考虑折叠效应的一种钢结构新型梁-柱节点的低周反复试验研究

提出了一种新型钢框架梁-柱削弱节点形式——波纹腹板削弱型节点.这种新型梁-柱节点是将靠近柱翼缘的工字梁腹板局部改成具有折叠效应的波纹腹板来削弱工字梁的抗弯能力,将失效部位从梁-柱节点的焊接部位转移到工字梁波纹腹板所在截面处,达到塑性铰外移的目的.而且波纹腹板还可以阻止受压翼缘在屈服之后发生局部失稳.本文通过低周反复试验考察了波纹腹板削弱型梁-柱节点的抗震性能.试验表明,波纹腹板削弱型梁柱节点的强度破坏出现在波纹腹板处的截面,梁柱连接处的焊缝没有破坏,实现了塑性铰外移的目的;而且由于波纹腹板的支撑作用,翼缘在屈服后没有严重局部失稳.另外,通过和传统梁柱节点对比发现,波纹腹板新型梁柱节点在出现塑性铰后没有出现明显的强度退化现象,波纹腹板削弱型梁柱节点的滞回曲线稳定饱满,具有更好的耗能性能.综上所述,该波纹腹板削弱型梁柱节点起到将塑性铰从梁柱根部外移、护梁柱焊缝的作用,具有良好的延性和滞回耗能性能,可以替代传统梁柱用于钢框架结构.     

梁腹板开圆孔节点的分析模型

在距柱表面一定距离的梁腹板上开设一定大小的孔洞是改善钢框架结构抗震性能的一种有效手段,文中结合试验结果提出了梁腹板开圆孔节点的分析模型.为了能够在结构的弹塑性分析中考虑梁腹板开圆孔节点的影响,除在梁端、柱端设置塑性铰外,还应在腹板孔削弱处增设塑性铰.新增塑性铰位于腹板削弱区域最危险截面处,其弯矩-转角关系与普通实腹式钢梁一致,仅屈服点存在一定的差异.利用该模型对梁腹板开圆孔节点的拟静力试验及含梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能试验进行了模拟,其结果能满足工程要求.     

梁腹板削弱式刚性钢框架抗震性能研究

根据钢框架强柱弱梁的抗震设计原则,按照有效控制梁上塑性铰位置的思路,对在梁腹板上进行开孔削弱的节点形式,通过开孔位置和大小的设计,控制节点处塑性铰形成的位置,进行三维有限元模拟分析,并将削弱位置和尺寸不同的节点构造形式与传统的梁柱节点进行对比分析。ANSYS模拟结果表明,采用腹板开孔的形式能大大缓解节点的应力状态,改善节点的延性性能,降低节点发生脆性破坏的可能性,提高结构的抗震性能。     

波纹腹板钢结构工字梁-柱延性节点的有限元分析

提出了一种新型钢框架梁-柱削弱型节点,这种节点是把靠近柱翼缘的工字梁腹板局部改成具有折叠效应的波纹腹板来削弱梁的抗弯能力,将失效部位从较为脆弱的节点焊缝处转移到延性较好的梁上波纹腹板区域,达到塑性铰外移的目的.为了研究该新型节点的抗震性能,必须清楚理解其在地震荷载作用下的失效机制.本文采用有限元分析的方法得到该新型节点在低周循环荷载下的失效机理.通过有限元软件ABAQUS对局部波纹腹板工字钢梁-柱节点进行建模,分析其在拟静力低周往复荷载下的抗震性能,并与试验结果对比分析,发现试验与有限元结果吻合良好.并通过有限元分析得到了关键应力路径的应力分布图,更加详细地解释了梁局部波纹腹板型节点的失效模式及破坏机理.     

翼缘削弱型钢框架梁柱节点的有限元参数分析

用非线性有限元法对翼缘削弱型节点进行了参数分析.分析表明,翼缘削弱型节点较传统梁柱节点承载能力有小幅度降低,但其有足够的塑性变形能力,可以达到节点塑性铰外移的目的.同时,翼缘削弱位置和大小对节点承载能力有重要影响,翼缘削弱程度增加节点承载能力线性降低,翼缘削弱位置远离梁柱节点其承载能力降低幅度减少.     

