高强螺栓T型钢连接节点三维非线性有限元分析

通过对高强螺栓T型钢连接节进行三维非线性有限元分析,研究和探讨了螺栓间距,T型钢翼缘、柱翼缘及柱腹板厚度等因素对于节点初始连接刚度、梁的延性破坏以及本身接触状态的影响．     

内置高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能

为研究内置FRP约束UHPC高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能,基于“强柱弱梁”目标设计制作5个端板-螺栓连接节点试件,通过拟静力试验研究节点的破坏机理,并分析柱轴压比、FRP管厚度和有无芯柱对节点抗震性能的影响,对比钢梁更换前后节点的性能。试验结果表明：所有试件均在梁端形成塑性铰破坏;该破坏模式下,节点具有较高的承载力、耗能能力和较好的延性;内置芯柱时,试件承载力提高但延性降低;随着FRP管厚度增加,节点初始刚度和耗能能力均得到提升;相比原试件,更换梁试件的耗能能力、延性和初始刚度均有所降低。变形分析结果表明：节点域组合柱以受弯变形为主,两侧钢梁主要承担节点域的剪切变形。依据初始刚度判定该节点属于刚性节点。     

方钢管柱-H型钢梁顶底T型钢单向螺栓连接节点性能研究

对方钢管柱-H型钢梁顶底T型钢单向螺栓连接节点在单向荷载作用下的力学性能进行了有限元模拟,得到了节点的荷载-位移曲线,并对节点的荷载-位移曲线、构件的应力-应变状态进行了详细分析。研究结果表明:随荷载施加,节点受拉区T型件被拉离柱翼缘一定距离,节点最终的失效模式为受拉区T型件翼缘腹板相交处被拉断破坏,T型件是方钢管柱-H型钢梁单向螺栓连接节点的薄弱部位,在实际的工程应用中可考虑加强柱壁与T型钢翼缘的连接。     

T 型钢半刚性连接节点的非线性性能分析

用ANSYS 有限元程序对T 型钢半刚性连接节点的非线性性能进行了分析, 将其计算结果 与试验结果做了比较, 两者吻合较好.通过对11 个系列共28 个T 型钢连接试件的有限元分析, 探 讨了各类组件对节点性能的影响.结果表明:T 型钢翼缘厚度及柱翼缘厚度对节点性能的影响很 大, 且柱腹板的抗剪能力对此有较大影响;柱腹板水平加劲肋、柱腹板厚度及柱截面高度对节点性 能有一定影响;增大梁截面高度, 能够显著提高节点的承载力和初始刚度;T 型钢腹板厚度、螺栓的 直径及排列间距对节点的性能影响较小.T 型钢连接梁柱节点属于半刚性连接节点, 建议设计中应 考虑其不利影响.     

异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点抗震性能研究

为研究异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点的抗震性能,对节点试件进行低周往复荷载试验及ANSYS非线性有限元分析.结果表明:破坏源于节点区钢梁翼缘屈曲,顶底角钢屈服形成塑性铰,节点产生大转动变形;各试件滞回曲线较为饱满,呈倒“S”形,延性系数均大于2.55,节点具有较好的耗能能力;角钢厚度、高强螺栓直径对节点承载力和变形能力影响显著,增大角钢厚度及高强螺栓直径,节点延性系数略有降低,但极限承载力明显提高;有限元节点应力分布及破坏特征与试验现象基本一致,屈服承载力、极限承载力有限元计算值与试验值吻合较好;轴压比对节点抗震性能影响较小,相较于螺栓性能等级,钢材强度等级对节点刚度及承载力影响更为显著.     

装配式复式钢管混凝土节点抗震性能试验

提出一种便于灾后修复的装配式复式钢管混凝土节点。为明确端板厚度、柱轴压比、螺栓直径、混凝土填充度和内钢管截面形状对节点抗震性能的影响,对6个缩尺比为1∶2的节点试件进行拟静力试验,研究了节点的承载力、延性、刚度退化、承载力退化和耗能能力。结果表明:节点的破坏形态包含端板弯曲、钢梁翼缘屈曲、端板与翼缘间焊缝开裂和螺栓翘曲断裂；6个试件的荷载-位移滞回曲线饱满,表明节点具有较强的耗能能力；位移延性系数均大于4.89,具有良好的塑性变形能力和延性；强度退化系数基本保持在0.9~1.0,表现出良好的承载力稳定性；增大端板厚度,可显著提高节点的各项抗震性能指标；增大柱轴压比、提高混凝土填充度和方钢管代替内圆钢管均会提高节点承载力,而螺栓直径几乎不影响节点承载力；改变柱轴压比和螺栓直径对节点耗能影响极小,提高混凝土填充度和方钢管代替内圆钢管均会明显降低节点耗能能力。建立的非线性有限元模型得到的节点破坏形态、承载力与试验结果吻合良好。     

