带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点设计方法研究

采用屈服点低、高延性、高耗能能力的低屈服点钢材制作钢框架节点的连接组件,实现耗散地震能量与震后可更换功能叠加,为震后可恢复功能结构提供一种优质解决方案。为提出带低屈服点钢材"延性保险丝"的钢框架盖板连接节点的设计方法,首先采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性计算模型,结合已有钢框架螺栓连接节点拟静力试验,验证数值模型的准确性和适用性。在此基础上,探讨不同影响因子对带低屈服点钢材"延性保险丝"的钢框架盖板连接节点工作性能的影响,获得各个影响因子与盖板"结构保险丝"作用的定量关系,最终提出了带低屈服点钢材"延性保险丝"的钢框架盖板连接节点的设计方法和设计流程,并采用实际工程设计算例进行验证。研究结果表明:拼接缝宽度、腹板盖板厚度与梁宽对节点实际承载力系数和盖板"结构保险丝"作用的影响较小;而拼接位置、梁高和翼缘盖板厚度是影响节点实际承载力系数的关键因子,设计不合理时会令"结构保险丝"作用提早失效;基于计算结果拟合得到节点设计承载力系数临界值与拼接位置和梁高的定量表达式,当设计承载力系数小于临界值时,低屈服点钢材盖板"结构保险丝"作用充分发挥;当设计承载力系数大于临界值时,随着设计承载力...     

带LYP160钢连接组件的扩翼型盖板连接节点抗震行为研究

为在新型城镇化进程中推广使用带有震后可更换构件的结构体系,对钢框架体系中带低屈服点LYP160钢材盖板连接组件的节点进行梁柱连接部位扩大梁翼缘截面的改进,提高节点承载能力及“保险丝”作用效果。采用通用有限元软件ABAQUS建立全螺栓连接节点数值模型,结合国内外典型试验结果,验证数值模型的准确性和适用性。通过建立不同扩翼程度、不同削弱程度的盖板连接节点模型,对比其承载性能、滞回性能、断裂性能以及耗能能力等,深入探讨不同扩翼程度对不同削弱程度的扩翼型盖板连接节点抗震行为的影响,并给出此类节点的设计流程,为工程应用提供参考依据。研究结果表明:扩大梁端翼缘截面可增加盖板连接组件耗能,减少主体结构进入塑性程度及耗能比例,有效转移塑性铰位置,提高节点“保险丝”作用效果及作用时间;随着扩翼程度的增大,节点所需的承载力系数设计值提高,使节点避免过度削弱,兼顾正常使用承载能力及可更换“保险丝”作用,但当扩翼达到一定程度后,对盖板连接组件耗能比例的提高作用有限;基于计算结果拟合得到节点承载力系数限值与扩翼系数的关系曲线,为保证“保险丝”作用充分发挥,应保证承载力系数设计值小于承载力系数限值,扩翼型节点的承载力系数限值比未扩翼型节点提高22%,实现对节点进行较小削弱就能充分发挥“保险丝”作用效果的目标。     

低屈服点钢材与Q345B和Q460D钢材本构关系对比研究

为进一步探讨材料本构行为对构件及结构受力性能的影响,首先,进行了LYP100低屈服点钢材的本构关系试验研究,分析此材料的单调性能、滞回性能、耗能能力及循环本构模型等。在此基础上,全面对比LYP100和LYP160低屈服点钢材、普通钢材（Q345B）及高强度钢材（Q460D）的本构关系。最后,通过对比不同钢材的循环本构模型以及理想弹塑性模型对结构构件滞回行为的预测结果,深入研究材料本构关系对构件及结构的重要影响。结果表明:低屈服点钢材单调以及循环强屈比均在2.0~3.0以上,是普通钢材以及高强度钢材的2.0倍~3.0倍。同时,低屈服点钢材具有更好的延性和耗能能力。由于低屈服点钢材具有显著的各向同性强化行为,其采用循环本构模型和理想弹塑性模型的计算结果差异更大。因此,在结构计算分析中,需要根据所采用的钢材选取适当的本构关系模型。     

