地震作用下端板抗弯连接的受力性能

该文进行了8个足尺钢梁柱端板抗弯连接节点在循环荷载下的试验研究。试验考察的参数有端板厚度、螺栓直径、端板外伸加劲肋、柱加劲肋、端板类型（齐平端板及外伸端板）。试验给出了端板连接节点的弯矩承载力、转动刚度、转动能力及滞同曲线结果。试验结果表明外伸端板连接具有抗震框架所要求的足够的承载力、节点转动刚度、延性及耗能能力。基于试验结果和理论分析,提出了抗震框架端板连接的节点构造,推荐给出了三种破坏模式需求及相应的承载力,     

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。     

带加劲肋顶底角钢梁柱连接节点试验研究

为了研究带加劲肋顶底角钢梁柱连接节点受弯性能与抗震性能,分别进行了5个不同构造的角钢连接试件的单调加载试验和4种带加劲肋角钢连接试件的循环加载试验。单调加载试验结果表明:节点在负弯矩作用下,仅增设顶角钢加劲肋能够较大幅提高节点初始转动刚度与荷载,破坏模式为加劲肋处焊缝脱开;仅增设底角钢加劲肋对节点初始转动刚度影响较小,但能够增加节点的荷载。采用循环加载试验分别考察了4种不同构造的加劲肋角钢连接节点的破坏机制、滞回曲线、延性、耗能、以及刚度。结果表明:加劲肋顶底角钢连接节点是一种典型的半刚性、部分强度连接,具备良好的转动能力和耗能能力,节点破坏模式为角钢与加劲肋处呈弧状塑性铰断裂,极限弯矩对应的层间位移角均在0.04 rad以上,可满足美国规范FEMA 350不小于0.03 rad的延性设计要求。在加劲肋试件达到层间位移角0.08 rad时,节点还能够承受0.5Mmax以上的弯矩。     

钢管混凝土组合节点的抗震性能及其影响因素研究

采取柱端加载模式进行了4组钢管混凝土柱单边螺栓端板连接节点的拟静力加载试验,考察了柱截面空心率和端板连接形式对节点破坏模式、柱端载荷-位移滞回曲线、弯矩-转角关系曲线和耗能能力的影响。结果表明,平齐端板连接和外伸端板连接节点试件的破坏模式基本相同;在相同空心率条件下,平齐端板连接节点柱边缘的裂缝相较于外伸端板连接节点试件更少,外伸端板连接节点试件的极限承载力、耗能能力、初始刚度、抗弯承载力和初始转动刚度要高于平齐端板连接节点试件;在相同端板连接条件下,空心率较低的节点试件的极限承载力、耗能能力、初始刚度、抗弯承载力和初始转动刚度要高于空心率较高的节点试件。在极限状态下,4种节点试件的等效粘滞阻尼系数ξ_c都保持在0.204～0.235之间,耗能能力优于钢筋混凝土柱节点,并与钢管混凝土柱外加强环节点的耗能能力相当,4种节点试件具有较强的耗能能力。     

钢管混凝土组合节点的抗震性能及其影响因素研究

为研究钢管混凝土柱节点的抗震性能及其影响因素,采取柱端加载模式进行了4组钢管混凝土柱单边螺栓端板连接节点的拟静力加载试验,考察了柱截面空心率和端板连接形式对节点破坏模式、柱端载荷-位移滞回曲线、弯矩-转角关系曲线和耗能能力的影响。结果表明,平齐端板连接和外伸端板连接节点试件的破坏模式基本相同,都包含端板屈曲变形、M16螺栓出现部分滑移、梁端翼缘屈曲变形、局部栓钉剪切破坏、楼板柱根部出现裂缝和柱边混凝土破坏的过程;平齐端板和外伸端板连接节点试件,在加载过程中都未出现屈曲变形或者破坏,说明钢管混凝土柱在较大侧向位移作用下,具有较好的抵御撕裂和屈曲变形的能力;在相同空心率条件下,平齐端板连接节点柱边缘的裂缝相较于外伸端板连接节点试件更少,外伸端板连接节点试件的极限承载力、耗能能力、正向载荷和负向载荷作用下的极限承载力和初始刚度、正弯矩和负弯矩作用下的抗弯承载力和初始转动刚度要高于平齐端板连接节点试件;在相同端板连接条件下,空心率较低的节点试件的极限承载力、耗能能力、正向载荷和负向载荷作用下的极限承载力和初始刚度、正弯矩和负弯矩作用下的抗弯承载力和初始转动刚度要高于空心率较高的节点试件。在极限状态下,4种节点试件的等效粘滞阻尼系数ξ_c都保持在0. 204～0. 235之间,耗能能力优于钢筋混凝土柱节点,并与钢管混凝土柱外加强环节点的耗能能力相当,4种节点试件具有较强的耗能能力。     

