一种新型全装配柱座式节点力学性能的数值分析与设计方法

提出一种方钢管柱与H型钢梁连接的柱座式全装配节点，在梁柱交汇处形成节点中心，由法兰盘连接上下柱，由端板连接钢梁。通过改变节点的端板厚度、螺栓直径和法兰盘与加劲板的开孔直径等参数，采用ABAQUS软件对4组节点试件进行了有限元数值分析，在单调加载制度下研究了各节点的极限承载能力与变形破坏模式，分析了参数改变对节点性能的影响；通过对节点进行往复加载获取节点的滞回曲线、骨架曲线，分析其耗能性能、延性性能及刚度退化等抗震性能。研究结果表明：该节点具备良好的抗震性能和耗能能力，端板厚度与螺栓直径对节点承载力有较为显著的影响，节点设计时合理选取参数可在保证节点承载性能的同时，充分发挥其耗能性能以确保梁柱等主要构件不发生塑性破坏。     

新型单面螺栓梁柱外伸端板连接节点受力性能试验研究

为研究新型自紧高强单面螺栓SHSOB连接节点的受力性能,并与传统M20扭剪型高强螺栓连接节点进行对比,设计制作了3个方矩形钢管柱与H形钢梁的外伸式端板连接节点试件,包括2个SHSOB螺栓连接节点和1个M20螺栓连接节点,对各节点试件开展了静力加载试验.揭示了节点的受力性能与破坏模式,考察了新型SHSOB螺栓连接节点的转动刚度、承载力和螺栓群受力分布模式.结果表明,SHSOB螺栓连接节点的初始转动刚度低于M20螺栓连接节点,节点转角大于0.03 rad,满足美国规范FEMA-350对节点延性的要求.随着荷载的增加,端板受拉区应力先增大后趋于稳定.SHSOB螺栓连接节点属于半刚性节点,螺栓群受力分布模式与传统的高强螺栓相似,中和轴位于螺栓群形心附近,具有较好的工程适用性.     

加载制度对螺栓球节点组合试件低周疲劳性能的影响

为了研究加载制度不同对螺栓球节点组合试件低周疲劳性能的影响,采用4种加载制度对8个相同试件进行轴向往复加载低周疲劳试验,研究了螺栓球节点在不同加载制度下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、累积耗能以及承载力退化规律。结果表明：在不同加载制度下,螺栓球节点组合试件的破坏形态基本相同,破坏发生在中间螺栓球节点处,经历了弯曲失稳、高强螺栓产生裂纹、裂纹扩展直到最终发生断裂等过程,破坏螺栓有颈缩现象,所有螺栓的螺纹丝扣均有较严重变形与磨损,超低周疲劳寿命很短;加载制度对试件超低周疲劳性能影响显著;试件的滞回曲线为捏拢类型、不饱满、不对称、耗能能力较小;不同加载制度的试件骨架曲线,无论受拉还是受压均基本重合,因损伤积累过程不同断裂点会有所不同;螺栓球节点的抗弯刚度很弱,在所连接的杆件弯曲时会诱发螺栓的折断,引起结构的连续破坏。     

输电铁塔主材节点滞回性能研究

针对输电铁塔主材双肢搭接节点,分别建立了单一剪切面连接与双剪切面连接的螺栓连接节点有限元仿真模型,通过施加低周循环载荷获得了节点的滞回曲线,给出了骨架曲线分析,耗能能力分析以及刚度退化分析,研究了输电铁塔螺栓连接节点在低周循环载荷作用下的耗能能力与力学性能,结果表明：单剪连接与双剪连接的节点线弹性变形过程基本一致,此后两种节点都出现滑移现象,双剪连接节点经历两次滑移过程;螺栓滑移过程中,节点耗能能力最强;双剪连接节点极限承载能力更强,刚度保持特性更佳,耗能能力更强。     

木结构钢填板预应力套管螺栓连接试验

针对木结构螺栓连接初始刚度低的问题,提出了一种新的连接形式——钢填板预应力套管螺栓连接.在这种连接形式中,张拉后的螺杆使放置于木孔内且紧贴木孔壁的套管顶紧钢填板;在节点受力初期,主要利用钢填板与套管间的摩擦力抵抗钢填板相对于木槽的滑移.为研究连接性能,对单个新连接节点以及普通螺栓连接节点进行了抗拉试验,试验结果表明,新连接节点具有较好的承载力和刚度;在控制节点受力的情况下,节点延性也较合理.另外,考虑到《木结构设计规范》GB5005-2003对销轴类连接节点顺纹端距的严格要求,又对一组端距小于规范要求的单个新连接节点进行了顺纹抗拉试验,试验结果表明,小端距的新连接节点承载力和刚度仍优于普通螺栓连接节点;同样,在控制节点受力的情况下,节点延性也较合理.     

