不同焊接方式下钢管桁架KK型搭接节点有限元分析

KK型圆钢管搭接节点,搭接处隐藏焊缝焊接与否的问题,现行钢结构设计规范(GB50017-2003)未作明确要求.本文利用ANSYS非线性有限元法,分析了搭接节点隐藏焊缝在焊与不焊2种不同焊接方式下,搭接节点的支主管管径比β、径厚比γ、支主管厚度比τ对节点极限承载力的影响.同时分析了在低周往复荷载作用下,搭接节点隐藏焊缝在焊与不焊2种焊接方式下的滞回性能,并给出了滞回曲线.搭接节点不论对角支管相贯通还是一侧支管贯通,隐藏焊缝焊与不焊对节点最终破坏模式影响不大,对节点承载能力的影响也不是十分显著,隐藏焊缝不焊接节点滞回性能优于隐藏焊缝焊接节点.实际工程中隐藏焊缝可以不焊接.     

钢管桁架结构K形搭接节点抗震性能试验研究

按钢管桁架结构K形搭接节点隐藏焊缝焊接情况制作了4个足尺试件,通过对其进行拟静力试验,研究K形搭接节点内隐藏焊缝在焊与不焊情况下的试件变形、破坏模式、节点的耗能性能等。得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性性能、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明：K形搭接节点内隐藏焊缝对试件的承载能力影响不大;节点的破坏模式主要是搭接支管的变形与屈曲以及搭接支管与被搭接管、主管之间连接焊缝的破坏;隐藏焊缝不焊接节点试件的滞回耗能优于隐藏焊缝焊接的节点试件;隐藏焊缝不焊接节点试件的变形是隐藏焊缝焊接节点试件的1.1~1.2倍。     

T型方管节点滞回性能的试验研究

为了得到T型方管节点的滞回性能,为进一步研究方管结构的抗震性能打下基础。对轴向往复荷载作用下的12个T型方管节点进行试验研究。试验中6个节点采用弦杆两端约束的边界条件,其余6个节点采用弦杆中部约束的边界条件。得到节点试件的破坏模式和滞回曲线,以及用以评价节点抗震性能的主要参数(承载力、延性和能量耗散系数)。研究不同约束条件和几何参数对节点滞回性能的影响。将节点的极限承载力与单向荷载作用下我国规范公式(GB50017—2003)计算结果、CIDECT公式计算结果和有限元分析结果进行比较。结果表明:节点的破坏模式主要是受压时弦杆表面塑性变形和受拉时焊缝边缘开裂,导致在支弦杆交汇处被拉断;节点滞回曲线饱满,从节点域靠近弦杆侧壁的两侧开裂到节点完全破坏还有很大的耗能能力;焊缝尺寸对节点的滞回性能影响较大。     

新型装配式方钢管混凝土柱-H型梁空间节点滞回性能分析

提出了一种新型装配式方钢管混凝土柱-H型梁空间连接节点,设计了2个系列的节点试件,利用有限元软件ABAQUS对低周反复荷载作用下的试件进行模拟分析并与试验结果对比,结果表明有限元分析得到的节点破坏形态、滞回曲线与试验结果吻合较好。在此基础上,选取新型中层空间连接节点来研究此类新型空间节点的滞回性能,研究结果表明:平面节点与空间节点的破坏模式一致,均为梁端塑性铰破坏;角柱节点的滞回性能弱于平面节点,边柱与中柱节点的滞回性能与平面节点相似。     

低周反复荷载下梁柱中节点非线性分析

介绍了大型有限元软件ABAQUS中混凝土的本构关系,并对低周反复荷载下梁柱中节点进行非线性有限元分析。得到节点的破坏形态、各阶段钢筋应力的发展情况,以及节点的骨架曲线和滞回曲线。与试验数据的对比表明,ABAQUS的损伤塑性模型能较好地模拟混凝土材料的力学性能,有限元的计算结果能较好地反映节点的破坏模式,荷载特征点和骨架曲线形状与试验结果相吻合。在低周反复荷载条件下,采用ABAQUS模拟节点的力学行为是可行的。     