国产低屈服点钢材循环加载试验研究

为研究不同荷载作用下国产低屈服点钢的材料力学行为,对LY100、LY160及LY225钢材共46个试件进行了单调拉伸试验及12种不同加载制度的循环加载试验。对国产低屈服点钢的单调性能、滞回性能、破坏形式、延性特征等进行了分析,并与其他结构钢材的力学性能进行了对比。结果表明,低屈服点钢在循环荷载作用下有明显循环强化现象,塑性变形能力强,且与普通钢材相比延性及耗能能力突出。该试验结果为后续研究低屈服点钢本构模型提供基础。     

不同连接强度带悬臂梁段的钢框架结构滞回性能研究

为了研究利用钢梁高强度螺栓拼接耗能的带悬臂梁段钢框架结构的滞回性能,按照不同的设计方法,设计了3个带悬臂梁段上下各半层的钢框架试件并进行循环加载试验,分析试验现象,研究其滞回性能、应变分布、转动能力、能量耗散系数、刚度等参数。通过对比分析表明:等强拼接方法设计的钢框架刚度大,延性较差,在梁端处形成塑性铰,梁端焊缝处易开裂;削弱拼接节点,使高强度螺栓提前滑移,增强了钢框架的延性和转动能力,延缓了梁端板件的屈服,降低了整个框架的屈服荷载,钢框架的极限荷载不受影响;实际内力值方法设计的带悬臂梁段钢框架结构抗震性能最好,建议按此方法设计带悬臂梁段钢框架结构中的钢梁拼接节点,并将拼接节点尽量靠近梁端设置。     

不同连接强度带悬臂梁段的钢框架结构滞回性能研究

为了研究利用钢梁高强度螺栓拼接耗能的带悬臂梁段钢框架结构的滞回性能,按照不同的设计方法,设计了3个带悬臂梁段上下各半层的钢框架试件并进行循环加载试验,分析试验现象,研究其滞回性能、应变分布、转动能力、能量耗散系数、刚度等参数。通过对比分析表明:等强拼接方法设计的钢框架刚度大,延性较差,在梁端处形成塑性铰,梁端焊缝处易开裂;削弱拼接节点,使高强度螺栓提前滑移,增强了钢框架的延性和转动能力,延缓了梁端板件的屈服,降低了整个框架的屈服荷载,钢框架的极限荷载不受影响;实际内力值方法设计的带悬臂梁段钢框架结构抗震性能最好,建议按此方法设计带悬臂梁段钢框架结构中的钢梁拼接节点,并将拼接节点尽量靠近梁端设置。     

内嵌钢板及边缘框架相互作用对带连梁低屈服点钢板剪力墙结构受力性能的影响

为满足快速发展的高层建筑结构对抗震性能及空间灵活性的要求,将高耗能能力、高延性的低屈服点钢材与带连梁钢板剪力墙组合成新型带连梁低屈服点钢板剪力墙结构体系。采用有限元软件ABAQUS建立带连梁钢板剪力墙结构模型,结合国内外已有的典型试验结果验证数值方法的有效性。在此基础上,设计5个不同耦合度的低屈服点钢板剪力墙结构模型进行单调和循环加载,对比分析其损伤机制、承载性能及滞回耗能能力,探讨内嵌钢板与边缘框架的相互作用对结构及构件受力性能的影响,给出设计建议。结果表明:带连梁低屈服点钢板剪力墙结构内嵌钢板与边缘框架相互作用能够有效提高整体结构承载力、承载效率以及耗能能力。综合考虑材料利用率、承载能力及耗能能力,建议连梁耦合度控制在0.45以内。随着连梁耦合度的提高,边缘框架分担剪力多至60%,内部框架柱的轴力显著减小,连梁转角不断减小。因此,在带连梁低屈服点钢板剪力墙结构设计过程中应充分考虑内嵌钢板与边缘框架的相互作用,适当减小内嵌钢板设计厚度及边缘框架截面尺寸,提高材料利用率及设计经济性。同时,与纯框架抗侧性能相比,内嵌钢板与边缘框架的相互作用有效提高了边缘框架的初始抗侧刚度及承载力。     