竹集成材-钢填板螺栓节点受力性能研究

为研究梁柱式竹集成材-钢填板螺栓连接节点在弯剪复合作用下的受力机制及破坏模式，设计并制作了4组共12个梁柱螺栓节点试件，以梁柱间隙及螺栓布置为主要参数，对其进行单调加载试验．试验和计算结果表明：梁柱间隙对螺栓节点弯矩-转角曲线影响显著，当梁柱间隙为20 mm时，螺栓节点出现明显的平台段，考虑梁柱挤压区对承载力的正向作用，曲线出现二次增长现象；随着梁柱间隙的增加，初始刚度、峰值弯矩及延性系数等逐渐降低，破坏形态为梁端顺纹劈裂同时螺栓孔壁承压破坏，螺栓出现单铰屈服模式；基于视频图像相关性(VIC-3D)分析得到在加载过程中螺栓节点区域旋转中心不断变化，并给出了螺栓节点破坏发展过程；建立了梁柱节点初始刚度及预测的弯矩-转角曲线模型，具有较好的适用性．     

T形件螺栓连接卷边PEC柱-钢梁组合框架结构抗震试验研究

为研究T形件螺栓连接卷边钢板组合截面PEC柱-钢梁组合框架结构的抗震机理,设计制作了一榀底部两层单跨组合框架1/2缩尺试件并进行水平低周往复荷载试验.基于试验现象和测试数据,从试件结构的滞回特性、水平抗侧刚度退化、节点性能、耗能能力与抗震延性、塑性机构发展进程与延性破坏模式等性能进行分析.研究结果显示:T形件螺栓连接增大了梁柱节点刚度,改善了结构的整体性,试件的初始抗侧刚度较大、极限承载力较高;T形件螺栓连接使得梁端塑性铰形成位置远离节点区,试件滞回曲线较为饱满,试验结束对应承载力未出现明显降低,且对应整体侧移角、位移延性系数和等效黏滞阻尼系数表明试件具有良好的抗倒塌能力、抗震延性与耗能能力;T形件螺栓连接PEC柱-钢梁组合框架试件塑性破坏机构发展进程为T形件端部梁截面和PEC柱脚相继形成塑性铰,实现了框架结构的理想延性耗能模式.     

木结构钢插板螺栓连接节点刚度及力-位移关系数学模型

为研究木结构钢插板螺栓连接节点的力?位移关系,对24个顺纹试件进行了单调加载试验,考虑了螺栓直径、木材厚度以及两者比值的影响。试验结果表明,节点的变形能力较强,加载过程中经历了线性阶段、弹塑性阶段、塑性发展阶段和破坏阶段。基于曲线拟合,节点的力?位移关系可归纳为承载力、弹性刚度的两参数力学模型;通过理论分析,提出了节点承载力、弹性刚度的理论计算公式。最后,通过理论公式和力学模型,对钢插板螺栓连接节点的力?位移关系曲线进行了计算,理论计算曲线与试验曲线吻合较好。     

高强螺栓连接装配式框架抗震性能试验研究

提出一种在梁端附近预埋钢件以高强螺栓连接的装配式框架形式,制作相应的缩尺模型及同尺寸的现浇式模型,对二者开展低周往复加载对比试验.结果表明：采用高强螺栓连接节点装配式框架比普通现浇式框架延性系数提高约6.57%,能量耗散系数及等效粘滞阻尼系数分别提高约22.95%和20.00%,初始刚度提高约5.08%,但在开裂后装配式框架刚度退化较快,达到峰值荷载后,二者刚度退化曲线趋缓,最终二者残余刚度趋向相同.说明高强螺栓连接的装配式框架具有较好的整体性及抗震性能,可用于抗震区装配式结构的设计.     