焊缝节点抗震性能的有限元数值模拟

采用有限元方法模拟焊缝节点在循环荷载条件下受力情况,分析了在循环荷载作用下节点的滞回性能,并以此为依据分析了节点的抗震性能,总结了焊脚高度及焊缝长度对它们的影响规律,并提出了节点能量耗散系数的计算公式。     

反复荷载作用下方钢管混凝土柱与钢梁连接节点非线性有限元分析

本文首先选择合适的本构模型作为约束混凝土循环本构模型的骨架曲线,提出了考虑局部屈曲和开裂的钢材循环本构关系;进而建立两类方钢管混凝土柱与钢梁连接节点———缀板焊接连接节点和穿芯螺栓-端板连接节点的空间非线性分析模型,对其在低周反复荷载作用下的滞回性能进行了非线性分析计算。结果表明:由有限元模型所得的单调荷载-位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线极为相似,但在峰值荷载后差异较大;由有限元模型所得的在低周反复荷载作用下滞回曲线也与在反复荷载作用下试验所得的相一致。有限元模型能准确地预测上述两类节点的弹塑性行为和整体抗震性能,可用于节点滞回性能的非线性参数分析研究。     

腹板双角钢连接框架-钢板剪力墙体结构滞回性能有限元分析

为系统研究双腹板角钢连接框架-钢板剪力墙结构的抗震性能,根据低周往复荷载作用下的试验研究结果,采用ANSYS有限元分析软件进行循环荷载下滞回性能的有限元模拟,对比分析滞回曲线、骨架曲线、水平刚度及破坏模式的影响规律,结果表明有限元模拟结果与试验结果吻合较好。该研究成果可为进一步深入研究及工程设计与应用提供理论参考和技术储备。     

T形圆管相贯节点的低周往复受力性能研究

通过对T形相贯节点在低周往复荷载作用下的试验,研究该节点的破坏形式、受力性能,同时对该节点进行有限元模拟分析,其结果与试验结果较为吻合。分析结果表明:T形圆管相贯节点具有较好的延性。T形相贯节点的滞回曲线稳定饱满,具有较为理想的抗震耗能作用。     

方钢管混凝土柱-外包钢混凝土组合梁连接节点滞回性能分析

提出了一种新型的方钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁连接节点形式：隔板贯通部分钢筋贯穿式节点。设计了3个节点试件,对其进行低周反复荷载试验,利用ANSYS软件对低周反复荷载作用下的节点试件进行非线性有限元分析并与试验结果对比。结果表明:有限元分析得到的节点破坏形态、应力分布、滞回曲线、骨架曲线与试验结果吻合较好。在此基础上,对发生梁端塑性铰破坏模式的节点滞回性能进行参数分析,研究楼板厚度、U形钢壁厚、组合梁纵向受力钢筋配筋率、贯通隔板厚度以及轴压比对节点滞回性能的影响。研究结果表明：楼板厚度和U形钢壁厚对节点滞回性能有显著的影响,组合梁纵向受力钢筋配筋率对节点滞回性能影响较为显著,贯通隔板厚度和轴压比对节点滞回性能影响很小。     

新型薄壁方钢管梁柱节点试验研究及影响参数分析

薄壁方钢管梁柱节点采用直接焊接方式连接容易诱发节点区域板件脆性断裂,降低节点塑性变形能力。从分散焊缝角度出发,减少对柱管壁施焊次数,提出一种新型连接方式。将这种新型节点与直接焊接方式(普通节点)进行试验对比,从破坏模式、滞回耗能和延性等方面考察新型节点的特点,然后采用有限元模型进一步研究几何参数的改变对新型节点力学性能影响。结果表明:新型节点的承载力相对普通节点较小,但延性及耗能能力均较强;方钢管柱及C型钢梁的厚度对节点的滞回曲线形状影响较小,但承载力、初始刚度及耗能能力均随着相关厚度的增加而增加;方钢管梁厚度的改变对节点滞回曲线和承载力影响较小,对初始刚度值影响较大;C型钢梁的高度与相对位置的改变对节点滞回曲线、承载力及刚度均有较为显著的影响,且改变滞回曲线捏拢现象。     

