端板型装配式钢结构梁柱节点受力机理研究

提出了一种端板型装配式钢结构梁柱节点,其由带悬臂梁段圆钢管柱、普通梁段及两者之间的连接装置组成。通过调整翼缘连接盖板的厚度、中间排螺栓间距等参数,可控制翼缘连接盖板处连接刚度的变化,从而利用翼缘连接盖板的变形进行耗能,确保梁柱等主要构件保持弹性不发生破坏,实现节点的震后快速修复。通过对6个节点的数值模拟研究,获得了节点的承载能力、破坏模式、构件应力及螺栓拉力变化等,分析了悬臂梁段翼缘厚度、悬臂梁段端板与普通梁段端板之间间隙、中间排螺栓间距、翼缘连接盖板厚度和翼缘连接盖板材料等参数对节点关键力学性能的影响规律。分析表明:通过合理设计螺栓及翼缘连接盖板相关参数可保证节点承载能力,确保梁柱等主要构件不发生破坏,实现节点的震后快速修复。     

翼缘双盖板装配式钢结构梁柱节点静力性能有限元分析

基于损伤控制的思想,提出了一种翼缘双盖板装配式钢结构梁柱节点,其由带悬臂梁段圆钢管柱、中间梁段及两者的连接装置组成。通过控制翼缘盖板的厚度、中间排螺栓间距等参数,可协调翼缘盖板处的连接刚度,从而利用螺栓的摩擦滑移和翼缘盖板的塑性变形共同耗能,确保梁柱等主要构件不发生塑性破坏。对6个节点的静力性能进行了非线性有限元分析,通过变化中间排螺栓间距、翼缘盖板狗骨削弱区尺寸、悬臂梁段翼缘厚度、翼缘连接盖板厚度及材料等参数,研究各参数变化对节点静力性能的影响规律。分析表明:节点设计中需综合考虑连接盖板、螺栓间距及悬臂梁段尺寸等参数并合理选取,从而在保证节点承载性能的同时,充分发挥该节点利用连接装置耗能以确保梁柱等主要构件不发生塑性破坏的优势,利于结构震后修复的实现。     

一种可恢复功能的装配式钢结构梁柱节点受力机理研究

提出了一种可恢复功能的装配式钢结构梁柱节点,该节点由带悬臂梁段的圆钢管柱、中间工字形梁段、翼缘连接盖板、L形板及高强螺栓群组成。通过控制翼缘连接盖板的厚度、盖板中间两螺栓间距等参数,可调节翼缘连接盖板处的截面刚度;通过翼缘连接盖板的塑性变形进行耗能,确保梁柱等主要构件保持弹性不发生破坏,以实现节点的震后快速修复。通过对6个节点的有限元数值模拟研究,获得了节点的承载能力、破坏模式及螺栓拉力等数据,主要分析了翼缘连接盖板中间两螺栓间距、双翼缘盖板连接形式、翼缘连接盖板厚度和螺栓孔形式等参数对节点力学性能的影响规律。研究表明:通过合理设计相关参数,能够使节点的承载能力满足要求,同时梁柱等主要构件不发生破坏,节点在震后可以实现快速修复。     

可修复的装配式钢框架梁柱节点非线性静力分析

提出了一种可修复的装配式钢框架梁柱节点,通过改变翼缘连接盖板的厚度、中间排螺栓间距等参数,将塑性铰转移到连接区,从而利用翼缘连接盖板的变形来消耗地震能量,确保梁柱等主要构件保持在弹性范围内不发生破坏,震后只需更换翼缘连接盖板即可实现节点的快速修复。利用ABAQUS有限元分析软件对5个节点进行了数值模拟研究,获得了节点的承载能力、破坏模式、构件应力等,着重分析了中间排螺栓间距、翼缘连接盖板厚度等参数对节点关键力学性能的影响规律。结果表明:通过合理设计翼缘连接盖板厚度、中间排螺栓间距等相关参数既可保证节点承载能力,又能确保梁柱等主要构件不发生破坏,以实现节点的震后快速修复。     