带“保险丝”连接板的焊接高强钢梁柱节点抗震性能试验研究

基于高强钢构件的卓越的弹性变形能力、阻尼器的耗能能力与梁端"保险丝"连接板的损伤控制性能,提出了一种大震下功能不中断或快速可恢复的高强钢框架结构体系。通过静力往复试验,对该结构体系中关键部位——带"保险丝"连接板的高强钢梁柱节点的力学性能进行了考察。试验完成了4个钢节点的测试,包括1个普通钢节点、1个高强钢节点以及2个带损伤控制"保险丝"的高强钢节点试件。试验表明,高强钢在大幅提高(至3倍左右)构件弹性变形能力方面具有良好的可行性;该文建议的"保险丝"连接板可有效的控制梁端的承载力需求,保证主体高强钢框架不屈服。     

钢框架-装配式两边连接薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

该文提出了一种适用于装配式高层钢结构的两边连接间断式盖板钢板剪力墙连接节点（DCPC）,分别对一个带DCPC的装配式两边连接钢框架-钢板剪力墙试件（FPSPSW）和一个两边焊接钢框架-钢板剪力墙试件（FWSPSW）进行了低周往复加载试验,研究了两种不同连接形式的钢框架-钢板剪力墙试件的抗震性能,得到了两组试件各自的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线及抗震性能指标等,对比分析了两者的破坏特征、延性性能、耗能能力及刚度退化等力学性能。结果表明:带DCPC的装配式两边连接钢框架-钢板剪力墙具有良好的抗震性能;结构本身符合"强框架弱墙板、强柱弱梁"的抗震设计理念;DCPC节点在不损失抗震性能的基础上,可提供比传统焊接钢板剪力墙结构更好的耗能能力,且保证了良好的震后可修复功能。     

新型钢管柱-H形梁铸钢模块化节点的概念设计与抗震性能评估

介绍了铸钢件在钢结构体系尤其是梁柱框架中的应用和研究现状。基于利用节点域稳定塑性耗能的理念提出一种适用于方(矩)形钢管柱-H形梁框架连接的铸钢模块化节点型式及其设计方法。对铸钢模块化节点和传统焊接节点进行了单调加载和循环往复加载非线性有限元模拟,并引入断裂指数对节点在塑性大变形条件下发生延性断裂的倾向大小作出评价。从刚度、承载力、延性、耗能能力、耗能机制、塑性变形模式等多角度分析论证了铸钢模块化节点不同于传统焊接节点的性能特点。研究结果表明,新型铸钢模块化节点的抗震性能优于传统焊接节点,可以在不损失延性的情况下充分发挥抗震钢结构体系的耗能能力。     

钢管混凝土柱-双面组合作用梁框架节点抗震性能试验研究

为了研究钢-混凝土双面组合作用梁框架节点的抗震性能,设计了3个钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点和1个普通钢-混凝土单面组合作用梁十字形框架节点,并对其进行低周往复加载试验,对比分析其破坏模式、极限承载力、初始刚度、耗能能力、延性、刚度退化等抗震性能指标;通过改变下部混凝土板厚度和传力方式,研究下部混凝土板不同厚度和不同传力方式对双面组合作用梁力学性能的影响。结果表明:与普通钢-混凝土单面组合作用梁框架节点相比,钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点具有更高的承载力和刚度,适用于荷载较大的结构,但在延性、刚度退化和耗能能力等方面无明显优势;下部混凝土板采用集中传力和均匀传力的方式对双面组合作用梁抗震性能的影响无明显区别;下部混凝土板采用预制法制作和螺栓连接更加方便、可靠。     

高强钢框架-屈曲约束支撑体系抗震性能研究

针对高强钢结构在抗震设计中存在的结构延性差、刚度小的问题,提出了高强钢框架-屈曲约束支撑结构.为研究此类结构的抗震性能,对2个足尺单榀单跨单层试件进行了拟静力加载试验,观测了结构在水平往复荷载下变形特征与破坏模式,分析了结构及构件滞回曲线特征,探讨了试件强度退化、刚度退化、塑性变形、耗能能力以及钢框架和屈曲约束支撑的承...     