四角钢连接钢框架-钢板剪力墙结构抗震性能研究

基于半刚接框架-钢板剪力墙试件的低周反复加载试验,采用ANSYS有限元软件对其滞回性能进行了数值模拟。分析循环荷载作用下试件的滞回性能及承载能力,考察其应力、变形发展历程、耗能机理和破坏模式。试验和有限元分析结果均表明：内填板的设置缓解了节点区自身的延性要求,框架和钢板墙协同工作良好,结构体系耗能优异,安全储备高,是一种理想的抗侧力结构体系。有限元模拟结构应力和变形发展历程与试验结果基本吻合。由于初始偏心、焊接残余应力等原因,弹性工作阶段,有限元分析的峰值荷载与试验值比较接近;进入塑性阶段,有限元分析的峰值荷载比试验值大,滞回环更饱满。     

圆钢管相贯节点滞回性能有限元分析

文中以文献中实验为基础,采用有限元软件ANSYS建立KK型相贯节点模型,并根据实验结果校对了有限元模型。为了真实反映节点在桁架中的实际状况,将节点置于桁架模型中进行加载计算。并对7个不同几何参数的节点试件进行计算分析,得到了相应节点滞回特性曲线。节点在加载过程中塑性开展的特点与实验基本一致。分析结果表明,文中采用的有限元模型能够较好反映节点滞回性能的实际状况,圆管KK型相贯节点具有较好滞回性能,评价了节点的几何参数对滞回性能存在的影响,为实际工程的相贯节点设计提供了参考依据。     

反复荷载作用下焊接环式箍筋对高强混凝土柱的约束作用研究

通过6个配有焊接环式复合箍筋高强混凝土柱的水平低周反复加载试验及有限元数值模拟,研究了箍筋对柱受力性能和变形性能的影响。试验及数值模拟中考虑了轴压比、配箍率这两个参数的影响,由试验及数值模拟得到了力与位移的滞回曲线和骨架曲线,分析了箍筋对试件延性、滞回特性、耗能性能以及正截面抗弯承载力的影响。研究结果表明,在焊接环式箍筋的约束下,试件正截面的实际抗弯承载力明显要高于《混凝土结构设计规范》计算值,说明箍筋发挥了很好的约束作用;与一般的钢筋混凝土柱相比,所有试件的滞回曲线都更加饱满,没有明显的捏拢现象,证明这种箍筋的约束作用大大提高了柱的抗震能力和耗能能力;随着箍筋的约束指标增大,试件的延性可以得到提高,并且还能减小轴压比的增大对柱延性产生的不良影响。     

Experimental research on seismic behavior of steel pipe bulk mass recycled concrete column-steel beam framework

为了研究钢管再生混凝土柱-钢梁框架的受力性能,对4榀内置大块体钢管再生混凝土柱-钢梁框架进行低周反复荷载试验和有限元模拟,通过变化混凝土取代率、含钢率等参数来研究其滞回性能、延性、承载力与刚度退化、耗能能力等性能指标。试验结果表明：框架试件的滞回曲线均较饱满,呈“梭形”,位移延性系数均大于3,等效阻尼系数为0.158~0.472,承载力退化并不明显,而整体刚度退化较为明显,试验过程中的耗能指标平稳,说明框架的耗能能力和抗震性能较好。由有限元分析可知：模拟的滞回曲线与试验结果吻合较好;柱根部塑性铰出现在加劲肋上部约40mm处,加载端塑性铰长度约95mm,梁端塑性铰长度约90mm;混凝土强度在C30~C80之间,框架的弹性刚度和承载力随混凝土强度的提高而增加;梁柱线刚度比在0.32~2.00之间,框架的承载力和弹性刚度随线刚度比增加而提升。     

