腹板削弱型节点参数设计及梁单元刚度矩阵研究

实际工程中通过合理设计洞口尺寸可以迫使塑性铰在梁削弱截面处出现,避免节点先于构件发生破坏,保证结构的整体性使其免于倒塌,同时又可使室内管线从腹板空腔内通过,降低建筑层高,提高经济效益。在综合考虑了梁翼缘对腹板的约束要求、削弱截面处腹板的抗剪强度要求、梁端柱面处与削弱处截面的抗弯能力比以及防止受压板件局部失稳,可以确定矩形洞口尺寸大小和削弱截面距离柱表面的距离。梁腹板开洞后必然影响框架梁单元的刚度矩阵,从而影响结构的内力与位移。因此,有必要对腹板开矩形洞口框架梁单元的刚度矩阵进行研究。为了减少计算工作量,将梁单独作为一个杆单元,利用虚功原理推导其弹性刚度矩阵,并通过一算例与有限元结果进行了比较,两者结果吻合良好。     

梁腹板开孔型梁柱节点滞回性能分析

提出了一种改进形式的腹板开孔型梁柱节点,在腹板矩形开孔的基础上对两侧边进行半圆弧开孔,运用有限元软件ABAQUS对已有梁翼缘削弱型梁柱节点的循环荷载试验进行三维实体建模分析,通过对比试验与有限元得到的滞回曲线及破坏形态对有限元建模方法的有效性进行验证,然后进行了15个不同开孔细部尺寸的节点模型在循环荷载作用下的模拟分析。当腹板开孔高度H不大于梁截面高度hb的47%时,未能有效地实现塑性铰外移,滞回曲线基本与未削弱的标准模型的重合。当腹板开孔高度达0.53hb时,节点的承载力明显降低,塑性铰在开孔区域形成。随着开孔矩形部分宽度B的增大,节点的承载能力逐渐降低,但降低幅度不大,塑性变形向开孔区域转移。建议开孔削弱中心距离柱翼缘表面的距离L取为hb,腹板开孔矩形部分高度H和宽度B分别为0.53hb和0.5hb左右,最后通过改变梁柱截面对该组削弱参数取值进行了合理性验证。     

楔形削弱型节点滞回性能有限元分析

为了研究梁柱刚性连接的楔形削弱型节点在循环荷载作用下的受力性能,采用有限元软件ABAQUS对两个系列共10个不同削弱参数取值的楔形削弱型节点模型进行了数值模拟分析。研究结果表明:楔形削弱型节点与翼缘狗骨形削弱节点的承载能力及滞回曲线的饱满程度相当,楔形削弱节点具有良好的滞回性能与耗能能力;楔形削弱型节点的滞回曲线呈现明显的不对称现象,且随着梁腹板削弱高度b增大,不对称现象加剧,承载能力随着参数b的增大先增大后减小,其临界值与梁高hb关系约为b/hb=0.14;削弱最深处距柱表面的距离a对节点的初始刚度没有影响,承载能力随着参数a的增大先减小后增大,其临界值约为梁高;综合节点的滞回曲线及应力分布来看,建议a/hb取为1.12左右,b/hb取为0.17~0.21。     

梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点的滞回性能研究

针对钢框架梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点的滞回性能和骨架曲线,参照梁柱强轴连接的削弱参数,设计了梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点系列试件,应用有限元软件ANSYS研究了削弱区中心至柱中心线距离、削弱宽度以及削弱深度对节点滞回性能的影响。研究结果表明:在往复荷载作用下,节点屈服以前,模型的削弱参数对节点的骨架曲线影响不大;节点屈服以后,削弱参数对节点的屈服荷载和极限承载力的影响比较明显,其中削弱部位的深度对骨架曲线的影响最大,削弱区中心至柱中心线距离对骨架曲线的影响次之,削弱部位长度对骨架曲线的影响最小。研究还表明强轴连接的削弱参数不能完全适用于弱轴连接节点,并给出了梁柱弱轴连接削弱参数的取值范围。     

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。     

梁翼缘开长孔型节点滞回性能分析

提出了一种翼缘开长孔的梁柱节点形式,运用有限元软件ABAQUS对梁翼缘采用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。考虑参数:开孔矩形部分起始部位距离柱翼缘表面的距离a、矩形孔长度b、矩形孔宽度c、开孔距离梁翼缘边缘的距离d的影响,开展了4个系列共19个节点模型的参数分析,对各模型的滞回曲线及破坏时节点处的Mises应力进行了详细分析,以得到合适的参数取值。分析结果表明:随着参数c的增大,节点的最大承载能力逐渐降低,塑性铰外移明显;参数a、b、d对节点的荷载-位移滞回曲线及骨架曲线影响很小;随着参数a的增大,塑性铰逐渐外移,随着参数b的增大,梁端焊缝处应力明显降低,随着参数d的增大,承载力略有降低,梁腹板上应力集中部位愈加靠近梁柱节点;建议参数取值a=(0.8~0.9)b_f,b=(0.7~0.9)h_b,c=0.15b_f,d=0.075b_f,其中b_f和h_b分别为梁截面宽度和高度。     