锈蚀钢框架柱抗震性能试验研究及有限元分析

为深入研究锈蚀钢框架柱的抗震性能,通过改变加载制度和轴压比,对6榀相同锈蚀程度的钢框架柱进行了低周往复加载试验,观察其受力过程和破坏形态,分析了不同加载制度和轴压比对锈蚀钢框架柱的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化、耗能能力等抗震性能的影响。并采用通用软件ABAQUS对试验框架柱进行了非线性有限元分析。结果表明:有限元分析结果与试验结果吻合较好,试件均发生延性较好的破坏,其滞回曲线也较为饱满,表现出良好的耗能能力和延性;加载路径对试件的塑性发展与耗能能力有较大影响;随着轴压比的增大,试件极限承载力和耗能能力降低,强度和刚度退化加快。     

近海大气环境下锈蚀平面钢框架抗震性能试验研究及有限元分析

为研究近海大气环境下锈蚀钢框架结构的抗震性能,采用人工气候加速腐蚀技术对42件钢材材性试件和4榀平面钢框架进行加速腐蚀试验,然后对不同锈蚀程度的钢材材性试件进行拉伸破坏试验,获得锈蚀Q235B钢材力学性能指标（屈服强度、极限强度、伸长率和弹性模量）与其失重率的函数关系。并对4榀平面钢框架进行低周往复加载试验,研究了锈蚀对平面钢框架的破坏机制、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性及耗能能力等的影响。结果表明:4榀平面钢框架试件均发生了延性较好的破坏,呈现出混合屈服机制;但随着锈蚀程度的增加,试件承载力、耗能能力显著降低,强度和刚度退化明显,延性变差。在试验研究的基础上,利用通用软件ABAQUS对试验平面钢框架进行了非线性有限元分析,研究了轴压比对其力学性能的影响,结果表明:随着轴压比的增大,试件承载力、延性不断降低。     

设置耗能壳板的高强钢圆管桥墩轴压试验研究

为探讨设置耗能壳板的新型高强钢圆管桥墩的受力机理,对4组共8个新型Q460高强钢圆管桥墩试件开展相应的轴压试验研究,获得各试件破坏的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线。通过对比分析轴压作用下试件的破坏模式、承载能力、延性性能等力学特征,探讨设置耗能壳板后高强钢圆管桥墩承载能力和变形性能的变化规律。试验结果表明,新型高强钢圆管桥墩试件的轴压破坏可分为根部“象脚式”破坏、高强螺栓被剪断、上下端部“压扁式”破坏三种类型。设置耗能部件后,轴向荷载作用下高强钢圆管桥墩的承载能力和延性性能均有提高,尤其是构件承载能力提高效果更为显著。低屈服点耗能钢板的强度和厚度对试件的承载能力均有影响,随着低屈服点钢板强度和厚度的提高,试件的轴压承载能力随之提高;且低屈服点钢板厚度对试件轴压承载力的影响更显著。     

芯筒式双法兰刚性连接平面及减震框架试验对比分析

该文提出一种芯筒式双法兰刚性连接平面钢框架及其减震框架,设计并完成了两种框架的子结构拟动力试验,通过对比分析两榀框架的滞回性能、典型部位应变变化、抗侧刚度、耗能能力等指标,研究该类框架的抗震性能。结果表明:在8度多遇及设防地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器可以提供刚度,控制层间位移角,减轻甚至避免结构塑性损伤;在8度罕遇、8度(0.30 g)罕遇、9度罕遇地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器进行滑移摩擦耗能,耗能能力稳定,有效延缓结构塑性损伤,减震框架结构刚度、耗能能力均优于平面框架,平面框架和减震框架芯筒式双法兰刚性连接节点抗震性能良好且减震框架节点抗震性能优于平面框架。