波形反对称软钢阻尼器力学性能试验研究

设计了一种波形软钢阻尼器，针对其滞回力学特性和耗能减震能力，进行了2个波形钢板不同放置形式的波形软钢阻尼器的拟静力试验,试验结果表明波形软钢阻尼器具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力。其中由于竖向波形软钢阻尼器在水平方向会产生拉压应力场，压缩刚度大，导致其滞回性能和延性均比水平波形软钢阻尼器的差。在整个试验加载过程中，未出现焊缝撕裂现象，说明二氧化碳保护焊可以很好地保证阻尼器整体结构承载和变形能力。利用ABAQUS有限元分析软件建立6个波形软钢阻尼器模型，以试验中的水平波形软钢阻尼器作为基本模型，钢板厚度和波角两个因素作为变量，进行数值分析，结果表明:模拟分析与试验结果吻合较好；当钢板波角为60°时，波形软钢阻尼器力学性能最优；钢板厚度过大会使阻尼器角部应力集中，过早产生局部屈曲，而厚度偏小会使得阻尼器的耗能能力和承载能力不佳，钢板厚度取值6 mm时力学性能最佳。     

方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙结构水平承载力研究

为研究方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙结构的抗震性能和水平承载力,进行了一榀缩尺比为1∶3的2层单跨方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙结构的拟静力试验,得到了其破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移等。利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值模拟,分析了方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能、受力机理和破坏机制。基于试验和数值模拟结果,结合理论研究,提出了方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙的水平承载力的计算式,并将其计算结果与试验、数值模拟结果进行对比。结果表明：方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙具有较高的水平承载力、初始刚度及良好的延性和耗能能力,水平承载力计算式的计算结果与试验、数值模拟结果吻合较好。     

薄壁方钢管混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

以轴压力为主要参数,对两种形式共6个薄壁方钢管混凝土柱-空心方钢管梁节点进行滞回性能的试验研究。通过试验,研究试件的破坏模式、滞回特性、延性及耗能能力等重要抗震性能指标。结果表明:直接焊接节点破坏主要由梁与柱的焊接处断裂引起,螺栓贯穿式连接节点主要发生梁与端板的焊接处断裂和端板与柱的连接焊缝拉裂;轴力对直接焊接节点的抗震性能指标影响较大,而对螺栓贯穿连接节点的影响不是很明显;螺栓贯穿式连接节点的初始刚度和极限承载力都比直接焊接节点要弱,但其屈服平台相对较长,达到极限承载力后其承载能力下降也相对缓慢,延性较好,耗能能力较强;螺栓贯穿式连接节点在破坏时由焊接端板构成第二道防线,对结构抗震更为有利。     

Hysteretic behaviour of tubular T-joints reinforced with doubler plates after fire exposure

The hysteretic behaviour of tubular T-joints reinforced with doubler plates was experimentally and numerically investigated in this study. Two specimens were tested to failure under cyclic axial load at the brace end, one under ambient temperature and the other after fire exposure. Specimens with identical material and geometric properties were compared. The failure modes of the specimens were cracking along the weld toe at the intersection of the plate and brace. The results indicated that the hysteretic behaviour and energy dissipation of the joint after fire exposure were smaller than those at ambient temperature. The finite element package ABAQUS was then used to simulate the joint specimens. In a comparison of the hysteretic curve, skeleton curve, energy dissipation and failure location, the simulation and experimental results were in good agreement. The finite element method was subsequently used to carry out a parametric study. Parameters τ and ε had little influence on the post-fire hysteretic behaviour of the joint, but joints with a large γ or small α, β, or ξ values had a low capacity for hysteretic behaviour after fire exposure.     

PFD-BRB摩擦阻尼器试验仿真分析

制作与阻尼器采用相同材料的摩擦片试验构件,通过拉伸试验得出阻尼器的吨位,再对采用T形芯板摩擦阻尼防屈曲支撑体系(PFD-BRB)的钢框架考虑几何非线性进行了有限元ANSYS试验仿真分析,同时分析了阻尼器起滑摩擦力和防屈曲支撑刚度对摩擦阻尼框架的滞回特性和支撑内力的影响。