圆钢管柱-H型钢梁外加强环式节点性能有限元分析

应用有限元软件ABAQUS建立了7组圆钢管柱-H型钢梁外加强环式节点分析模型,建立了包含梁翼缘宽度和厚度、梁腹板厚度和高度、圆钢管柱壁厚、外环板宽度、轴压比等参数的节点承载力和刚度评价公式。利用OpenSees软件模拟一组试验试件,试验试件中的节点参数选用已有的承载力和刚度评价公式,通过分析结果与试验结果的对比,验证了节点评价公式的正确性以及节点建模的可行性,该方法可以应用到钢框架节点设计研究中。     

钢管混凝土节点抗弯刚度非线性分析

目前,对钢管混凝土节点刚性的研究还处于定性分析阶段,尚无定量分析的相关成果.为此,利用有限元软件ANSYS,建立钢管混凝土外加强环式节点的三维非线性有限元模型.以环板宽度、环板厚度、柱径、柱壁厚度、梁高以及轴压比等为参数,采用单因素法和正交设计法,对影响节点抗弯刚度的因素进行分析,在此基础上提出节点抗弯刚度的计算公式,并对节点刚性进行分析,得到各有关因素对节点刚度的影响规律:1)随着环板宽度、钢管壁厚等增加,相对刚度呈线性增加;2)柱管直径与相对刚度为负指数关系;3)梁高变化对相对刚度没有影响;4)在轴压比超过0.5时,相对刚度有较大程度的下降.另外,对外加强环式节点,采用EC3提出的节点分类准则进行抗弯刚性分析,当按所提出的公式计算得到的节点刚度值大于8时,可以满足刚性要求.     

钢管混凝土节点抗弯刚度非线性分析

目前,对钢管混凝土节点刚性的研究还处于定性分析阶段,尚无定量分析的相关成果。为此,利用有限元软件ANSYS,建立钢管混凝土外加强环式节点的三维非线性有限元模型。以环板宽度、环板厚度、柱径、柱壁厚度、梁高以及轴压比等为参数,采用单因素法和正交设计法,对影响节点抗弯刚度的因素进行分析,在此基础上提出节点抗弯刚度的计算公式,并对节点刚性进行分析,得到各有关因素对节点刚度的影响规律:1)随着环板宽度、钢管壁厚等增加,相对刚度-K呈线性增加;2)柱管直径与相对刚度-K为负指数关系;3)梁高变化对相对刚度-K没有影响;4)在轴压比超过0.5时,相对刚度-K有较大程度的下降。另外,对外加强环式节点,采用EC3提出的节点分类准则进行抗弯刚性分析,当按所提出的公式计算得到的节点刚度值大于8时,可以满足刚性要求。     

钢管混凝土节点抗弯刚度非线性分析

目前,对钢管混凝土节点刚性的研究还处于定性分析阶段,尚无定量分析的相关成果。为此,利用大型商业有限元软件,建立钢管混凝土外加强环式节点的三维非线性有限元模型。以环板宽度、环板厚度、柱径、柱壁厚度、梁高以及轴压比等因素作为参数,采用单因素法和正交设计法,对影响节点抗弯抗度的因素进行分析,在此基础上提出了节点抗弯刚度的计算公式,并对节点刚性进行了分析。得到的主要结论有:(1)各有关因素对节点刚度的影响规律是:随着环板宽度、钢管壁厚等增加,相对刚度成线性增加;柱管直径与相对刚度是负指数关系;梁高变化对相对刚度没有影响;在轴压比超过0.5时,相对刚度有较大程度的下降。(2)对于文中所研究的外加强环式节点,若以EC 3提出的节点分类准则为准,则利用文中提出的公式计算得到的节点刚度值大于8,就可以满足刚性要求。     

钢管混凝土节点抗弯刚度非线性分析

目前,对钢管混凝土节点刚性的研究还处于定性分析阶段,尚无定量分析的相关成果.为此,利用大型商业有限元软件,建立钢管混凝土外加强环式节点的三维非线性有限元模型.以环板宽度、环板厚度、柱径、柱壁厚度、梁高以及轴压比等因素作为参数,采用单因素法和正交设计法,对影响节点抗弯抗度的因素进行分析,在此基础上提出了节点抗弯刚度的计算公式,并对节点刚性进行了分析.得到的主要结论有:(1)各有关因素对节点刚度的影响规律是:随着环板宽度、钢管壁厚等增加,相对刚度成线性增加;柱管直径与相对刚度是负指数关系;梁高变化对相对刚度没有影响;在轴压比超过0.5时,相对刚度有较大程度的下降.(2)对于文中所研究的外加强环式节点,若以EC3提出的节点分类准则为准,则利用文中提出的公式计算得到的节点刚度值大于8,就可以满足刚性要求.     

