制的节点受弯承载力。研究表明,螺栓、端板、柱壁间的相对强弱关系直接影响节点的破坏模式,相对较弱的部件会先于节点中其余部件发生破坏。理论计算值与试验结果相比偏保守。最后提出了H型钢梁与矩形钢管柱连接节点的设计准则。     

六杆四面体单元端板式节点受力性能研究

提出了一种可满足六杆四面体单元装配化施工要求的节点形式——端板式节点。即六杆四面体单元的弦杆与腹杆相贯焊接于端板，通过端板上的高强螺栓实现单元之间的连接。设计并制作了2个足尺节点模型，分别考察其在压弯和轴拉荷载作用下的受力性能，得到了端板节点的位移、应变发展特点及破坏形态。采用ABAQUS软件进行考虑接触非线性的有限元分析，得到了杆件、端板及高强螺栓的应力和变形。试验和有限元分析结果表明：在压弯荷载作用下，端板节点发生杆件屈曲和近节点域处鼓曲变形破坏，且杆件屈曲破坏先于节点域鼓曲破坏；节点域高应力区主要集中在三杆相贯焊接形成“谷底”处；高强螺栓在整个加载过程中最大应力约为其屈服应力的10%。轴拉荷载作用下，节点发生端板拉屈破坏；位于缺口两侧的高强螺栓发生拉弯变形，建议适当增设加劲肋和增加端板厚度，以提高端板刚度。通过数值计算得到的端板节点宏观变形、荷载-位移曲线及部分荷载-应变曲线均能与试验结果较好吻合，反映了数值分析模型的有效性与准确性。     

铝合金板式节点平面外受弯滞回性能试验研究

为研究节点板厚度、节点板材质、是否设置抗剪键以及加载模式对铝合金板式节点滞回性能的影响,完成了4组共计8个试件平面外受弯的拟静力试验,对其变形特征、破坏模式、承载能力、延性以及耗能能力等进行了分析。结果表明：板式节点在平面外往复弯矩作用下的受力过程可以分为5个阶段,即弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压阶段、承载力退化阶段和破坏阶段;通过破坏后试件的形态特征可归纳出节点的两种破坏模式分别为杆件破坏和节点板块状拉剪破坏,且破坏模式与节点板厚度和杆件翼缘厚度密切相关;由于螺栓滑移的影响,节点的滞回曲线不够饱满;综合对比试件的骨架曲线、位移延性系数和能量耗散系数,节点板较厚的铝合金板式节点具有更好的承载能力、变形能力和耗能能力。     

铝合金板式节点平面外受弯滞回性能试验研究

为研究节点板厚度、节点板材质、是否设置抗剪键以及加载模式对铝合金板式节点滞回性能的影响,完成了4组共计8个试件平面外受弯的拟静力试验,对其变形特征、破坏模式、承载能力、延性以及耗能能力等进行了分析。结果表明:板式节点在平面外往复弯矩作用下的受力过程可以分为5个阶段,即弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压阶段、承载力退化阶段和破坏阶段;通过破坏后试件的形态特征可归纳出节点的两种破坏模式分别为杆件破坏和节点板块状拉剪破坏,且破坏模式与节点板厚度和杆件翼缘厚度密切相关;由于螺栓滑移的影响,节点的滞回曲线不够饱满;综合对比试件的骨架曲线、位移延性系数和能量耗散系数,节点板较厚的铝合金板式节点具有更好的承载能力、变形能力和耗能能力。     

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。     

异形空心构件螺栓端板连接节点受力机理及性能研究

结合国外某火车站站房钢结构异形构件,采用有限元接触单元研究了十字形端板连接节点的受力特点。首先介绍节点在单向荷载作用下不同位置螺栓的受力情况,并通过改变节点构件的尺寸及螺栓预紧力研究节点不同的失效模式;其次考察节点在往复加载下的受力性能,研究立柱板件厚度、端板厚度及螺栓预紧力的影响。本文的计算结果指出该节点的设计应考虑各构件之间的强度匹配,以保证节点具有足够的承载力及优良的耗能能力。     

