节点域性能的研究

节点域的厚度直接影响着节点的刚度、强度和变形 ,从而影响框架的抗震性能。在罕遇地震下 ,要求钢框架能够抵抗比多遇地震下大得多的变形。这种变形一般是非弹性的 ,其大小取决于框架中每个组成部分的相对强度和刚度。如果节点域的厚度取得合适 ,则既能够参与耗散能量 ,又不致使钢框架产生过大的层间变形。对计算节点域厚度的各种方法进行了比较 ,并就节点域板剪切变形的计算方法进行了探讨。     

西安北站站台雨棚结构设计与分析

西安北站站台雨棚采用钢管混凝土柱与钢框架梁及钢拉杆组成的斜拉预应力钢框架结构,对钢拉杆施加一定的预应力作为梁的弹性支点。工程采用允许钢拉杆在风负压下退出受拉状态的设计思想,以减小拉杆拉力过大带来的负作用。作为风敏感体系,通过风洞试验和风振分析为结构的抗风设计提供了科学的依据。介绍了该工程的结构选型与布置、节点设计、温度作用分析及结构分析。     

下翼缘组件可更换框架组合梁的设计方法及验证

梁端塑性铰机制是普通框架结构在地震作用下的一种常设耗能模式,但其震后修复困难,为此提出了一种可更换耗能组合梁,由上翼缘连接板件和下翼缘角钢连接相邻梁段。连接处截面中性轴位于上翼缘处,从而将损伤集中于梁下翼缘的连接角钢上,震后仅需更换角钢,以期快速恢复结构功能。详细分析了该组合梁的传力机制,建立了设计方法,并通过试验予以检验。试验结果表明,组合梁的弹性刚度、变形分布、连接处中性轴的位置以及屈服承载力和塑性转动能力均能达到设计预期,在设定的损伤变形范围内更换角钢可以基本恢复结构性能。     

带摩擦剪切耗能节点的高层建筑斜交网格结构体系抗震性能研究

结合建筑外立面的特点，树根互联全国总部&三一集团华南总部超高层建筑采用由24根钢管混凝土斜柱构建的外露斜交网格钢框架+混凝土核心筒+内部24根钢吊柱竖向分区段悬挂承重的结构体系。每5层外框斜柱交汇节点处存在3.2m跨度的马鞍形短梁节点，在侧向作用下，剪切变形显著。将摩擦型材料应用到马鞍形节点处形成摩擦剪切耗能节点，对该结构进行抗震性能化分析，表明马鞍形摩擦剪切耗能节点在设防烈度及罕遇地震作用下能起到一定“保险丝”的作用，参与结构耗能机制，提高第二道抗震防线外框结构的延性，保护外框钢管混凝土柱。     

多层高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

为研究高强钢组合Y形偏心支撑钢框架结构的抗震性能,进行了一个1∶2缩尺模型的三层结构试件的低周往复加载试验,从结构的承载能力、刚度退化、位移延性、耗能能力及破坏模式等方面评价了结构的抗震性能,试验采用三质点倒三角形比例加载。研究结果表明：高强钢组合Y形偏心支撑结构具有较高的承载能力、较好的位移延性和耗能能力,屈服强度较低的耗能连梁的弹塑性变形耗散了大部分地震能量,而高强钢非耗能构件基本处于弹性受力状态,保证了极限状态下结构的完整性。框架梁与耗能连梁连接节点处受力复杂、应力集中严重,加之楼板对框架梁的约束,该节点处变形较大,使得试件最终在此位置破坏。     

带可更换梁段钢框架端板式梁柱节点初始转动刚度计算模型

带可更换梁段的钢框架端板式梁柱节点（RSFEBJ）是一种地震失效后可更换和修复的新型节点,该RSFEBJ与柱和梁端均采用端板式连接。通过组件法来研究RSFEBJ的初始转动刚度,综合考虑了柱腹板拉、压、剪变形及翼缘弯曲变形、梁柱端板受弯变形、连接端板（1、2）拉压及弯曲变形、梁腹板受剪及螺栓受拉变形对其的影响,建立了简化的弹簧模型,并在此基础上提出各组件的刚度计算公式。通过与课题组已开展的不同削弱形式下的RSFEBJ抗震性能有限元分析结果对比,理论值与有限元值之比均值为0.98,标准差为0.07,二者最大误差小于15%,表明公式具有较好的计算精度。最后开展了节点初始转动刚度的影响因素分析,结论表明：增大梁柱和连接端板厚度是提高节点初始转动刚度的有效手段。     