梁翼缘二次削弱型端板连接节点滞回性能研究

通过对梁柱外伸端板连接滞回性能的分析,根据梁翼缘一次狗骨式削弱型端板连接的特点将削弱截面扩大,提出采用两个狗骨式削弱形式的新型梁柱外伸端板连接节点形式。利用ABAQUS对该新型节点进行滞回性能分析,探讨二次削弱截面的削弱位置、削弱长度以及削弱深度对于节点滞回性能的影响,给出梁翼缘二次削弱型端板连接节点构造参数的取值方法。结果表明:梁翼缘二次削弱型端板连接节点较传统梁翼缘一次狗骨式削弱型端板连接节点具有良好的耗能性能,同时能够有效降低等效塑性应变,实现更好的抗震性能,该类型梁翼缘二次削弱型端板连接节点具有更好的工程应用前景。     

狗骨式钢梁侧向支撑合理位置分析

借助有限元分析软件,采用两种侧向支撑的设置方案对狗骨式钢梁进行非线性屈曲分析。探讨侧向支撑间距对狗骨式钢梁稳定承载力的影响,以及狗骨式钢梁翼缘削弱处侧向支撑的影响。结果表明:侧向支撑并非越多越好,应合理控制其间距。按现行规范设置狗骨式钢梁的侧向支撑能够满足结构承载力要求,而不必非在翼缘削弱处设置侧向支撑。     

狗骨式钢梁侧向支撑合理位置分析

借助有限元分析软件,采用两种侧向支撑的设置方案对狗骨式钢梁进行非线性屈曲分析.探讨侧向支撑间距对狗骨式钢梁稳定承载力的影响,以及狗骨式钢梁翼缘削弱处侧向支撑的影响.结果表明:侧向支撑并非越多越好,应合理控制其间距.按现行规范设置狗骨式钢梁的侧向支撑能够满足结构承载力要求,而不必非在翼缘削弱处设置侧向支撑.     

削弱梁端的方钢管混凝土柱-钢梁栓焊连接节点的有限元分析

对内隔板式方钢管混凝土柱-钢梁栓焊连接节点提出了三种新型的梁端削弱方式,应用通用程序ANSYS对其进行三维非线性有限元分析,将计算结果与无削弱节点、狗骨式节点的分析结果进行对比。研究结果表明:翼缘开孔和翼缘腹板同时开孔的削弱方式能使梁端塑性铰明显外移,防止连接节点脆性破坏,可供实际工程设计参考。     

狗骨式节点梁翼缘削弱深度的取值研究

狗骨式节点能有效地将塑性铰从节点区域外移到梁上,增加节点延性,地震时起到保险丝的作用.理论分析表明,狗骨式节点梁翼缘削弱深度对狗骨式节点强度、延性及承载力都有明显影响.削弱深度过小不能有效地使塑性铰外移,削弱深度过大对结构承载力将产生不利影响.因此当削弱深度取值在合理范围内,才能有效改善节点抗震性能,提高钢框架节点的抗震能力.     

狗骨式节点梁翼缘削弱深度的取值研究

狗骨式节点能有效地将塑性铰从节点区域外移到梁上,增加节点延性,地震时起到保险丝的作用。理论分析表明,狗骨式节点梁翼缘削弱深度对狗骨式节点强度、延性及承载力都有明显影响。削弱深度过小不能有效地使塑性铰外移,削弱深度过大对结构承载力将产生不利影响。因此当削弱深度取值在合理范围内,才能有效改善节点抗震性能,提高钢框架节点的抗震能力。     

钢结构翼缘削弱型节点的参数分析

运用弯剪共同作用理论分析了削弱深度对翼缘削弱型节点的影响 ;通过非线性有限元的方法证明了这一理论用于估计截面的抗弯能力以及翼缘削弱型节点的临界削弱深度是有效的 ;最后举例说明了通过削弱深度求削弱截面至柱距离的方法。对该类型节点的设计具有一定的指导意义     

钢框架梁翼缘削弱型节点单元刚度矩阵及内力分析

梁柱连接采用翼缘削弱型节点(RBS)可促使节点塑性铰外移,提高结构延性,达到节点抗震设计目的.采用能量法推导出梁翼缘削弱型节点的单元刚度矩阵和转角位移方程,通过实例进行内力分析.研究结果表明:RBS节点导致梁的抗弯刚度、刚架的抗侧刚度降低,使梁的固端弯矩减小,跨中弯矩增加,反弯点位置前移;梁单元刚度矩阵中各元素较普通节...     

狗骨式节点考虑残余应力影响的性能分析

采用Ansys分析软件模拟狗骨式节点焊接过程,并计算了构件残余应力分布,对构件施加低周反复荷载,分析了狗骨式连接的滞回性能。结果表明:焊缝强度是影响节点滞回性能和极限承载力的主要因素。     

钢结构腹板开洞型节点的参数分析

运用弯剪共同作用理论分析了削弱半径对腹板开洞型节点的影响;利用非线性有限元方法分析了理论得出的结果,认为这一理论方法用于估计截面的抗弯能力以及确定腹板开洞型节点的临界削弱半径是有效的;并分析了削弱截面离柱距离与削弱半径的相互关系。对该类节点的设计具有一定的指导意义。