矩形钢管柱与H型钢梁单边螺栓连接节点的抗震性能与恢复力模型研究

为研究矩形钢管柱与H型钢梁单边螺栓连接节点抗震性能,对5个单边高强螺栓连接节点试件和1个常规高强螺栓连接节点试件进行了拟静力试验,研究了矩形钢管柱与H型钢梁单边螺栓连接节点破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、刚度退化等抗震性能指标,对比了单边高强螺栓与常规高强螺栓连接节点抗震性能的差异性;分析了节点构造参数对单边高强螺栓连接节点抗震性能的影响,根据节点滞回特性和单边高强螺栓受力特点提出了节点恢复力模型。研究结果表明:节点试件的破坏模式中单边高强螺栓均产生滑移现象;节点试件的滞回曲线捏缩严重,滞回曲线呈反S形,且有明显滑移直线段;节点试件初始转动刚度约为常规高强螺栓连接节点的70%,单边高强螺栓滑移使节点具有很大的转动变形能力,节点试件的极限转角为0.06~0.08 rad;节点的受弯承载力与常规高强螺栓连接节点基本一致,单边高强螺栓能够满足节点承载力设计要求;节点试件的等效黏滞阻尼系数为0.15~0.17,等效耗能系数为1.29~1.77,延性系数为1.62~2.26,其耗能和延性性能均低于常规高强螺栓连接节点;通过设置端板加劲肋可有效提高节点试件的抗震性能,设置内隔板对节点试件的抗震性能提高效果不明显;提出的节点恢复力计算模型与节点试件的试验曲线吻合较好。     

法兰连接L形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓节点抗震性能研究

为降低多高层钢结构的梁柱间的装配难度,提出了法兰连接L形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓装配节点,包括梁与柱连接和柱与柱连接,梁与柱现场全螺栓连接,柱与柱现场法兰连接。为研究连接件形式及加劲肋对该种节点抗震性能的影响,以改变连接件形式、加劲构造为主要变化参数,设计了4个该类型节点,通过低周反复加载试验和有限元分析获得了节点的破坏模式、滞回曲线、耗能能力和性能指标。研究结果表明：4个节点的滞回曲线均呈梭形,具有良好的耗能能力;节点正负方向的塑性转角超过0.05 rad,满足抗震规范要求;L形连接件与T形连接件均有足够的刚度传递荷载,4个节点的破坏模式、耗能能力与滞回曲线形状较为接近;连接件与梁翼缘之间的滑移提高了节点的延性、耗能能力与转动能力。     

装配式钢质塑性可控铰抗震性能试验研究

装配式混凝土结构节点及其连接是抗震薄弱环节,有必要发展高性能的节点及其连接形式,为此,提出一种装配式塑性可控、可更换部件的钢质塑性可控铰连接节点,并对该节点关键耗能部件——钢质塑性可控铰进行低周往复荷载试验,考察其弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、承载能力、转动刚度、破坏模式、延性、能量耗散能力等抗震性能,研究翼缘核心板开...     

钢-混凝土组合节点平齐式端板连接抗震性能试验研究

为研究混凝土板内纵向钢筋配筋率和柱翼缘填充混凝土对平齐式端板连接钢-混凝土组合节点抗震性能的影响,对1个平齐式端板连接钢-混凝土组合梁与组合柱节点和3个平齐式端板连接钢-混凝土组合梁与钢柱节点进行了低周反复加载试验,研究了节点试件变形特征与破坏模式、弯矩-转角滞回曲线及骨架曲线等,探讨了试件承载力、承载力退化、延性及耗能能力等的影响,利用组件法对负弯矩作用下的梁端初始转动刚度进行了分析计算,并建立了考虑刚度退化的恢复力模型。研究结果表明:提高混凝土板纵向配筋率可有效提高在负弯矩作用下的梁端极限弯矩和初始转动刚度,但对正弯矩作用下的梁端极限弯矩与开裂弯矩影响不大;采用柱翼缘填充混凝土可有效提高梁端初始转动刚度和延性;提出了梁端初始转动刚度计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

箱形节点域外伸端板弱轴连接的滞回性能研究

提出了一种适用于H形柱的箱形节点域外伸端板弱轴连接,利用有限元软件ABAQUS对8个不同构造形式的端板连接进行了研究,分析了节点的破坏形式、弯矩 转角滞回曲线、承载能力及转动能力等。结果表明:8个不同构造形式的端板连接均为半刚性节点;在循环荷载作用下,箱形节点域端板连接节点的破坏均出现在端板上,而柱子节点域基本完好;当层间位移角为0.04 rad时,各节点的承载力均大于0.8倍钢梁全截面塑性弯矩;端板外伸加劲肋的设置使节点的极限承载力提高10%左右,但耗能能力却下降了4%,建议外伸端板不另设加劲肋;端板厚度为16 mm,即与蒙皮板厚度相差较小时,节点的承载能力、耗能能力较好;提升端板材性能提高节点承载能力,但端板材性提升过大反而会降低节点耗能能力,建议端板材性只提高1个等级。     

钢框架梁柱外伸式端板螺栓连接抗震性能分析

通过19个梁柱节点试件的有限元分析,以端板尺寸、螺栓间距、端板加劲肋以及柱腹板加劲肋等为试验参数,分析了节点的初始转动刚度和极限承载能力、延性与耗能、破坏形态等的影响,研究了螺栓端板连接的抗震性能,为钢结构抗震设计提供必要的理论依据。     