双向弦支结构预应力全过程施工分析及节点设计

对双向弦支结构预应力张拉过程进行计算分析，给出了钢拉杆张拉顺序、拉力值、预应力张拉过程中的变形值、施工完成后钢构件的应力比及支座位移值。钢拉杆张拉力与张拉顺序能保证在张拉完成后，钢屋盖关键节点能主动脱架，同时较好控制了施工阶段上拱值，施工阶段的支座位移得到较好控制，远小于支座允许的滑动限值。钢拉杆与撑杆连接节点设计新颖、美观轻盈，具有可靠的传力路线，具有一定刚度并能满足本项目的工程要求。     

基于悬挂连接的韧性钢框架梁柱节点抗震性能数值模拟

为解决震后钢框架梁端因塑性损伤导致的残余变形过大而无法修复的问题,提出一种具有低损伤和易拆卸的新型韧性钢框架梁柱节点,在梁上翼缘顶部采用悬挂抗剪连接形成旋转中心,在梁下翼缘通过屈曲约束板拉压屈服耗散地震能量。通过ABAQUS有限元软件对该节点受力性能开展研究,提出悬挂栓接和悬挂焊接两种构造,并与传统焊接节点进行对比。结果表明:该节点与传统节点具有相同弹性刚度,屈服耗能主要集中在屈曲约束板,有效避免梁端塑性损伤、屈曲和断裂,显著提高节点的震后可恢复性;在弹塑性阶段,节点旋转中心基本位于梁上翼缘附近,节点弯矩主要由屈曲约束板和悬挂抗剪连接的拉压力偶提供,滞回环饱满稳定;悬挂栓接和悬挂焊接对节点性能无显著影响。     

钢框架梁柱高强螺栓连接节点的滞回性能

通过对钢框架梁柱高强螺栓连接节点在循环荷载作用下的拟静力试验,分析了各类连接的刚度、承载能力、延性系数和能量耗散机制,并讨论了剖分T型钢连接、顶底角钢腹板双角钢连接和顶底角钢连接的差别。试验结果表明,T型钢翼缘厚度是影响剖分T型钢连接节点性能的主要因素;在计算顶底角钢腹板双角钢连接的连接刚度和抗弯承载力时,应考虑双腹板角钢的影响。     

考虑楼板效应的装配式自复位钢框架节点弯矩-转角理论研究

装配式自复位钢框架结构体系在地震中能够有效耗散地震能量、控制结构损伤,震后残余变形小易修复,但由于震时自复位钢框架节点开口的特性带来了装配式自复位钢框架自身膨胀效应,使得传统的楼板体系不适用于该类结构体系。基于课题组提出的带新型滑动次梁的楼板体系和考虑带新型滑动次梁楼板体系后自复位框架梁各轴向力的计算式和自复位钢框架节点弯矩-转角关系。通过一个算例量化分析了8度设防、8度罕遇和8度罕遇(0. 3g)三个地震动水准下楼板效应对自复位钢框架节点开口后弯矩-转角的影响程度。     

自复位钢框架节点有限元模拟及参数分析

研究了一种具有自复位能力的钢框架节点的力学性能.该节点在梁柱间通过角钢栓接,并沿梁长布置高强预应力钢绞线.通过对钢绞线施加预应力将梁柱压紧,使节点具备足够的抗弯刚度以满足正常使用情况下的功能性要求,钢绞线同时提供回复力,使节点在地震后具有自复位能力.采用通用有限元分析软件Abaqus 6.9建立节点模型,对9个足尺钢框...     

