钢框架梁柱弱轴栓焊混合连接翼缘削弱型节点破坏形态试验研究

为研究钢框架梁柱弱轴栓焊连接翼缘削弱型节点的力学性能,设计了3个翼缘削弱节点试件及1个普通节点试件(对比试件)。对4个试件进行低周往复荷载试验。结果表明,4个试件的破坏形态相似;焊缝通过孔的大小和加工对试件破坏形态及塑性铰的出现有重要影响,由于焊缝通过孔的影响,削弱试件没有实现塑性铰外移。为有效实现塑性铰外移,建议将焊缝通过孔设置在削弱位置外侧,或者不设焊缝通过孔。     

梁端翼缘削弱型节点空间钢框架抗震性能试验研究

为研究梁端翼缘削弱型节点钢框架的抗震性能,设计钢框架试验加载装置,进行1∶3缩尺比例的2榀2层1跨梁端翼缘削弱型节点空间钢框架的低周往复荷载试验,研究其受力特点及破坏形态,对模型框架结构的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、承载力退化、塑性耗能能力等抗震性能进行分析。试验结果表明:空间钢框架的8个梁端翼缘削弱型节点塑性铰均外移至圆弧削弱区域,所有节点的梁柱连接焊缝均未出现裂缝,荷载-位移滞回曲线饱满,破坏时结构位移延性系数介于3.05~3.82之间,等效黏滞阻尼系数介于0.34~0.41之间,弹塑性极限位移层间转角介于0.035 5~0.044 5 rad之间。钢框架梁柱连接采用圆弧削弱型节点可使梁端应力平缓过渡,避免梁柱连接焊缝处产生应力集中现象,钢框架塑性内力重分布后对圆弧削弱型节点的耗能性能没有明显影响。圆弧削弱型节点在钢框架中表现出较好的延性性能,提高了钢框架整体结构的抗震性能及塑性耗能能力。     

翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载

为研究翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能,采用有限元分析软件ABAQUS对普通节点和翼缘削弱型节点的空间钢框架模型进行有限元模拟,对2种钢框架模型的破坏形式、承载力、滞回性能、耗能能力、强度及刚度退化性能等进行了对比分析。结果表明:翼缘削弱型节点可使梁端塑性铰外移至梁端翼缘削弱处,避免梁端焊缝处应力集中导致脆性破坏;翼缘削弱型节点等效粘滞阻尼系数与普通节点空间钢框架相比有明显的提高,进入屈服阶段后由于应力重分布,其刚度及承载力退化速度较普通节点空间钢框架慢,翼缘削弱型节点钢框架具有梁铰延性破坏机制,抗震性能较好。     

翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能

为研究翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能,采用有限元分析软件ABAQUS对普通节点和翼缘削弱型节点的空间钢框架模型进行有限元模拟,对2种钢框架模型的破坏形式、承载力、滞回性能、耗能能力、强度及刚度退化性能等进行了对比分析。结果表明:翼缘削弱型节点可使梁端塑性铰外移至梁端翼缘削弱处,避免梁端焊缝处应力集中导致脆性破坏;翼缘削弱型节点等效粘滞阻尼系数与普通节点空间钢框架相比有明显的提高,进入屈服阶段后由于应力重分布,其刚度及承载力退化速度较普通节点空间钢框架慢,翼缘削弱型节点钢框架具有梁铰延性破坏机制,抗震性能较好。     

钢框架梁端翼缘扩大型节点低周反复荷载试验研究

针对钢框架梁端翼缘扩大型节点进行4个1∶2缩尺比例的模型试验,深入研究梁端翼缘侧板加强型节点和梁端翼缘圆弧扩翼型节点在低周往复荷载作用下节点的屈服荷载、极限荷载、滞回曲线、骨架曲线、延性和耗能能力等抗震性能。为了比较分析,还设计制作了1个普通栓焊节点试件。试验结果表明,4个梁端翼缘扩大型梁柱节点均达到了抗弯钢框架连接的抗震要求,而普通栓焊节点试件由于梁柱焊缝根部的脆性破坏制约了梁柱节点的塑性发展;梁端翼缘侧板加强型节点由于侧板与梁翼缘对接焊缝的影响使得焊接热影响区母材变脆而发生脆性撕裂,致使节点的耗能性能受到影响;梁端翼缘圆弧扩翼型节点的抗震性能优于梁端翼缘侧板加强型节点。建议在实际工程中,采用圆弧渐进式过渡的梁端翼缘扩翼型节点,可以有效保证梁柱节点连接的塑性变形和耗能能力。     