带外套管钢管混凝土柱与钢梁节点力学性能研究

在总结以往钢管混凝土柱与钢梁连接节点不足的基础上,提出了新型带外套管式钢管混凝土柱与钢梁单边螺栓连接节点,通过已有的试验研究和理论分析,考虑构件的初始几何缺陷和混凝土的塑性损伤本构,在与试验对比后,分别建立了带和不带外套管式钢管混凝土柱-钢梁端板连接节点的有限元模型.通过对模型进行单调加载,分析节点的破坏和工作机理;然后对节点进行参数分析,总结出影响节点初始刚度和承载力的主要因素;提出外套管式钢管混凝土柱-钢梁端板连接节点的M-θr实用模型.结果表明:带外套管式钢管混凝土-钢梁端板连接节点具有更大的初始刚度、承载力,提出节点的M-θr曲线实用计算方法与有限元计算出的M-θr曲线吻合较好,研究将为外套管式钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓端板连接节点在实际工程中的应用提供参考.     

新型PEC柱-钢梁T形件摩擦耗能型连接中节点滞回性能的数值模拟

为研究预拉对穿螺栓的新型PEC柱-钢梁T形件摩擦耗能型连接中节点滞回性能,考虑轴压力、PEC柱截面形式、钢板组合截面布置方式与摩擦力大小等设计参数,采用有限元软件ABAQUS建立了5个有限元分析模型试件并对其进行循环荷载下的数值模拟,得到试件的弯矩-转角滞回曲线。结果表明:摩擦耗能型连接方式不仅满足结构耗能延性性能设计目标,且承压型强度设计还能保证必要的安全冗余度;轴向力影响较小;摩擦力影响连接的耗能能力,但对其承载能力影响不明显;钢结构翼缘卷边措施可增强混凝土的约束作用,更好地满足"强柱弱梁"的抗震要求;预拉对穿螺栓表现部分自复位功效,且较好实现了混凝土斜压带传力机理,相应降低了对节点域腹板的抗剪要求;所有试件破坏模式均由于T形件的加强而使得梁截面的塑性铰出现位置向T形件腹板外排螺栓附近梁截面转移,且达到破坏时对应的节点转角均超过了0.04rad,表明该节点连接能较好满足抗震转动能力的需求。     

常温与高温下高强钢T型连接受拉性能试验

为研究高温下高强钢T型连接的受拉性能,对11个常温下和17个高温下的T型连接试件进行拉伸试验,其中包括300、400、500、600℃等多种高温环境下Q355、Q460、Q690、S690、S960等不同强度钢材的T型连接,通过试验得到各T型连接的初始拉伸刚度、抗拉承载力、破坏模式等。将试验结果与欧洲规范和中国规程的计算结果进行对比,以期校验规范对于高强钢T型连接的适用性,并分析翼缘强度、翼缘厚度、螺栓强度、螺栓直径、螺栓位置以及高温温度等多种因素对T型连接受拉性能的影响。常温与高温下的试验结果表明：欧洲规范和中国规程对高温下高强钢T型连接初始拉伸刚度的估算偏于危险,而对抗拉承载力而言偏于保守;与普通钢T型连接相比,薄翼缘高强钢T型连接能在保持承载能力相当的情况下,具有更好的变形能力;当螺栓离腹板距离和翼缘距离的比值小于1时,增大螺栓离腹板的距离会显著降低T型连接的初始拉伸刚度和抗拉承载力;螺栓直径的增加将增大T型连接初始拉伸刚度值,但螺栓强度对初始拉伸刚度影响不大。本文研究成果可为高强钢端板连接节点及其等效T型连接的抗火设计提供试验依据,为相关规范修订提供参考。     

钢框架十字型刚性节点滞回性能分析与设计

为研究钢框架十字型刚性节点构件的滞回性能,以轴压比、H型钢柱腹板厚度、钢梁截面形式及加劲肋为参数,设计8组钢框架十字型刚性节点和1组T型刚性节点;基于简化的力学模型和材料的本构关系,利用ABAQUS软件建立有限元模型,分析节点试件的滞回性能;通过与已有的T型刚性节点试验结果对比,两者吻合较好,验证有限元模型的合理性.开展十字型节点仿真分析,提取节点荷载—位移滞回曲线、包络图、骨架曲线和应力云图,获得柱轴压比、H型钢柱腹板厚度、钢梁截面形式及加劲肋对该类节点抗震性能的影响规律,并对轴压比、柱腹板与翼缘厚度比提出设计建议.结果表明:柱轴压比设计限值建议取为0.5,柱腹板与翼缘厚度比设计限值建议取为0.75.当截面形式为H型钢时,十字型刚性节点的抗震性能良好,并且优于截面形式为钢管的,节点域设置横向加劲肋可有效提高节点的抗震性能.     