翼缘盖板外置型可恢复功能装配式钢框架抗震性能试验研究

为实现震后快速修复，提出一种翼缘盖板外置型可恢复功能装配式钢框架，由带悬臂梁段圆钢管柱、中间梁段及两者之间的梁柱节点连接装置组成。该框架拟通过节点域翼缘盖板的塑性变形或滑移进行耗能，从而确保梁柱等主要构件保持弹性，实现框架的震后快速修复。通过对4榀框架的低周循环荷载试验，分析框架的承载能力和破坏模式、研究翼缘盖板厚度、单侧螺栓列数、初始残余变形以及加载制度等因素对框架抗震性能的影响规律。结果表明：提出的装配式钢框架具有良好的承载能力和耗能能力，加载过程中框架的塑性损伤主要集中在翼缘盖板，具备震后快速修复的必要条件；经过多次修复且带有残余变形的钢框架极限荷载较原框架降低约0.1%,总耗能量降低约1.08%,仍然具有良好的承载与耗能能力；钢框架平均单次加载循环耗能量降低约0.8%,低周疲劳性能稳定，具有良好的抵御余震能力。     

可恢复功能装配式开洞槽钢梁柱节点力学性能及受力机理研究

震后可恢复功能的关键是保证震后节点的主要部件不发生塑性变形,只需要更换局部构件即可恢复节点的受力性能。基于此,提出了一种新型的可恢复功能装配式钢结构开洞槽钢梁柱节点,节点通过翼缘盖板连接悬臂梁段和开洞槽钢组合梁段,在对悬臂梁段加强的同时将翼缘盖板进行了狗骨式削弱处理,将塑性铰转移到可更换的翼缘盖板上。对5个不同参数的节点算例进行了有限元模拟,主要考察了翼缘盖板厚度、中间螺栓间距、狗骨削弱段宽度和单侧螺栓数量等参数变化对节点受力性能和可恢复功能的影响,获得了各节点算例的荷载-位移曲线、节点破坏模式、相对滑移曲线、应力曲线等。研究结果表明:这种新型的可恢复功能装配式钢结构开洞槽钢节点具有良好的承载能力,能够实现震后可恢复功能要求;翼缘盖板狗骨式设计可很好地实现节点损伤控制;翼缘盖板的厚度主要影响节点的屈服荷载及峰值承载力;翼缘盖板中间螺栓间距大小不会影响节点的屈服荷载,但会影响节点的峰值承载力。     

屈曲约束翼缘盖板连接的钢框架节点滞回性能研究

为提升钢框架节点抗震性能，实现塑性铰转移、损伤集中和损伤构件的可更换，针对带悬臂梁段拼接节点，提出了一种屈曲约束翼缘盖板连接的钢框架节点。对7个系列共14个节点进行了数值模拟分析，对比了不同类型节点的性能差异并研究了关键设计参数对节点滞回性能的影响规律。结果表明，节点塑性变形集中在可更换的屈曲约束翼缘盖板上，滞回较为饱满且稳定；翼缘盖板与翼缘面积比增加时，节点承载力增加，但比值超过约1/2时，梁柱可能出现损伤，难以实现损伤集中的设计目标；梁段间隙过大，翼缘盖板可能发生局部屈曲，建议控制其厚度与梁段间隙比值不低于1/5;约束板约束范围达到50%时，即能有效约束翼缘盖板；增加翼缘盖板削弱段长度，使梁段间隙偏心率在0～0.25区间时，节点滞回曲线变化不大，翼缘盖板损伤减小；当螺栓数量较少时，翼缘盖板在屈服耗能前会产生滑移，进而影响节点滞回性能；腹板近翼缘侧螺栓孔由圆形改为槽形时，可以改善腹板螺栓孔处应力状况。     