半刚性端板节点在循环荷载作用下的非线性有限元分析

运用有限元数值分析软件ABAQUS建立半刚性端板节点模型,对其在循环荷载作用下进行非线性有限元分析,并与相应的试验结果进行了比较验证.结果表明:用ABAQUS建立的有限元模型能够准确地模拟端板节点在循环荷载作用下的整体受力性能,为进一步运用该模型对各种不同形式和构造的端板节点进行全面的有限元非线性参数分析计算提供了正确依据.并分析得出了端板厚度、螺栓直径、螺栓布置、端板加劲肋等因素对端板节点承载力、极限转动能力、耗能能力和延性的影响特性,为半刚性端板节点的抗震设计提供了参考依据.     

门式刚架含缺陷外伸式端板梁柱节点有限元分析与试验研究

对1个符合规范要求(无缺陷)和3个不符合规范要求(含缺陷)的门式刚架外伸式端板连接节点进行了承载力试验及相应的有限元分析,以了解实际工程中存在的含缺陷节点的力学性能,并对该类节点在正负弯矩作用下的性能进行了有限元分析。研究结果表明:在节点域屈曲起控制的节点中,节点域设置加劲肋对提高节点的承载力作用相当显著;相对于梁端板和柱翼缘同时加厚的无缺陷节点,含缺陷节点的极限承载力基本接近,但其弹性抗弯能力下降、初始转动刚度有所下降,其性能分析适合采用半刚性理论。所采用的有限元分析方法结果可靠,可为含缺陷节点的门式刚架结构的整体受力分析或后续加固提供依据。     

Finite element analysis on the static behaviour of wide-type large capacity end-plate connections

Compared to the traditional two-column-bolt layout, the wide-type end-plate connections with four bolts in a row could resist a greater moment. In this paper, a detailed verified finite element model is employed to analyse the static behaviour of six wide-type end-plate connections, where parameters such as the end-plate thickness, bolt layout, extended or flushed end plate and the geometry of the stiffener are covered. The simulation results demonstrate that (1) in the elastic range, the transferred tension force of the bolts far from the beam web is about 0.33～0.67 times that of the closer ones; (2) the shear force in the bolts is tiny; (3) at the ultimate state the bolts located far from the beam flange have a significant contribution to the loading capacity of the connection while it shows little contribution in the elastic state. In addition, a yield-line model of the tension part of the end plate is proposed.     

Experimental investigation on flush end-plate bolted composite connection in fire

Three tests at elevated temperatures were carried out to invest the fire-resistant capacity of flush end-plate composite joints. The axial force was considered in two of the three tests simulating fire conditions to investigate its effect on the connection's load carrying ability (one with fire protection and the other without fire protection). Summaries have been given on the failure mechanisms, temperature distribution, loading carrying capacity of the composite joint and the mutual influence between joints and beams at elevated temperatures. Date shows that the failure mode of the flush end-plate joint without stiffener is usually dominated with the yielding of the bottom flange of steel beam near the supports, elements of the composite connection have different rate of temperature increase, and the axial force from restrained composite beam influences the rotational stiffness and moment capacity of joints. This paper also theoretically presents how the interaction of joints and beam developed in fire conditions. A practical simplified method is proposed to calculate the non-linear variable characteristics of composite connection in the analysis of catenary action of beams at elevated temperatures. The proposed method is verified by the experimental investigations. This study offers a feasibility of fire-resisting design and evaluation for the composite beam with semi-rigid connections in the complete temperature range.     

加劲肋和端板厚度对梁柱边节点抗火性能的影响

使用火灾试验炉,对钢框架中常用的三种节点形式:全焊节点、栓焊节点、外伸端板节点进行8个试件火灾行为的试验研究。2个全焊节点和2个栓焊节点分别分为节点区有无加劲肋两种情况,4个外伸端板节点考虑两种端板厚度12mm和16mm,每种端板厚度又分为有无加劲肋两种情况。试验结果表明:加劲肋对全焊节点和外伸端板节点的抗火性能均有较大程度的提高。端板厚度对外伸端板节点的抗火性能影响不大。     

Cyclic Behaviour of Fully-Rigid and Semi-Rigid Steel Beam-to-Column Connections

A test program was considered to clarify the cyclic characteristics of eight full-scale unstiffened extended end-plates with variable parameters and one SidePlate moment connection. All specimens were subjected to 2010 AISC seismic provision loading protocol where flexural strengths were identified at each interstorey drift angle. The results showed that all unstiffened extended end-plate failed to develop full inelastic capacity of connected beams and plastic hinges mainly appeared in the connection’s components. On the other hand, the SidePlate moment connection had the capacity to develop adequate interstorey drift angles up to 0.06 rad, indicating that this type of connection possesses sufficient stiffness and strength to be classified as a rigid and full-strength connection. The results also showed that SidePlate possesses considerably more energy dissipation capacity and an equivalent hysteretic damping ratio compared to unstiffened extended end-plate specimens, especially at higher interstorey drift angles.     

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。