梁端翼缘扩大型连接的抗震性能研究

通过试验及数值分析方法研究了钢框架梁端翼缘扩大型连接节点的滞回性能、极限承载力、破坏模式、刚度及强度退化等抗震性能。研究结果表明:梁端翼缘扩大式节点可以将塑性铰转移到梁翼缘扩大端截面以外位置,避免梁端焊缝发生脆性破坏;加强侧板末端截面有明显突变和热影响区影响使钢材变脆应力集中现象严重,制约了节点塑性耗能深入发展;直接扩翼型节点塑性铰中心形成于扩翼圆弧段末端,远离柱翼缘,达到了塑性铰外移的目的;在循环荷载作用下,翼缘及腹板随局部屈曲塑性变形的不断积累,导致试件的强度出现退化;节点构造形式对抗震性能影响显著,直接扩翼型节点的塑性变形和耗能能力较好,推荐在强震区采用。     

方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能研究

翼缘削弱型节点可将塑性铰外移到梁端,从而有效地保护节点,避免发生脆性连接破坏。基于ABAUQS软件,参照目前钢框架节点的削弱参数取值,对方钢管混凝土柱-翼缘削弱型钢梁内隔板节点力学性能的影响进行了数值模拟,结果表明:合理选择相应的翼缘削弱参数,可在承载力降低不明显的情况下实现此类节点塑性铰外移,且位移延性有所提高。基于前述模型,对此类节点的翼缘削弱参数对其承载力和位移延性的影响进行了参数分析,最终建议了此类节点削弱深度的合理取值范围。     

梁端翼缘扩大型钢框架梁柱节点的受力性能分析

根据钢框架强柱弱梁的抗震设计原则,按照使梁上塑性铰位置远离节点区的设计思路,对梁端翼缘扩大型钢框架梁柱节点进行了非线性有限元分析,并对该节点的基本受力性能和塑性区分布做了详细探讨,给出了侧板长度及宽度等尺寸参数的影响规律和有效取值范围。结果表明梁端翼缘扩大型钢框架节点具有理论上的合理性和实用上的可行性,可达到塑性铰外移和增加使用功能的目的。     

加强与削弱并用型工字形柱弱轴连接节点滞回性能分析

为了减小钢框架梁柱弱轴连接中柱腹板上的应力水平,提出了在梁端加过渡竖板的方式以使得柱翼缘更好地参与受力。同时为了使塑性铰不出现在梁柱连接焊缝处,对梁翼缘进行削弱处理,最终提出了一种新型的梁端加强与削弱并用的梁柱弱轴连接(SWWC)形式,并运用有限元软件ABAQUS对已有的RBS型工字形柱弱轴连接节点的试验进行模拟验证后,对此类节点进行循环荷载作用下的受力性能分析。结果表明:在梁端加过渡竖板可以明显降低节点域的Mises应力水平,使得梁截面的屈曲主要集中在竖向板的外侧;在梁端加过渡竖板的同时对梁翼缘进行削弱处理可以使塑性铰外移;随着削弱深度c的增加,节点的承载力逐渐降低,RBS削弱处的屈曲发展得越充分,削弱起始位置至梁端的距离a和削弱区域的长度b对节点的承载力影响会很小,随着参数a或b的增加,梁上塑性铰中心逐渐远离梁翼缘焊缝处;建议削弱参数c=0.17bf,a取值范围为0.65bf～0.70bf,b=0.75hb,其中bf和hb分别为梁翼缘宽度和梁截面高度。     

盖板加强型狗骨式节点的性能分析

基于对"强节点弱构件"这一概念的深化,对现有梁柱延性节点形式实行改进,即局部加大梁端焊缝截面,而且在离梁端一定距离处又适当削弱梁翼缘尺寸(以下称盖板加强型狗骨式节点),使梁端塑性铰外移的同时,梁柱节点既有较强的承载能力,又具备较好延性。利用ANSYS软件对盖板加强型狗骨式节点、狗骨式节点、盖板加强式节点以及普通型四种形式节点进行循环荷载下的非线性有限元分析,分析结果表明:盖板加强型狗骨式节点由于将塑性铰外移,增强了结构的耗能能力及延性性能,而又使节点的承载能力和初始刚度明显高于狗骨式节点,相对于盖板加强式节点,梁端翼缘截面尽管加强,但由于在离梁端一定距离处又适当削弱梁翼缘尺寸,不需要加大柱截面,从而达到节约钢材的目的。