ATCFSST-SCB中柱节点M-θ骨架曲线影响因素分析

为分析不同因素对外加强环式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点弯矩(M)-转角(θ)骨架曲线的影响,设计了25个不同参数的该种节点,采用有限元软件ABAQUS模拟了这些节点在低周往复荷载作用下的受力过程,模拟前采用已有试验数据对模拟方法进行了验证。提取了各节点的M-θ骨架曲线,并计算了各节点的抗弯承载力、极限抗弯承载力和初始刚度。通过对比分析,得出如下结论:轴压比、钢材屈服强度增加,节点的抗弯和极限抗弯承载力明显提高,而初始刚度受其影响较小;梁柱线刚度比增加,节点的抗弯、极限抗弯承载力、初始刚度增加,且初始刚度增加较大;加强环板宽度增加,节点抗弯、极限抗弯承载力增大,初始刚度先增加后减小;含钢率增加,节点抗弯承载力、初始刚度明显增加,极限抗弯承载力小幅增加;开孔率增加,节点抗弯、极限抗弯承载力、初始刚度降低,且开孔率不是很大时,三者降低较小,而孔间距、距离的增加,均会提高节点的抗弯、极限抗弯承载力,但二者过大或过小均会引起节点的初始刚度降低。     

带钢暗梁的板柱结构边节点抗弯性能研究

板柱结构以其传力途径简捷、布置灵活等优势,在工程中得到了广泛的应用,但其也存在容易发生冲切破坏等不足。目前的研究主要集中在板柱结构中柱节点,关于边节点的研究则相对较少,但边柱对结构安全同样至关重要。首先建立了带钢暗梁的钢筋混凝土空心楼盖-钢管混凝土柱边节点有限元模型,并与其他学者的试验结果进行对比,验证了有限元模型的准确性。采用验证过的有限元模型,分析了混凝土楼板厚度、楼板混凝土强度、钢暗梁翼缘宽度等参数对节点抗弯性能的影响。研究结果表明：参数变化对正、负弯矩区的影响不同,楼板厚度、钢暗梁翼缘厚度、强度和高度的增大可以提高节点的抗弯承载力,但是过厚的楼板和楼板混凝土强度的提升会降低节点变形能力;方钢管厚度和轴压比的变化对节点抗弯性能影响不大。     

高温下钢管混凝土结构节点的简化计算方法

本文在建立了高温下钢管混凝土柱一钢梁外加强环节点有限元分析模型的基础上,分析了在不同恒高温下环板宽度、钢管厚度、钢梁翼缘宽度和厚度、梁高等参数对节点抗弯承载力和初始刚度的影响.在此基础上建议了高温下节点抗弯承载力和初始刚度的简化计算方法,并用欧洲规范EC3的连接分类方法对高温下节点刚性进行了分析.     

加强环参数对矩形钢管柱-H型钢梁节点抗震性能的影响

矩形钢管柱-H型钢梁加强环节点具有出色的力学性能,以加强环沿梁外伸长度与梁翼缘宽度之比、加强环沿柱侧壁外伸宽度与柱截面宽度比、加强环边角宽度与梁翼缘宽度之比及加强环与梁翼缘厚度之比为分析参数,通过有限元分析软件ABAQUS建立节点实体模型,分析各参数对该节点抗震性能的影响。结果表明,该类节点的抗震性能优越,破坏模态受各类参数的影响较大,滞回性能易受加强环沿梁外伸长度与梁翼缘宽度之比的影响,骨架曲线、极限承载能力和刚度退化受加强环沿梁外伸长度与梁翼缘宽度之比和加强环与梁翼缘厚度之比的影响显著。     