端板与柱间灌浆层对端板连接RCS节点抗震性能影响的试验研究

为研究端板与柱间灌浆层对端板连接RCS节点抗震性能的影响,以端板与柱间灌浆层厚度、灌浆层强度以及螺栓预拉力为主要研究参数,进行了4个端板连接RCS节点试件的低周反复加载试验.基于试验数据,研究了各试件的破坏形态、滞回性能、承载能力、刚度退化规律、延性、耗能能力和变形组成等.试验结果表明:强柱弱梁型端板连接RCS节点的破坏形态为梁铰破坏机制,灌浆层出现压碎脱落现象,整个受力过程中钢梁端板、灌浆层和柱面之间连接紧密,未出现滑移现象,端板和RCS节点之间的连接和传力可靠,表现出良好的受力性能.各试件滞回曲线呈梭形,梁端塑性铰充分耗散能量,具有较好的抗震性能;反复荷载作用下端板与柱间灌浆层的损伤累积导致节点延性和耗能能力降低,其降低幅度随灌浆层损伤程度增加而增大;各试件刚度退化规律基本一致,灌浆层的损伤累积导致刚度退化加剧;节点的变形主要来自钢梁的变形,在整个加载过程中,各试件端板连接变形较小,在极限位移角时,试件RCS1、RCS3和RCS4由端板连接变形引起的位移所占比例分别为1.5%、1.8%和2.7%.各试件弯矩-转角关系曲线呈现出明显的非线性特征,试件RCS1～RCS4按刚度分类均属于半刚接节点,节点初始转动刚度随灌浆层厚度增加而提高,但提高幅度有限.     

循环荷载作用下高强螺栓端板节点抗震耗能性能

为研究高强螺栓端板节点的抗震耗能性能,进行了7个连接件的循环加载试验,分析了钢管和螺栓的两种典型破坏模式以及钢管柱壁厚、螺栓直径、螺栓孔横向间距、螺栓个数,以及钢管柱截面尺寸对连接件耗能能力的影响。研究结果表明:高强螺栓端板连接件的破坏模式与钢管管壁厚度和螺栓强度有关;增大钢管柱壁厚、螺栓直径和截面尺寸以及增加螺栓个数和减少截面尺寸均能提高节点的耗能能力,增大钢管柱壁厚对节点的耗能性能的提高最为显著。     

螺栓排数和自攻螺钉对木梁柱节点

通过4组梁柱节点在单调和往复加载下的抗侧力试验,得到了各组节点的破坏模式、弯矩-转角曲线、滞回曲线、强度、刚度、延性及耗能性能,研究了不同螺栓排数和自攻螺钉加强对节点抗侧力性能的影响.结果表明,普通节点中裂缝出现早,开展迅速;增加螺栓排数可提高节点的强度和延性,其中强度提高更明显;自攻螺钉加强可明显减轻和延缓木材的开裂,提升节点的延性和抗震性能.     

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.     

全螺栓连接和焊接连接钢板剪力墙力学性能分析

为了避免焊接造成的残余应力,通过螺栓连接的端板将上下2块钢板连接,形成一种延性和耗能能力更好的全螺栓连接钢板墙.通过有限元建立全螺栓连接和传统焊接连接钢板墙模型,对比两种钢板墙在单向推覆和往复荷载作用下的荷载位移曲线、抗侧承载性能、能量耗散系数、刚度退化和承载力退化等性能.结果表明,在单向推覆作用下全螺栓连接钢板墙的抗侧承载力与传统焊接形式较为接近,但初始刚度比传统形式下降了11%;在往复荷载作用下,全螺栓连接形式表现出更好的整体耗能能力,刚度退化更平缓.该类钢板墙还便于生产和安装,在今后的工程应用中值得广泛的推广和应用.     

铝合金构件高强螺栓牙板连接性能试验

主要对铝合金构件采用高强螺栓牙板连接进行初步试探性的理论分析和试验研究.分析结果表明:连接承载力与螺栓预压力、板件厚度、牙纹规格等因素有关,并初步得出了承载力的计算公式.进行了4组铝合金构件高强螺栓牙板连接的抗剪承载力试验,试验结果表明:高强螺栓牙板连接具有变形小、承载力高等特点,而且较普通的摩擦型高强螺栓连接承载力有明显提高,主要是因为"牙板"增大了受力方向的抗滑移系数.     

胶合木端板连接节点低周反复试验与承载力

提出一种适用于胶合木节点的内嵌钢板-端板连接形式.对2个具有不同厚度端板的新型节点及1个常用的内嵌钢板螺栓连接节点进行了低周反复加载试验.结果表明:新型节点的延性以及耗能能力有较大提高,端板厚度是影响新型节点性能的重要因素.对新型节点的屈服荷载,根据虚功原理推导了其计算公式;对新型节点的极限承载力,分析比较了其破坏模式和各模式的承载力计算公式.计算结果与试验结果符合较好.基于上述研究,提出了端板厚度的选取建议.     