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。     

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。     

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。     

Experimental and numerical analysis of a stop-splayed traditional timber scarf joint with key

Traditionally constructed heavy timber trusses employ scarf joints to transfer tensile forces between lower chord members. Scarf joints significantly impact the global stiffness of heavy timber trusses, yet little is known about their structural behavior. This paper describes a study recently completed on the commonly used stop-splayed scarf joint with a key. Experimental tests were performed on scarf joints replicated from a covered wooden bridge in Pennsylvania and compared to the numerical results of full, three-dimensional finite element models created using ABAQUS. The authors determined that the key has the most influence on scarf joint behavior as its orientation causes it to be loaded in compression perpendicular to grain. Experimental tests also revealed the importance of clamping bolts, without which a limit state of “key rolling” was observed. With two clamping bolts in place, the limit state was shear failure parallel to grain, which provides a more stable failure and a higher ultimate strength. The authors recommend to engineers that the scarf joint not be analyzed as a pure tension member; rather, it should be considered a member subject to combined tension and bending forces.     

Behavior of steel tension members subjected to uniaxial loading

Current design specifications for statically loaded tension members do not consider the bending effects due to connection eccentricity. However, recent experimental investigations have shown that connection eccentricity induced bending effects have the potential to significantly reduce the net section rupture capacity of a section. This study focuses on examining the effects of connection eccentricity and connection length on the ultimate capacity of bolted WT tension members. In particular, complementing prior experimental investigations by the authors and others, the main objective of this work is to develop robust finite element tools capable not only of estimating the failure loads but also to trace the entire load versus deflection path. In this study, the finite element analysis (FEA) of the WT section is carried out using eight node incompatible hexahedral elements (ABAQUS C3D8I element) capable of representing large deformation geometric and material nonlinearities. The connecting bolts are assumed to be rigid and a surface-to-surface contact is used to fully transfer the load from the gusset plate to the web. An elasto-plastic von Mises yield criterion combined with a tri-linear type constitutive model is used to represent the material nonlinear effects. The load corresponding to the load limit point is taken as the failure load of the WT specimen.Results of the finite element analyses are compared with experimental results, code predictions, and analytical predictions of the section capacity. The failure capacities predicted by the FEA are in excellent agreement with the experimentally observed failure capacities of the WT sections subjected to tensile loading.     

X形插板连接型钢结构梁柱节点受力性能

为提高采用梁柱栓焊连接节点的变电站的安装施工效率,考虑变电站钢结构受力性能特点,提出在方钢管柱4个角部的45°方向焊接柱端钢板,钢梁端部焊接梁端钢板,然后通过高强螺栓连接梁端钢板和柱端钢板形成一种新型X形插板连接型钢结构梁柱装配式节点。设计了4个具有不同梁端钢板厚度和螺栓直径的节点模型并进行了受力性能试验。采用ABAQUS软件建立了节点模型并验证了模型的准确性,基于校核后的节点有限元模型分析了柱端钢板厚度和螺栓数量对节点受力性能的影响。结果表明:节点破坏主要发生在钢梁与梁端钢板焊缝连接处; 增加梁端钢板厚度和螺栓直径能显著提高节点的转动刚度和承载力,但仍为半刚性连接节点; 增加柱端钢板厚度和增加螺栓数量可以减小柱端钢板的损伤,但对梁端钢板损伤几乎不产生影响,同时增加螺栓数量的设计方式还可以提高节点的承载力。     

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...     