高温下H型钢焊接空心球节点抗弯力学性能研究

采用有限元分析对H型钢焊接空心球节点高温下的抗弯性能进行研究,温度范围为20～800℃,模拟得到常温和高温下节点的弯矩-转角曲线。通过对球径、壁厚、H型钢高度、宽度、腹板和翼缘厚度的参数化分析,得到节点高温下塑性抗弯承载力、极限抗弯承载力和初始刚度的退化规律,提出承载力和初始刚度的计算公式。节点受纯弯荷载作用下,H型钢和球节点交界处应力迅速增长,塑性区域从交界处向周围扩展。破坏时,球节点发生屈曲破坏,翼缘和腹板较多区域均未达到极限强度。     

钢管混凝土柱-钢梁外环板节点抗弯承载力计算方法

基于ABAQUS软件建立了钢管混凝土柱-钢梁环板节点的三维有限元数值模型,通过已有试验结果与数值计算结果的对比校验了有限元模型的适用性.基于数值分析结果,分析了此类节点的受力特性,并利用有限元模型进行了参数分析,探讨了环板宽度、柱截面含钢率、钢梁极限弯矩、钢管强度、钢梁材料强度、混凝土强度、柱轴压比、梁柱线刚度比等参数...     

Post-fire behaviour of concrete-filled steel tubular column to axially and rotationally restrained steel beam joint

This paper presents a numerical investigation on the post-fire behaviour of concrete filled steel tubular (CFST) column to restrained steel beam joint. An entire loading and fire phase, including ambient loading, heating with constant loads, cooling with constant loads and post-fire loading, was employed in the numerical analysis, and a finite element analysis (FEA) model was built to simulate the behaviour of CFST column to axially and rotationally restrained steel beam joints with external diaphragm connections under the entire loading and fire phase. For validation, the proposed modelling method was used to predict the test results of CFST columns and joints in fire and post-fire. The comparison demonstrates that the accuracy of the proposed FEA model is acceptable. Afterwards, the FEA model was used to analyse the mechanics characteristics of CFST column to restrained steel beam joints in the entire loading and fire phase. Based on the numerical analysis, the joint moment versus relative rotation angle relationship in the entire loading and fire phase was addressed, and the residual joint strength index and stiffness index were defined to evaluate the post-fire performance of joints. Finally, simplified calculating formulas were proposed to calculate the two indexes, which provide a simply and feasible method to evaluate the post-fire performance of external diaphragm joints in the CFST column - steel beam framed structure.     

盖板式外加强环圆钢管柱-H形钢梁节点抗震性能的有限元分析

为研究盖板式外加强环圆钢管柱-H形钢梁节点的破坏特征和抗震性能,设计了柱径厚比、柱环径厚比、柱梁径宽比及梁腹板高厚比四类参数,通过ABAQUS软件对其进行有限元分析,探讨各参数对节点破坏模态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性性能及耗能能力的影响.结果表明,该类节点破坏模态受各参数变化的影响,在节点核心区剪切破坏和梁端...     

方钢管混凝土柱-钢梁双侧板贯穿式节点抗震性能试验研究

双侧板贯穿式节点是基于钢管混凝土柱横向受力特点而提出的一种新型梁柱连接节点。对6组17个十字形节点进行静力和拟静力试验研究,分析节点核心区的受力特点及抗震性能,结果表明:塑性铰均发生在穿心板外的钢梁上,调整竖向穿心板长度可以控制塑性铰发生的位置;双侧板贯穿式节点可有效地减缓钢梁上翼缘与钢管柱连接处的应力和应变梯度,减小节点核心区所受剪力,削减梁柱连接焊缝应力峰值,从而提高结构体系的耗能能力;所有节点试件的滞回曲线饱满,强度和刚度退化不明显,延性好,耗能能力强;不同类型和尺寸竖向穿心板的节点试件整体抗震性能差别不大。研究成果可供矩形钢管混凝土组合结构抗震设计参考,丰富钢管混凝土柱-钢梁节点的类型,促进钢管混凝土组合结构在工程中的进一步推广应用。     

装配式梁柱外环板高强螺栓连接节点#br# 抗震性能试验研究

针对装配式梁柱外环板高强螺栓连接节点抗震性能开展了拟静力加载试验,研究节点试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、刚度退化等抗震性能指标;并对影响节点试件抗震性能参数进行分析;研究节点试件层间位移角及转动能力;提出节点恢复力计算模型。研究结果表明：节点试件失效模式为外环板与梁翼缘连接螺栓剪断、梁翼缘钢板断裂、外环板与柱连接处焊缝开裂3种形式;4个节点试件的滞回环面积较为饱满并呈“Z”形,具有较强的耗能能力;4个节点试件均有显著的刚度退化现象,下降坡度平缓;4个节点试件的层间位移角为0.09～0.12rad超过抗震规范的要求,表明节点具有良好的转动能力和延性性能;外环板的厚度和宽度对节点抗震性能有一定影响;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。     