翼缘盖板内置型可恢复功能装配式开洞槽钢梁柱节点力学性能及受力机理研究

为了避免翼缘盖板与楼板相互影响,基于塑性损伤控制和防屈曲设计理念,提出了一种翼缘盖板内置型可恢复功能装配式开洞槽钢梁柱节点,该节点通过翼缘内盖板和槽型腹板连接板连接悬臂梁段和开洞槽钢组合梁段。节点在加强悬臂梁段的同时对翼缘盖板进行了狗骨式削弱处理,有效地将塑性铰转移到翼缘内盖板上。共对4个参数不同的节点算例进行了有限元模拟,主要研究了翼缘盖板厚度、狗骨削弱段宽度和连系螺栓数量等参数对节点承载性能的影响。通过对数值模拟获得的荷载-位移曲线、节点破坏模式、构件应力、螺栓拉力变化等进行分析可知,所提出的新型梁柱节点具有良好的承载能力和塑性转动能力,能将塑性铰外移到可更换的翼缘内盖板上,满足震后通过更换局部构件就可恢复节点使用功能的设计预期;槽型腹板连接板的设置可对节点提供二次强化的效果,有效提高节点的延性。     

带狗骨削弱盖板的自复位预应力梁柱节点静力性能研究

基于控制损伤的思想,提出了一种带狗骨削弱盖板的自复位预应力钢框架梁柱节点,其构造由带悬臂梁段的圆钢管柱、结构梁段、狗骨削弱盖板、预应力拉索以及高强螺栓群组成,可实现现场快速装配。通过控制狗骨削弱盖板厚度以及预应力拉索初始预拉力大小等参数,研究节点的耗能性能以及震后修复情况,寻求合理的影响因素。对4个新型自复位预应力梁柱节点算例进行了数值模拟分析,获得了节点的荷载-位移曲线、应力分布曲线以及预应力拉索索力变化曲线等数据,分析节点狗骨削弱盖板厚度以及拉索初始预拉力大小对节点复位能力的影响规律。研究表明:在达到预期自复位效果的前提下,具有狗骨削弱盖板的节点相比于无翼缘盖板的节点具有更好的耗能能力,可有效降低结构的塑性损伤,确保梁柱等主体构件不发生破坏;同时,狗骨削弱盖板厚度与拉索初始预拉力大小的不同组合关系,将会影响节点的复位模式。     

延性强化型可恢复功能装配式开洞槽钢梁柱节点抗震性能数值研究

基于损伤控制和防屈曲设计理念,提出了一种延性强化型可恢复功能装配式开洞槽钢梁柱节点。采用有限元数值模拟方法对4组算例的抗震性能进行了分析研究,重点研究了翼缘内盖板厚度、狗骨削弱段宽度及螺栓数量等参数对节点抗震性能的影响,并获得了该节点的滞回曲线、破坏模式、应力分布及盖板相对位移曲线等性能指标。研究结果表明,该节点拥有良好的承载性能和抗震性能;塑性铰可有效被转移到翼缘盖板上,保证梁柱等主要构件基本处于弹性,所以震后可通过更换连接装置来实现节点的可恢复功能;槽型腹板连接板可有效抑制翼缘内盖板的鼓曲变形,起到防屈曲的约束效果,提高节点的延性;此外,翼缘内盖板厚度、狗骨削弱段宽度及螺栓数量等参数对节点抗震性能影响较大,需合理设置。     

一种新型梁柱装配式刚性节点滞回性能研究

新型梁柱装配式节点通过在悬臂梁与框架梁的上、下翼缘交互处布置拼接板,并预先在钢结构加工厂里通过焊缝完成两侧拼接板与梁的连接,在现场通过螺栓进行固定的一种节点形式。利用有限元软件ABAQUS,考虑材料、几何和接触状态3种非线性对该新型节点进行低周循环加载模拟。设计了4组16个试件,研究螺栓数目、盖板宽度及厚度、悬臂梁段长度等参数对节点滞回性能的影响。研究结果表明,由等强设计法设计的基本试件延性和耗能能力较好,螺栓数量、盖板宽度及厚度、悬臂梁段长度对节点的承载力和延性均有一定影响;根据有限元分析结果,对该新型节点的设计给出了建议:使盖板的横截面积大于梁翼缘横截面积,其比值宜控制在1.05~1.30之间,悬臂梁段长度宜取1.7~2.0倍梁高。     

一种新型装配式梁柱节点力学性能试验研究

为了研究装配式梁柱节点地震作用下的构件抗震性能,提出了一种新型装配式梁柱连接节点,选用牛腿柱与T型梁连接,通过螺栓穿过梁与柱的预留孔洞,将梁柱紧密连接,同时在外侧梁端利用助动器施加反复荷载,该节点具有较好的变形性能.本次试验分别做了2组装配式构件,连接件分别采用普通螺栓和高强螺栓,旨在对比不同螺栓强度情况下构件整体性能...     