带加劲肋的顶底角钢与腹板双角钢连接的梁柱节点的试验

通过带加劲肋的顶底角钢和腹板双角钢连接的梁柱节点静力荷载试验,分析顶底角钢、顶底角钢加劲肋、腹板角钢、梁柱翼缘和腹板在荷载作用下的应力情况,确定这种连接的受力性能及破坏模式,得到此类连接的M-θ曲线、连接初始刚度、极限承载力和极限转角,讨论了加劲肋及其他因素对连接性能的影响。     

弯剪作用下螺栓角部连接的性能分析

研究了腹板角钢尺寸对双腹板顶底角钢的弯曲-转动性能影响。研究中采用了多个三维有限元模型,以其几何和材料特性作为影响参数。在这些模型中,所有的连接组件,如梁、柱、角钢及螺栓都采用实体单元建模。构件间的相互作用效应,如螺栓滑移和摩擦,采用表面接触算法建模。为更精确地评估连接件的性能,在栓杆上施加预拉力作为第一荷载。     

剪力对带腹板双角钢顶底角钢初始刚度的作用分析

主要分析了带腹板双角钢顶底角钢的弯矩-转角关系,尤其是在剪力和弯矩共同作用下的初始刚度。采用数个三维有限元模型进行分析,将连接件的几何和力学性能作为参数。模型中,所有的连接构件如梁、柱、焊接角和螺栓的建模都采用八节点单元。所有构件的相互作用,如螺栓滑移、摩擦力等,采用表面接触计算法则进行模拟,为更准确地评估连接性能,在螺栓杆处采取预拉伸模拟其初受力状态。通过将数值模拟的结果与试验结果进行对比发现,它们具有良好的一致性。为评估剪力在这种连接中的作用,通过数个不同量级剪力的模型分析发现,剪力对角钢连接初始刚度的影响呈减弱趋势。因此提出一个公式,根据在无剪力情况下连接件的初始刚度和屈服弯矩,计算在任何可能产生剪力的条件下连接件初始刚度的换算系数。     

Cyclic flexural analysis and behavior of beam-column connections with gusset plates

This research investigates the cyclic flexural behavior of double-angle concentrically braced frame beam-column connections using three-dimensional nonlinear finite element analysis. Prior experimental research demonstrated that such connections possess appreciable flexural stiffness, strength, and ductility. The reserve capacity provided by these connections plays a significant role in the seismic behavior of low-ductility concentrically braced frames, so knowledge about the impact of connection parameters on local limit states and global connection performance is needed for employing reserve capacity to design and assess concentrically braced frames. Finite element models were developed and validated against prior experiments with focus on the limit states of failure of the fillet weld between the gusset plate and beam, low-cycle fatigue fracture of the steel angles joining the beam and gusset plate to the column, and bolt fracture. The models were used to evaluate the flexural stiffness, strength, and ductility of braced frame connections with primary attention on the effects of beam depth, angle thickness, and a supplemental seat angle. The finite element analysis demonstrated that increasing beam depth and angle thickness and adding a supplemental seat angle all increased the stiffness and strength of the connection while maintaining deformation capacity. A procedure to estimate the flexural behavior of beam-column connections with gusset plates was developed based on the results of the numerical simulations.     

Experimental investigation of a self‐centering precast concrete beam‐to‐column connection with top and bottom friction energy dissipaters

The new friction material, non‐asbestos organic, and Belleville springs are applied to the friction energy dissipaters (FEDs) to improve its friction performance. The new high‐performance FEDs are placed in the top and bottom parts of the self‐centering precast concrete (SCPC) beam‐to‐column connections, which have inherently reduced residual deformation caused by posttensioned tendons, to enhance energy dissipation efficiency. Besides, the reasonable design of the connection between FEDs and backbone members makes it easy for the disassembly of all members, which significantly enhances the repair efficiency after a major earthquake. Theoretical analyses and 14 tests were performed on a full‐scale specimen, which were assembled two times, and the friction pads were replaced one time, to investigate the effects of various parameters on the performance of such FED‐SCPC beam‐to‐column connections. The influence of key design parameters on the hysteretic behaviors, such as stiffness, loss of posttensioned tendons force, self‐centering capacity, and energy dissipation capacity, has been analyzed. The test results indicate that the FED‐SCPC beam‐to‐column connections can achieve significant and reliable energy dissipation levels while maintaining self‐centering capabilities. The experimental and theoretical results can provide certain references for the seismic design and assembly of such structures.     