ALC墙板钩头螺栓连接节点平面外抗冲切试验研究

为了解节点的受力性能,对13块钩头螺栓连接的ALC墙板节点试件进行了平面外荷载试验和有限元模拟。结果表明:对于使用钩头螺栓连接的蒸压加气混凝土墙板,在风荷载平面外吸力或向墙板外侧的水平地震作用下,通过垫片传递荷载,最终形成冲切破坏,整个破坏过程大致可分为开裂前的线性阶段、开裂阶段以及最后的破坏阶段; 抗冲切承载力将随着节点区域横向钢筋数量增加或钢筋间距减小而加大; 墙板厚度可明显影响抗冲切承载力; 配置抗冲切短钢筋是提高抗冲切承载力的有效方式; 节点破坏是沿着垫片四周按一定角度发生的冲切破坏,板长度方向的冲切破坏角在67.23°～71.07°之间变化,平均值为69.35°; 板宽度方向的冲切角在61.67°～68.42°之间变化,平均值为64.89°; 长度方向的冲切角略大于板宽方向,总体较为对称; 设计的试验方法符合钩头螺栓连接的受力特点,通过跨中节点试验与有限元模拟相结合,得到端部节点的抗冲切承载力约为跨中节点抗冲切承载力的73%,可以认为随着节点位置与板端距离的增加,冲切锥体体积及周长将会增大,从而提升冲切峰值荷载。     

方钢管混凝土穿芯高强螺栓-端板节点滞回性能研究

对3个方钢管混凝土柱穿芯高强螺栓-端板节点试件进行了伪静力试验研究。采用有限元程序ANSYS对节点进行了循环荷载作用下的三重非线性有限元分析,研究了轴压比、混凝土强度、高强螺栓预拉力、端板厚度及端板加劲肋等因素对节点滞回性能的影响。结果表明,轴压比和混凝土强度对节点滞回性能影响较小,减小高强螺栓预拉力将显著降低节点的耗能能力,端板加劲肋和端板厚度对节点性能有明显的影响,但设置加劲肋比增加端板厚度对改善节点性能更有效。试验与计算结果表明,穿芯高强螺栓-端板节点具有很好的强度、刚度、延性和耗能能力。     

圆端形钢管混凝土构件纯弯力学性能

为研究圆端形钢管混凝土构件的纯弯力学性能,对4个构件进行了纯弯试验,分析了高宽比和含钢率对纯弯曲作用下圆端形钢管混凝土构件破坏形态、挠度曲线、截面应变、抗弯承载力的影响。基于ABAQUS建立有限元模型对圆端形钢管混凝土构件纯弯性能进行模拟,试验结果与模拟结果吻合良好,利用验证后的模型对圆端形钢管混凝土构件进行了受力全过程分析以及参数分析。最后基于ABAQUS参数分析结果提出了圆端形钢管混凝土构件抗弯承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合良好。结果表明:圆端形钢管混凝土构件在纯弯曲作用下发生了明显的挠度变形,当跨中挠度达到L/25(L为试件长度)时,试件仍能承受较大的荷载,表现出良好的延性; 圆端形钢管混凝土构件的挠度曲线可假设为正弦半波曲线,其跨中截面基本保持为平截面; 当构件达到抗弯承载力时,钢管承受了大部分弯矩,圆弧段钢管相较于平直段钢管对混凝土的约束作用更强; 圆端形钢管混凝土构件的抗弯承载力随钢材强度的增大而增大,而混凝土强度的改变对其抗弯性能影响较小。     

新型冷弯箱形组合截面受弯构件力学性能研究

冷弯薄壁双轴对称箱形截面具有形心、弯心重合的特点,与单轴对称开口截面相比具有抗弯、扭刚度大的优点。基于箱形截面的以上特点,应用冷弯∑形构件两两电弧点焊连接,形成两种新型箱形组合截面——翼缘对焊箱形组合截面和翼缘叠焊箱形组合截面。采用非线性有限元的分析方法,通过对两种新型截面与相同参数的单肢∑形构件的细致比较分析,以及单一参数变化条件下新型截面构件的屈曲模式、变形过程、弯矩-曲率关系等方面的分析,全面研究两种新型截面受弯构件的静力学性能。研究表明:两种新型截面构件与其单肢∑形构件相比,具有抗弯承载力明显提高,构件不会出现畸变屈曲、局部变形小等性能优势,可以深入研究并合理推广使用。