十字形钢管混凝土柱-钢梁节点抗剪性能研究

为建立侧板连接十字形钢管混凝土柱-钢梁节点的剪切屈服机制,揭示节点传力机理,按12比例设计新型节点抗剪受力模型,利用有限元软件ABAQUS建立低周往复荷载作用下的精细化数值分析模型,观察其破坏模式及传力机制,考察轴压比和侧板厚度对节点抗剪承载力的影响.结果表明:节点模型表现为节点核心区剪切破坏,核心混凝土受力符合斜压杆机理,节点的受力机理为钢桁架、混凝土主斜压杆和约束斜压杆的综合作用;轴压比和侧板厚度对新型节点受剪承载力有一定影响,增大轴压比或侧板厚度,节点受剪承载力提高,增加侧板厚度可以提升节点初始刚度;新型节点具有良好的延性及耗能能力,满足结构抗震设计要求.     

铝合金盘式节点静力性能的有限元参数分析

为研究几何参数对盘式节点承载力及刚度的影响,得到影响节点承载力及刚度的关键几何参数,以试验数据为基础,利用大型通用有限元分析软件ABAQUS,针对盘式节点的5个主要几何参数进行抗弯承载性能及初始刚度参数分析.分析结果表明:铝合金工字型杆件腹板高度增加,节点承载力及初始刚度近似成线性提高;腹板厚度增加,节点承载力有所提高,节点初始刚度有所降低,但变化幅度较小;翼缘厚度增加,节点承载力及初始刚度提高,且提高幅度较大;节点盘厚度增加,节点承载力有所提高,节点初始刚度有所降低,变化幅度先大后小;节点盘半径对节点静力性能影响不大.建议通过增大铝合金盘式节点工字型杆件腹板高度及翼缘厚度的方式,改善节点受力性能.     

加强环式钢管混凝土柱-钢梁节点的刚性分析

用有限元软件ANSYS对内加强环式钢管混凝土柱-钢梁节点的刚性进行研究.分析结果表明,在所有的影响因素中,对节点刚度影响最大的是梁的截面高度,而梁腹板的厚度对节点刚度几乎没有影响.最后建立节点的M-θ曲线表达式,以供设计应用.     

波纹腹板H型钢梁顶底角钢半刚性节点研究

运用有限元软件ANSYS对波纹腹板H型钢梁顶底角钢半刚性节点进行静力荷载下的数值模拟,分析不同角钢厚度和梁高对半刚性节点受力性能的影响。结果表明:增加角钢的厚度,节点的初始转动刚度和抗弯承载力呈增长的趋势,但随着进入塑性变形阶段其增幅逐渐减小,当角钢的厚度增加到一定的程度时,对节点的初始转动刚度和抗弯承载力影响不大;增加角钢的厚度,节点的延性会降低;增加梁截面高度可以有效的提高节点的初始转动刚度及抗弯承载能力。     

剖分T型钢梁柱连接的滞回性能试验研究

通过对循环荷载作用下的剖分T型钢连接节点的试验研究，分析了剖分T型钢连接的滞回性能．试验结果表明：剖分T型钢连接具有良好的延性和耗能能力，节点的转角都超过了O．03rad；剖分T型钢翼缘厚度是影响节点滞回性能和极限承载力的决定因素．最后，根据试验结果提出了此类连接的设计和施工建议．     

钢管混凝土柱与桁架穿芯螺栓端板式连接节点试验研究

为了研究矩形钢管混凝土柱与交错桁架穿心螺栓端板式节点抗震性能,对2个节点试件进行了低周反复荷载试验,在此基础上对节点的受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、强度退化、刚度退化和耗能能力等抗震性能进行了较为深入的研究与分析.试验结果表明:穿芯螺栓能够有效地传递桁架拉力;试件滞回曲线呈反S形;节点具有较好的承载力、耗能性能及滞回特征;在整个加载过程中节点的刚度退化明显;随着端板厚度的增加,节点的承载力增加,延性变差;节点转动能力满足抗震性能的要求.     