钢结构可替换梁端塑性铰滞回耗能研究

为避免钢结构梁柱节点在地震作用下出现脆性破坏,提出一种新的梁端削弱型结构形式来实现塑性铰的外移。采用ABAQUS有限元分析软件对节点进行滞回耗能能力的分析,同时对不同削弱深度的截面内力进行对比分析,并使用Perform-3D软件的静力推覆工况对新型塑性铰框架和普通框架的承载能力进行对比分析。研究结果表明,首先达到屈服强度的截面是上、下耗能板削弱最深位置的横截面;随着耗能板削弱深度的增加,耗能板削弱最深处横截面就会越容易屈服,且能够有效地降低梁柱节点焊缝截面的作用反力;新型塑性铰的耗能能力主要与耗能板的削弱深度有关,在满足承载力要求的情况下随着削弱深度的增加,塑性铰的耗能能力不断增加;由静力推覆分析可知,拥有新型塑性铰框架的整体承载能力比普通框架的整体承载能力低,所以过度的削弱耗能板深度会导致框架不能满足结构承载力的要求。适当的削弱深度会增加节点延性,提高节点的抗震能力,实现塑性铰外移的目标,起到保护梁柱节点的作用。研究结果可为削弱型梁柱节点的研究提供参考。     

考虑组合效应的梁腹板开圆孔型钢框架的静力弹塑性分析

利用静力弹塑性的分析方法,对考虑组合效应的梁腹板开圆孔型钢框架进行分析.为了便于对比,分别根据有无混凝土楼板和有无开孔削弱,选取了四个类型的框架,采用SAP2000进行建模计算;利用已有的研究成果,定义了节点的塑性铰模型.通过两种侧向荷载分布模式的计算得到了不同结构的Pushover曲线、结构的位移和塑性铰的分布情况.研究表明:考虑混凝土楼板的组合效应后,结构的刚度和承载力增加;腹板开圆孔削弱则对结构整体性能的影响非常小.     

新型钢框架焊接节点抗震性能试验与数值分析

为提高钢框架焊接节点的抗震性能,提出一种盖板加强与腹板开孔削弱并用的新型节点构造形式. 对4个不同构造形式的钢框架焊接节点试件（标准型、盖板加强型、腹板开孔削弱型、新型）进行了低周往复加载试验及有限元分析,对比研究了梁端局部构造形式对钢框架节点破坏模式、滞回性能、承载力、刚度退化、延性及耗能能力的影响. 结果表明：相比标准节点,采取局部构造措施的节点均实现了塑性铰外移,使得破坏模式由梁柱连接焊缝处脆性破坏转换为梁局部塑性破坏;塑性变形能力及耗能能力显著提高;塑性应变累积加剧板件局部屈曲,造成强度、刚度逐步退化,抗震性能更优越. 新型节点在承载力、刚度基本不变的前提下,延性及耗能能力分别增加了20.0%、27.9%,验证了该类节点的可行性. 文中建立的基于应力三轴度损伤准则的有限元模型可有效预测各类型钢框架焊接节点在循环荷载作用下的受力性能.     

考虑局部构造影响的焊接节点抗震性能研究

针对普通梁柱节点在地震作用下易发生脆性断裂、钢结构梁柱节点的局部构造形式对结构抗震性能影响显著的问题,提出同时采用盖板加强与腹板削弱新型的等强节点构造形式.设计制作了6个缩尺比例为1/2的钢框架节点,研究了节点试件在不同构造形式与加载方式下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、累积耗能等.试验结果表明:相比普通节点,考虑局部构造改进的节点能够避免梁根部的脆性破坏,实现塑性铰外移,塑性变形能力和耗能能力显著提高,同时分析了翼缘盖板长度与腹板孔径对节点抗震性能的影响.此外等强节点构造形式在几乎不改变节点承载力与刚度的同时,提高节点耗能能力,试验结果证明了等强节点构造形式的合理性.     

