梁腹板开平行长孔型节点滞回性能分析

运用有限元软件ABAQUS对梁腹板采用两条平行长孔削弱的钢框架梁柱节点进行循环荷载作用下的受力性能分析,在根据已有的腹板圆孔削弱的梁柱节点试验对有限元建模方法进行验证后,开展了3个系列共15个节点模型的参数分析,对各模型的滞回曲线及等效塑性应变分布进行了对比分析。结果表明:节点的初始刚度对矩形孔距离梁翼缘的距离a、矩形孔宽度b和矩形孔高度h均不敏感,承载力和节点处的等效塑性应变分布受3个参数的影响较大;随着参数a增大,达到最大承载力后的承载力降低幅度逐渐减小,梁端焊缝处的塑性应变也明显降低;当b≥250 mm时,随着参数b的增大,节点的承载能力逐渐降低,塑性铰外移至开孔处梁截面;随着参数h的增大,节点的承载能力明显降低,当h≥50 mm时,节点能有效地实现塑性铰外移。建议参数取值a≥0.13hb、b=0.63hb、h=0.13hb,其中h_b为梁截面高度。     

套管加强梁腹板开孔梁柱端板连接节点受力性能研究

针对腹板开孔型梁柱外伸端板连接节点的不足,提出了套管加强型腹板开孔梁柱外伸端板连接节点形式。利用有限元软件ANSYS对这种节点的受力性能进行了参数分析,探讨了端板厚度、开孔位置、套管半径、套管厚度和套管长度对梁端塑性铰形成位置、梁翼缘与端板焊缝处应力分布、节点的弹性刚度和承载力的影响。结果表明,套管加强梁腹板开孔梁柱端板连接节点具有较高的承载能力,同时梁翼缘与端板焊缝处的应力分布更加均匀并且能达到梁端塑性铰外移的目的;采用合理的细部构造形式有利于降低应力集中,改善节点的应力分布,使之受力更加合理。     

H形梁翼缘双肋板加强式弱轴连接的抗震性能分析

提出了一种适用于工字形柱箱形节点域的H形梁翼缘双肋板加强式弱轴连接;应用ABAQUS有限元软件对标准节点、梁翼缘外侧双肋板加强式节点和梁翼缘内侧双肋板加强式节点共7个足尺计算模型进行了力学性能分析,研究了节点破坏模式、滞回特性、骨架曲线、耗能能力、塑性转动能力和延性等问题。结果表明:箱形节点域双肋板加强式弱轴连接能够有效地在梁端形成塑性铰,并且塑性铰远离节点核心区,从而实现强柱弱梁和强节点弱构件的抗震理念;梁翼缘内侧双肋板加强式节点可以达到与梁翼缘外侧双肋板加强式节点相同的抗震性能,并且改善了梁柱翼缘对接焊缝的应力;梁翼缘双肋板加强式节点的耗能能力和延性系数都有显著提高,塑性转动能力达到FEMA 267建议的0.03 rad,符合国际上对节点塑性转动能力的要求。     

弱轴连接的梁柱狗骨式节点性能研究

在钢框架中梁柱弱轴连接同强轴连接一样普遍,其理论分析和设计更为困难,研究其节点的性能具有重要的理论意义和重大的工程应用价值.狗骨式节点是针对传统刚性节点延性不容易保证、容易发生脆性断裂的缺陷提出的一种新型节点.考虑几何、材料和接触3种非线性的ANYSYS有限元软件,对弱轴连接的梁柱狗骨式节点在单向和循环荷载作用下的受力特点及抗震性能进行研究.结果表明:通过对靠近节点处梁翼缘的适当削弱,可以使得在结构刚度和强度降低较小的情况下,节点的延性显著增加;使地震作用下塑性铰偏离脆弱的节点焊缝,出现在具有较大延性的梁端,以充分发挥钢材的塑性性能.     

H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式弱轴连接的抗震性能分析

提出一种适用于H形柱的箱形节点域的H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式的弱轴连接。应用ABAQUS软件,对标准节点、梁翼缘对称双肋板加强式节点、梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式节点和梁翼缘扩翼板加强式节点共4个足尺的计算模型进行力学性能对比,分析研究了节点的破坏特点、滞回性能、骨架曲线、耗能特性、塑性转动能力和延性等问题。研究结果表明,H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式的弱轴连接能够有效地在梁端形成"塑性铰",并且"塑性铰"远离节点核心区,从而实现"强柱弱梁"和"强节点弱构件"的抗震理念。梁翼缘非对称双肋板加强式节点可以达到与梁翼缘对称双肋板加强式节点相似的抗震性能,并且改善了梁柱翼缘对接焊缝的应力。梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式节点的耗能能力和延性系数较扩翼板加强型节点显著提高,塑性转动能力能达到美国FEMA-267建议的0.03 rad,符合国际上对节点塑性转动能力的要求。     