装配式混凝土板-钢柱新型连接节点冲切承载性能数值模拟研究

装配式混凝土(RC)板-钢柱连接节点结合了钢结构良好的延性、耗能和机械加工性能,在无梁楼板与方钢管柱连接处周围空出适当间隙,采用工字钢伸臂梁段在间隙中端板螺栓连接,在荷载作用下造成了工字钢伸臂梁段先于RC板破坏,形成一种装配式板柱连接节点。为研究该节点冲切承载性能,完成了5个ABAQUS数值模型计算。变化柱座伸臂梁段工字钢腹板厚度、翼缘厚度和柱翼缘环板加劲肋宽度等影响参数,获得节点破坏模式、应力分布、冲切荷载-位移曲线和螺栓受力性能,分析该节点静力冲切承载性能。结果表明:装配式RC板-钢柱新型连接节点可实现良好的抗冲切性能,并呈现出较好的延性。     

新型钢结构梁柱节点受力研究

本文提出了一种嵌入式钢结构梁柱节点,其由带拼接板的H型钢柱和普通梁段组成。改变柱上拼接板的厚度,可以控制拼接板处连接刚度的变化,从而利用柱上连接盖的变形进行能量消耗,确保钢结构梁和柱等主要构件不会发生损坏。通过Workbench软件,对模型进行仿真研究,获得了节点处的破坏模式、承载能力和部件应力的变化等,分析了钢柱上翼缘拼接板厚度、腹板拼接板厚度等参数对节点力学性能的影响规律。分析表明:通过合理设计柱上连接板的厚度可以保证节点的承载能力,保证钢结构梁柱等主要部件不受损坏,延长节点的使用寿命,提高节点的延性。     

带悬臂梁段拼接的梁柱连接循环荷载试验研究

为了检验带悬臂梁段拼接的梁柱连接抗震性能,对4个试件进行了循环加载试验。试验侧重于对拼接节点的研究,采用10.9级高强螺栓摩擦型连接,翼缘和腹板全部拼接。试验结果表明:螺栓拼接节点的延性远好于梁柱焊缝连接;较弱的拼接节点产生较大的塑性变形;接触面的滑移摩擦、螺栓与孔壁的挤压和翼缘拼接板的屈曲都使连接具有良好的耗能能力;但滑移伴随有剧烈的响声,会使人产生心理恐慌。根据试验结果提出了设计建议:尽量将拼接设计得弱些,可以提高梁柱连接的转动能力,减少地震作用向梁柱连接焊缝的输入,延缓焊缝的脆性破坏。     

法兰连接L形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓节点抗震性能研究

为降低多高层钢结构的梁柱间的装配难度,提出了法兰连接L形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓装配节点,包括梁与柱连接和柱与柱连接,梁与柱现场全螺栓连接,柱与柱现场法兰连接。为研究连接件形式及加劲肋对该种节点抗震性能的影响,以改变连接件形式、加劲构造为主要变化参数,设计了4个该类型节点,通过低周反复加载试验和有限元分析获得了节点的破坏模式、滞回曲线、耗能能力和性能指标。研究结果表明：4个节点的滞回曲线均呈梭形,具有良好的耗能能力;节点正负方向的塑性转角超过0.05 rad,满足抗震规范要求;L形连接件与T形连接件均有足够的刚度传递荷载,4个节点的破坏模式、耗能能力与滞回曲线形状较为接近;连接件与梁翼缘之间的滑移提高了节点的延性、耗能能力与转动能力。     