CFST柱-RC环梁节点试验研究

文章对钢管混凝土(CFST)柱-钢筋混凝土(RC)环梁中节点(JN-1、JN-2)这2个节点在静载和低周反复荷载作用下的试验结果从承载力和变形能力两方面进行分析,并对环梁节点在破坏形态、延性、耗能能力等方面进行研究。试验研究表明,静载试验中,环梁节点在交界处形成塑性铰,向框架梁延伸;低周反复荷载试验中,环梁节点在环梁与框架梁交界处形成塑性铰。环梁节点满足传递梁端剪力和弯矩的要求,塑性铰在框架梁端,节点表现出良好的延性,容易达到"强柱弱梁"的抗震设计目的。     

钢管混凝土柱-削弱钢梁节点受力性能研究

提出了翼缘开圆孔和翼缘、腹板均开孔的方钢管混凝土柱-钢梁削弱梁端新型节点形式．建立考虑几何非线性和材料非线性的有限元模型对此新型节点形式在单调及低周反复荷载作用下的受力性能进行数值分析,并和实验及传统的狗骨式节点（RBS）在荷载-位移曲线、节点削弱端应力分布、承载力、延性及耗能能力等方面进行对比．结果表明：此类削弱方式与狗骨式节点的刚度和承载力均基本相同;塑性铰均能外移至削弱区域;削弱节点表现出良好的廷性和耗能能力,具有较好的抗震性能．     

低周反复循环荷载作用下装配整体式钢骨混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过对2组、每组2个足尺寸节点试件进行的低周反复循环荷载试验,研究了装配整体式钢骨混凝土框架节点的抗震性能;其中第一组试件为按"弱节点"设计的中节点,第二组试件为按"强节点"设计的边节点,且对第二组的1个试件的节点核心区附近框架梁H型钢的上、下翼缘采取狗骨式削弱的构造措施.试验结果表明:在相同轴压比的条件下,2组试件均有较好的延性,且第二组试件的耗能能力明显高于第一组试件;对节点核心区附近框架梁H型钢翼缘采取狗骨式削弱,能够将框架梁的塑性铰从梁端根部转移到削弱部位,从而有效地提高节点的抗震性能.节点核心部分和梁拼接部位的型钢腹板采用高强螺栓连接、钢筋采用套管连接的构造方式是安全的.     

圆钢管混凝土柱-钢梁削弱式节点抗震性能研究

为探究圆钢管混凝土柱-钢梁结构体系中梁柱削弱式节点的抗震性能,建立翼缘犬骨削弱和腹板圆孔削弱两种形式的节点在水平往复荷载作用下的有限元计算模型,对两种节点的破坏模式、能量耗散性能和节点延性进行对比研究。计算结果表明,不同削弱形式的节点翼缘板均发生弯扭破坏,腹板区域发生屈曲破坏。两种削弱形式极限承载力和刚度退化规律相似,建议对梁翼缘犬骨削弱范围不大于0.25b_f,梁腹板圆孔削弱范围不大于0.35h_b。相对于翼缘削弱节点,腹板削弱节点在水平往复荷载作用下易发生面外失稳,但其具有更好的耗能能力。实际工程中,对面外稳定性有更高要求时可采用翼缘削弱式节点,对于梁端约束且削弱区段可替换情况下可采用腹板削弱式节点,以满足不同的梁柱节点对抗震性能的要求。     

过焊孔对H型钢柱梁节点受力性能的影响

针对过焊孔对柱梁节点受力性能影响的相关研究较少,通过试验和有限元分析,研究过焊孔对T形柱梁节点各组成部分的力学性能的影响。结果如下：增大节点域的强度,不利于构件的变形性能,但可以提高构件的最大承载力。柱梁节点处过焊孔影响分析模型（analysis model,AM）的梁弯矩荷载分布。在梁柱节点的梁端部位,因过焊孔应力易集中,梁腹板弯矩荷载偏大。在梁端轴向0~80 mm范围内,梁腹板弯矩荷载相对小,其中,梁端轴向接近35 mm处的梁腹板弯矩荷载最小。在梁端轴向0~80 mm范围内,梁翼缘弯矩荷载相对大,这是由于受过焊孔影响引起的梁腹板承载能力递减、过焊孔周围应力易集中及外荷载作用不变等原因导致的;且梁腹板承担的荷载越小,梁端轴向对应处的梁翼缘承担的荷载越大。节点域强度变化与AM模型的梁端腹板承担的剪力荷载呈正相关,节点域强度越小,梁端腹板承担的剪力荷载也越小。     

翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点受力性能试验

目的试验研究翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点的受力性能,考查翼缘削弱程度以及削弱方式对其受力性能影响.方法在钢筋混凝土梁端翼缘内预埋刚度调节盒,使得梁端塑性铰外移,通过制造6个翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点模型试件,并对试件进行拟静力试验,研究该类型节点的破坏机理;通过改变梁端翼缘内预埋刚度调节盒的数量和方式等参数,考察该类型节点破坏的主要影响因素.结果梁翼缘预埋刚度调节盒对框架梁刚度的调节明显;梁端塑性铰出现在刚度调节盒所处位置,可实现塑性铰外移;试验测得节点的位移延性系数均不小于5.3,抗震性能较好.结论翼缘削弱型钢筋混凝土框架梁柱节点可明显改善普通梁柱节点的抗震性能,通过在梁柱节点翼缘处设置适当数量的刚度调节盒,可更易实现"强柱弱梁"的抗震设防目标.     