足尺钢梁柱刚性连接节点抗震性能试验研究

通过10个不同连接构造的足尺钢梁柱刚性连接节点的试验,研究了标准栓焊连接节点、标准全焊连接节点、梁翼缘加强型节点、梁翼缘局部削弱型节点以及梁贯通型节点在梁端往复荷载作用下的破坏过程、破坏形态、承载力和塑性变形能力等抗震性能。试验结果表明,梁翼缘局部切割削弱和梁翼缘加盖板节点的梁的极限塑性转角大于0.03,梁贯通型节点、梁下翼缘加腋节点和梁翼缘打孔节点的梁的极限塑性转角大于0.02,其余类型节点的都小于0.02。对实测的梁翼缘和腹板的应力分布的分析表明,梁根部翼缘处于三向应力状态,是其脆性断裂破坏的原因之一。建议钢框架梁柱连接优先采用梁翼缘加梯形盖板节点和梁下翼缘加腋节点。     

复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点抗震性能试验研究

借鉴方钢管混凝土柱-钢梁外肋环板节点形式,将非梁柱连接面的柱两侧外肋环板改为竖贴于柱侧的竖向肋板并伸出与梁翼缘焊接,同时设置锚固腹板,形成复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点。通过7个梁柱组合体试件的低周反复荷载试验,分析各试件的破坏过程及特征,并对试件的滞回性能、承载力、延性、耗能能力和承载力及刚度退化等抗震性能进行研究。研究结果表明：节点的破坏形态基本相同,梁端先屈曲,形成塑性铰;锚固腹板可有效提高节点的承载力和变形能力;竖向肋板外伸长度可提高试件的初始刚度,使梁端塑性铰外移,有效保护节点核心区;试件的滞回曲线呈明显的梭形,具有良好的承载力、延性及耗能能力;试件在整个加载过程中刚度退化现象明显,承载力退化很小,可应用于抗震设防地区。     

扩翼式弱轴连接节点的滞回性能分析

为了实现传统弱轴连接中的梁上塑性铰外移,提出了弱轴扩翼式平齐加劲板连接(WWBF)节点,并运用有限元软件ABAQUS 6. 14-1对扩翼式连接节点试验进行模拟验证后,对WWBF节点进行系列参数分析,得到合适的参数取值范围,并进一步验证了建议参数取值的适用性。结果表明,WWBF节点的荷载-位移滞回曲线均呈饱满的梭形,节点的耗能性能良好;扩翼三角板细部参数的变化对节点的初始刚度基本没有影响;随着扩翼三角板直角边长的增大,节点的峰值承载力逐渐小幅增加,梁截面的屈曲在扩翼末端的梁截面上发展,梁上塑性铰逐渐远离梁柱连接处;当扩翼三角板直角边长比保持不变时,随着短直角边长a的增大,焊缝两端的断裂指标有所减小,焊缝发生脆性断裂的可能性降低;当扩翼三角板短直角边长a保持不变时,随着直角边长比的减小,焊缝处的最大应力三轴度指标及断裂指标有所增大;建议梁端扩翼三角板的直角边长比取为1∶2～1∶3。     

钢管加强梁腹板开孔型梁柱弱轴连接节点的抗震性能研究

为解决梁腹板开孔型梁柱弱轴连接节点抗剪承载力不足以及全焊型节点在地震作用下焊缝脆性断裂的问题,提出了一种钢管加强梁腹板开孔型梁柱弱轴连接形式。利用ABAQUS有限元软件对该节点连接形式进行了数值模拟分析,详细研究了不同参数对节点抗震能力的影响。结果表明:在合理参数取值范围内,钢管加强梁腹板开孔型梁柱弱轴连接节点在低周反复荷载作用下能够使塑性铰远离梁端,在节点域和柱位置未发生塑性变形。加强钢管厚度越大节点抗剪承载力越高,节点耗能系数越小;腹板开孔半径越大承载力越低,节点耗能系数越大;节点位移延性系数随加强钢管厚度和腹板开孔半径的增大先增加后降低;开孔距离主要对塑性铰产生位置有较大影响,开孔距离较大或者较小时,钢梁塑性铰均出现在梁端根部,不满足设计要求;给出了加强钢管厚度、腹板开孔半径、开孔距离合理建议取值,为实际工程提供参考。     

钢结构焊接翼缘板加强式梁柱刚性连接滞回性能试验研究

焊接翼缘板加强式梁柱刚性连接是塑性铰外移以提高连接塑性变形的一种改进形式。为考察这种连接形式在循环荷载作用下的滞回性能,共进行了4个1/2模型的拟静力加载试验,研究了梁翼缘宽厚比、腹板高厚比对连接性能的影响和节点域强弱对连接塑性转动能力的影响。作为比较,还进行了一个盖板加强式梁柱刚性连接的试验。试验结果表明,这种连接形式性能优良,所有的试件都没有发生脆性破坏,都能确保塑性铰转移到加强板以外,梁端塑性转角介于0.044～0.054rad之间,达到了特殊抗弯钢框架连接塑性转动能力不小于0.03rad的要求。在试验过程中所有的加强板都没有发生局部屈曲。在满足我国抗震规范要求的前提下,增大梁翼缘的宽厚比,梁翼缘更易于发生塑性局部屈曲,但对极限承载能力和变形能力的影响不大;减小梁腹板的高厚比则对承载能力的影响较明显;较弱的节点域,会显著降低连接的承载力,但可提高其变形能力。