钢框架翼缘加强互形装配式节点力学性能研究

钢框架翼缘加强互形装配式节点在悬臂梁下翼缘与框架梁上翼缘交互布置拼接板,一侧用焊缝连接,另一侧用高强螺栓连接,另外梁柱连接根部用角钢加强.节点的焊接在工厂完成,现场用高强螺栓拼接.为研究翼缘拼接板宽度和厚度对节点滞回性能、骨架曲线、耗能性能、延性性能、应变分布规律等的影响,设计了 3个试件进行低周往复循环荷载试验.此外,还用ABAQUS软件建立7个模型,进行了有限元分析.结果表明:各试件的滞回曲线饱满,节点具有较好的耗能能力;梁柱根部用角钢加强可使翼缘拼接板与框架梁之间得到充分滑移,试件的延性系数均达到5.0以上;随着翼缘拼接板厚度的增加,试件的极限承载力提高,极限位移增大,刚度退化速率减缓,耗能能力明显增强;翼缘拼接板宽度的增大,对承载力、刚度和滞回性能影响不明显.节点设计时,建议翼缘拼接板的厚度比翼缘厚度多2～4 mm,宽度比翼缘宽30～50 mm.     

带悬臂梁段端板连接装配式钢结构节点非线性静力分析

提出了一种适用于施工现场快速装配的带悬臂梁段的方钢管柱-H型钢梁拼接节点形式。将悬臂梁与H型钢梁的翼缘通过螺栓连接、腹板采用端板螺栓连接,不仅能够利用摩擦滑移、螺栓杆与孔壁的挤压耗能,同时又能利用受力时端板之间的顶紧作用有效的传递内力。通过变换端板厚度、螺栓孔径和翼缘拼接处螺栓个数3个参数,在考虑几何、材料和状态三重非线性的基础上,利用ANSYS软件,分析了此类节点的破坏模式及受力机理,得到了弯矩-转角曲线,并在此基础上对节点做了刚性评价;通过对此类节点的受力分析提出了一些参数设计建议:端板厚度取8~10 mm为宜,端板拼接处螺栓数取4~6个为宜,翼缘拼接处螺栓数取4~6个为宜。     

装配式高性能轻钢框架梁柱节点抗震性能试验

研发了装配式π形连接件和双L形带斜向加劲肋连接件轻钢框架梁柱节点,进行了10个足尺轻钢框架梁柱节点的低周反复荷载试验,包括7个π形连接件节点、2个双L形带斜向加劲肋连接件节点以及1个普通H型钢梁腹板栓接、翼缘焊接节点。设计参数包括节点构造,π肢长度以及框架柱的截面类型,比较了不同节点的破坏形态、滞回特性、承载力、刚度退化、耗能能力及应变特征。结果表明：π形连接件节点与普通H型钢梁腹板栓接、翼缘焊接节点相比,初始刚度和承载力显著提高;π形连接件节点与双L形带斜向加劲肋连接件节点相比,初始刚度和承载力明显提高;增大π肢长度可提高节点初始刚度及承载力;钢管混凝土柱节点比钢管柱节点的刚度及耗能能力明显提高;H型钢柱节点刚度低于钢管混凝土柱节点。π形连接件节点和双L形带斜向加劲肋连接件节点构造简单、便于装配、抗震性能优越,可用于低多层装配式轻钢框架结构,其设计思路也可用于其他装配式钢框架结构。     

受拉T形连接件高强螺栓受力性能研究

对钢结构梁柱高强螺栓连接节点的T形连接件的受拉螺栓性能进行研究。改变T形连接件端板翼缘厚度、螺栓位置、螺栓直径和强度等级,同时考虑螺栓接触力偏心,对高强螺栓连接T形连接件进行受拉试验,研究弯矩对螺栓受力性能的影响。试验结果表明:随着T形连接件端板翼缘厚度降低、螺栓直径和强度等级减小以及螺栓内、外翼缘长比值远离数值1,弯曲应力占螺栓截面最大拉应力的比值上升,截面弯矩不能被忽略。采用有限元软件进行分析,分析结果和试验结果吻合较好。弯矩作用形成的拉应力最大可达总拉应力的25%。采用最小二乘法进行拟合,简化受拉T形连接件模型,得到了螺栓的弯矩和撬力计算式,可为钢结构梁柱高强螺栓连接节点设计提供参考。