Behavior of bolted angle connections subjected to combined shear force and moment

In this paper, the effect of web angle dimensions on moment-rotation behavior of bolted top and seat angle connections, with double web angles is studied. Several 3D parametric finite element (FE) models are presented in this study whose geometrical and mechanical properties are used as parameters. In these models, all of the connection components, such as beam, column, angles and bolts are modeled using solid elements. The effect of interactions between components, such as slippage of bolts and frictional forces, are modeled using a surface contact algorithm. To evaluate the behavior of connection more precisely, bolt pretensioning force is applied on bolt shanks as the first load case. The results of this numerical modeling are compared with the results of experimental works done by other researchers and good agreement was observed. To study the influence of shear force on behavior of these connections, several models were analyzed using different values of shear force. The effect of important parameters, especially the effect of web angle dimension, is studied then. An equation is proposed to determine the reduction factor for initial rotational stiffness of connection using connection initial rotational stiffness, yield moment, the expected shear force and web angle dimension. The proposed equation is compared with other existing formulations and it was observed that the proposed model is a better estimator of connection behavior.     

框架-嵌入式墙体结构抗震性能研究

为研究框架-嵌入式墙体结构抗震性能,根据原型结构特性与相似理论,设计并制作了相似比为1:3的钢筋混凝土框架-嵌入式墙体结构试验模型,并进行了地震模拟振动台试验,探究此类结构在不同强度、不同种类地震波作用下的动力特性、加速度反应和位移反应等。结果表明:在地震作用初始阶段,框架结构的变形使得墙板与主体框架连接更为紧密,嵌入式墙体的存在使得整体结构刚度增加,随着框架主体结构的损伤,刚度逐渐减小; 加载结束后,结构一层梁端及柱脚处裂缝较为密集,嵌入式墙板四角及插墙凹槽处混凝土出现不同程度的破坏,框架柱插墙凹槽处混凝土损坏较为严重,但墙柱之间仍保持可靠的连接,结构仍保持较好的整体性; 结构各层弹性、弹塑性层间位移角在规范限值以内,结构具有良好的抗震性能; 振动台试验过程中各块墙板间相对振动反应较为明显,在实际工程设计中应对墙角采取构造措施加固,在墙板顶端增设压梁,并在墙板与框架柱凹槽之间增设缓冲带。     

方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

基于非线性和再生混凝土损伤因子的塑性损伤本构,建立了外加强环全焊接刚性连接、外套管式端板连接半刚性连接以及顶底角钢全螺栓连接半刚性连接3种形式的方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析了各模型的抗震性能。结果表明:在低周循环加载下,柱内含有支撑骨架且没有穿柱构件时,有利于提高节点域核心再生混凝土的整体性,受力简单;采用外套管约束节点域,核心再生混凝土的应力、应变较小,有利于再生混凝土耐久性的提高;在相同轴压比、梁柱线刚度比的情况下,外加强环全焊接刚性节点承载能力和滞回耗能能力较高,但延性相对较差;顶底角钢全螺栓连接半刚性节点承载能力、滞回耗能能力相对较低,延性较好;外套管式端板连接半刚性节点的极限承载力、滞回耗能能力和延性性能都有良好的表现;在此基础上,对外套管式端板连接半刚性节点进行了荷载-位移影响参数分析。结果表明:轴压比在弹性阶段对节点的影响不大,在进入屈服和塑性强化阶段,随着轴压比的增高,节点的极限承载力和延性下降;在强柱弱梁的前提下,梁柱线刚度比的增加有利于节点弹性刚度和水平极限承载力的提高,屈服后梁柱线刚度比对节点刚度退化影响不大;钢材屈服强度影响主要体现在节点的极限水平承载力上;再生骨料取代率对节点的延性性能稍有影响;外套管和端板的厚度变化在一定范围时对节点的弹性刚度和极限承载力有一些影响,但增幅随着厚度的增加越来越小。