装配式H型钢腹板开孔耗能支撑的滞回性能

装配式H型钢腹板开孔耗能支撑是由腹板开孔H型钢和传力槽钢通过螺栓连接组成的新型耗能支撑,能有效避免支撑构件失稳。为研究这种支撑的耗能能力及破坏机理,对试件进行低周往复加载试验及有限元模拟分析。结果表明：装配式H型钢腹板开孔耗能支撑滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。在轴向荷载作用下,试件主要依靠开孔腹板孔间短柱进入塑性耗能,在加载过程中,孔间短柱端部为薄弱部位,首先进入塑性,并最先发生断裂,随着加载的深入,孔间短柱中间部位进入塑性的面积越来越大。加载过程中,螺栓与槽钢始终处于弹性状态。试件最终因孔间短柱断裂导致破坏。H型钢耗能腹板长度相同时,腹板宽度越宽、孔间短柱高宽比越大,耗能支撑承载力与刚度越小、变形能力越好,孔间短柱高宽比在5~8之间较合理。建议长圆孔端部圆弧到螺栓孔中心最短距离控制在1.2d₀~1.5d₀之间。改变长圆孔圆弧半径对支撑的力学性能影响很小。H型钢腹板宽度相同时,腹板长度越大,承载力与刚度越大。给出了装配式H型钢腹板开孔耗能支撑的设计方法与极限承载力公式。     

摩擦耗能型翼缘削弱式钢梁连接的承载性能

提出一种摩擦耗能型翼缘削弱式（RBS）钢梁高强螺栓的连接形式,可实现塑性铰外移的效果。由设置在钢梁腹板中部的横隔板和腹板共同组成H型凸起抵抗剪力,不仅节省了钢梁腹板位置的大量抗剪螺栓群,在钢梁吊装时还可作为搭接平台,实现钢梁的快速安装。在H型钢梁摩擦型高强螺栓连接试验验证的基础上,利用ABAQUS有限元软件建立了摩擦型RBS钢梁连接的数值模型。与传统钢梁连接形式相比,摩擦型RBS钢梁连接的受力过程可分为：弹性阶段、滑移阶段、强化阶段和塑性阶段,在摩擦滑移阶段和全截面屈服阶段可形成2级耗能机制。改变翼缘螺栓预紧力、盖板厚度、翼缘厚度以及钢材强度等参数,对摩擦型RBS钢梁连接的工作机理和承载性能变化规律进行分析。摩擦型RBS钢梁连接具有良好的承载力和塑性转动能力,可得到与骨式翼缘RBS钢梁相似的塑性铰外移的效果,且转角延性系数由1.7提高到12。摩擦型RBS钢梁连接滑移阶段的抗弯承载力主要与翼缘螺栓群的极限摩阻力相关,而塑性阶段极限抗弯承载力则与螺栓强度、栓杆直径以及钢梁塑性极限弯矩等因素相关。     

复式钢管混凝土柱-钢梁空间节点有限元研究

目的研究复式钢管混凝土柱(CFST)与钢梁连接空间节点的抗震性能,为复式钢管混凝土结构空间节点的后续研究与应用提供参考.方法运用有限元模拟软件ABAQUS建立了外加强环式复式钢管混凝土柱与H型钢梁节点的空间模型,通过选取计算单元、设定接触关系、施加载荷等一系列建模过程,建立了3种不同参数下的6个模型,考察不同加载方式、不同混凝土强度等级及核心混凝土的存在对空间节点的抗震性能的影响.结果空间双向加载制度2对空间节点的承载力、刚度、变形性能和耗能性能影响较大,与平面加载方式相比,承载力下降了14.3%,累积耗能降低15%,刚度退化明显;随着混凝土强度等级的提高,节点的承载力越高,混凝土强度等级的变化对刚度退化影响越不明显;核心混凝土的存在有效地提高了节点承载力,延缓了节点刚度的退化速度.结论实心高强复式钢管混凝土柱与钢梁空间节点在双向加载作用下的抗震性能较平面节点试件的抗震性能要差,应加强空间节点抗震试验方法的研究.     

梁柱端板螺栓连接强度和刚度的有限元分析

对9个端板螺栓节点在单调荷载作用下的刚度和强度等性能进行了非线性有限元分析,总结了端板厚度和高度、螺栓布置以及柱翼缘和腹板厚度对端板螺栓节点连接强度和刚度的影响.