梁端塑性铰外移的型钢混凝土节点的抗震性能

通过对两个足尺节点试件的低周反复荷载试验,研究了梁端塑性铰外移的型钢混凝土节点的抗震性能.试件按“强节点”原则进行设计,对节点核心区附近梁端工字形型钢的上、下翼缘采取狗骨式削弱,并适当增加梁端根部到型钢翼缘最大削弱部位的纵向钢筋的配筋量.试验结果表明:两个节点试件的位移延性系数在5.27以上,均符合抗震设计的延性要求;在最大荷载时,两个试件的等效粘滞阻尼系数均超过0.30,耗能能力强.理论分析表明:在型钢混凝土节点中采用塑性铰外移的构造措施,不仅能够降低节点核心区所受的剪力以及梁柱连接焊缝的应力,而且能够增强节点试件在塑性铰区的转动能力和抗剪性能,从而提高节点的延性和耗能能力.     

CFST柱—RC环扁梁节点性能试验

进行了钢管混凝土（CFST）柱-钢筋混凝土（RC）环扁梁节点的静载和低周反复荷载试验,分析了节点的破坏形态、延性、耗能能力等性能。试验结果表明,钢管混凝土核心区未发生屈服破坏情况;对于静载,塑性铰产生于扁梁和环扁梁交界处,对于低周反复荷载,塑性铰产生于环扁梁上;环扁梁与钢管混凝土柱间未发现明显滑移现象。节点连接可靠,具有较好的延性以及耗能能力,能够满足延性抗震设计要求。     

混凝土柱-钢梁混合结构栓接节点的抗震性能试验研究

为了研究全装配式混凝土柱-钢梁混合结构节点的抗震性能,提出了3种不同的干作业螺栓连接混合节点.通过拟静力试验,分别对节点组合件的破坏特征、破坏机理以及承载能力、延性和耗能能力等抗震性能进行了试验研究.研究结果表明,结合钢结构削弱外伸梁端节点的理念,将塑性铰从梁端外移到削弱处,能避免塑性铰对核心区的不利影响,实现强柱弱梁的抗震设计要求;采用提出的新型钢构套构造,试件节点核心区具有较高的承载能力和刚度;盖板拼接节点的滞回曲线呈Z字型,反映出存在较大滑移的影响;外伸端板的半刚性连接节点,其滞回曲线呈纺锤形,等效黏滞阻尼系数较大,端板屈曲能较好地耗散能量;盖板内侧设置摩擦铜片后,等效黏滞阻尼系数明显增大,利用摩擦机制能起到较好的耗能效果;试件的损伤集中在钢梁连接部位,通过合理设计,能实现震后破损构件的修复和替换.     

深柱-削弱梁刚性连接循环性能的理论分析

主要进行研究对深柱—削弱梁刚性节点柱翘曲的影响因素,包括:柱截面、节点域的强度和梁腹板的长细比。研究表明:深柱-削弱梁节点柱发生翘曲的大小主要与柱截面的抗扭刚度、节点域强度以及梁腹板长细比有关,截面的抗扭刚度越大,柱发生的翘曲程度就越小;节点域越强,柱翘曲程度越大;梁腹板长细比越小,柱翘曲越大。     

RC框架节点柱端碳纤维加固强柱弱梁效果

利用有限元软件ANSYS对现浇钢筋混凝土框架节点做了拟静力分析。对普通梁柱节点和柱端用碳纤维加固节点的计算结果进行了对比。结果表明,随着加载位移的增加,梁肋附近楼板钢筋应力有明显增加,说明楼板对梁的抗弯能力有增强的作用。在柱端粘贴碳纤维之后,柱端承载力明显提高,柱受力主筋屈服时间明显延后,梁端首先出现塑性铰,使节点在受到地震作用破坏时更接近梁铰机制的破坏特点。