方钢管混凝土柱-钢梁节点承载力试验研究

基于隔板贯通节点在地震作用下的破坏调查结果,提出了一种改善钢梁翼缘与隔板连接处受力性能的新型节点--倒角放坡型隔板贯通节点。对7个十字形节点试件进行了静力拉伸试验,研究了隔板贯通式连接中方钢管混凝土柱与钢梁受拉翼缘的连接性能,分析了钢梁翼缘与隔板连接构造以及浇注孔直径、隔板厚度、钢管的宽厚比等参数对节点局部受拉承载力的影响,并将试验得到的承载力与规程公式计算结果进行了比较。研究结果表明:倒角放坡型隔板贯通节点具有较好的承载力和延性;影响节点承载力的主要因素是隔板的厚度、浇注孔径和钢管的宽厚比,在钢管中填充混凝土有利于提高节点的屈服承载力和刚度;对于填充混凝土的试件,采用公式计算节点承载力偏于保守。     

Detailing of I-beam-to-CHS column joints with external diaphragm plates for seismic actions

In this paper monotonic and cyclic finite element (FE) analyses are presented for the development of an I-beam-to-CHS column steel moment joint for seismic actions. The development process for the final joint details includes: (1) eliminating two identified structural deficiencies of distortion in column web panel and strain concentrations in the external diaphragms; (2) creating a multi-fuse energy dissipation mechanism; (3) devising a joint to delay onset of beam yielding. Two external diaphragm collar plates are welded to the circumference of the CHS column for connection to beam flanges. Various collar ring widths are examined for these horizontal diaphragms and a width (based on achieving full strength of the beam flanges) is found to produce an acceptable web panel performance. Different types of stiffener geometries in the connection region are then trialed to eliminate strain concentrations in the diaphragms. Two pairs of triangular diaphragm stiffeners are found to provide the desired performance. In order to produce a multi-fuse energy dissipation mechanism, tapered cover plates (TCPs) equipped with vertical stiffeners (VSs) are integrated into the joint. Oversized web holes of 4–10 mm are required to enable inelastic deformation for an overall joint rotation of 60–100 mrad, without undesirable web distortion. Further FE analyses are used to design the TCPs and VSs so they can be replaceable link post-seismic actions. For the final joint detailing it is shown that 6 mm oversized holes for the TCPs will delay the occurrence of yielding in the beam until the joint rotation is 70 mrad.     

梁柱盖板连接的滞回性能研究

盖板加强式梁柱刚性连接节点是使塑性铰外移以提高节点塑性变形的一种改进形式。为了研究梁柱盖板连接的滞回性能,在考虑材料、几何和接触状态非线性基础上,采用三维实体单元对梁柱盖板连接进行了循环加载有限元模拟。设计了4组共12个试件,研究了节点域厚度、梁高、盖板长度及轴压比等参数对盖板连接滞回性能的影响。有限元分析结果表明:大部分节点表现出良好的延性,梁端位移超过80mm;节点域厚度越厚,连接的承载力和刚度越高;梁高越大,连接的延性越差,可能会发生强梁弱柱破坏;盖板长度对节点性能没有显著影响;轴压比越大,节点的强度、刚度和延性会显著降低。     

Experimental behaviour of steel reduced beam section to concrete-filled circular hollow section column connections

In this paper, five specimens of connections of reduced beam section (RBS) steel beam to concrete-filled steel tubular (CFST) circular hollow section (CHS) column using an external ring were tested. The experiments considered the hysteretic behaviour under combined constant axial load and cyclic lateral load. For comparison, three specimens of a weak-column without an RBS configuration steel beam to CFST column connection were tested under the same conditions. The axial load level of the CFST column, width of connection stiffening ring and RBS configuration were considered as the experimental parameters of their seismic behaviour. It was found that the lateral load (P) versus lateral deformation (Δ) hysteresis curves exhibited no obvious strength deterioration and stiffness degradation. The energy dissipation of the RBS connections is significantly improved when compared with weak-column connections. The concrete filled CHS columns failed as a weak-column connection and their energy dissipation capacity was reduced. It can be concluded that the RBS connections exhibit good seismic performance.