螺栓拼接钢梁的抗弯性能

对具有螺栓拼接的H型钢梁进行抗弯性能试验.考虑了拼接板上不同螺栓数量对节点性能的影响,研究了拼接节点的破坏特点、抗弯强度和刚度.研究发现拼接螺栓的初始滑移对节点后续阶段的承载力和刚度产生了明显不利的影响,拼接截面应变分布不再符合平截面假定;相比无拼接H型钢梁,翼缘拼接板受力更大,钢梁挠度更大;翼缘拼接板先于H型钢梁翼缘进入屈服,但是拼接节点的极限弯矩试验值可达到H型钢梁的全截面屈服弯矩的计算值;螺栓滑移后的拼接节点不能简单地按照刚接处理.提出了考虑节点转动刚度影响的H型钢梁挠度计算方法与公式,并得到了试验数据的验证.     

PEC柱钢梁摩擦耗能部分自复位组合框架抗震性能数值模拟

为更好满足建筑结构不同抗震性能化设计目标,对已有自复位连接节点弯矩-转角关系进行改进,提出摩擦型耗能部分自复位连接设计思路。利用ABAQUS软件设计了5榀卷边PEC柱-钢梁摩擦耗能型部分自复位连接组合框架模型试件,并对其在往复荷载下的抗震性能进行了数值模拟。基于模拟数据,对比分析柱顶竖向力、摩擦板长圆孔孔径、柱脚边界条件和摩擦板翼缘螺栓布置方式等设计参数对试件滞回性能、抗侧刚度退化、残余变形、耗能能力等抗震性能的影响规律。结果显示:卷边PEC柱满足自复位结构对竖向构件承载力及抗侧刚度的要求;摩擦板长圆孔孔径合理设置可控制摩擦滑移耗能和连接转化为承压型传力模式的发展进程,从而实现结构不同抗震性能化设计目标;摩擦板内外侧翼缘均布置高强对穿螺栓的实际工程做法可更好发挥部分自复位连接的自复位和耗能减震功效;柱脚边界条件对结构受力进程和刚度分配影响显著,柱底与基础梁刚性连接的试件承载力、抗侧刚度和耗能减震远高于柱底铰接试件;柱顶竖向力在大侧移情况下的二阶效应对试件承载力和自复位功效产生较小的不利作用。     

圆端形不锈钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

以外钢管材质、加载方向及中空夹层截面为变化参数,进行了 4个圆端形不锈钢管（concrete-filled round-ended stainless steel tubular,CFRST）和2个圆端形普通钢（concretefilled round-ended carbon steel tubular,CFRT）混凝土桥墩试件的往复加载拟静力试验. 分析了试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、延性系数及耗能等. 试验结果表明：圆端形不锈钢管混凝土桥墩试件的破坏形态均为墩底外钢管的鼓曲及底部混凝土的局部压溃,各试件的滞回曲线较为饱满,无明显捏拢现象,耗能能力及延性均较好;与圆端形钢管混凝土桥墩试件相比,圆端形不锈钢管混凝土桥墩试件的峰值荷载及初始刚度基本不变,但延性及耗能能力增加,刚度退化程度减小;与圆端形实心不锈钢管混凝土桥墩试件相比,圆端形中空夹层不锈钢管混凝土桥墩试件沿强轴加载时峰值荷载、初始刚度、延性及耗能能力均增加,而沿弱轴加载时由于内钢管平直段发生向内凹曲,其峰值荷载及初始刚度虽仍有增加,但延性及耗能能力略有降低. 给出了此类桥墩水平承载力的计算方法,计算结果与拟静力试验结果吻合较好.     

往复荷载作用下新型装配式螺栓干节点的抗震性能研究

本文基于ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件,对一种改进的新型装配式螺栓干节点施加低周往复荷载,进行抗震性能研究,分析了该新型螺栓干节点的耗能、承载力、延性及刚度等方面的力学性能及其破坏模式,并探讨混凝土强度、轴压比和梁配筋率对该节点力学性能的影响规律。结果表明,新型螺栓干节点比现浇节点和改进前的螺栓干节点具有更好的耗能、更高的刚度和强度,其屈服荷载、极限承载力和延性分别比现浇节点提高了35%、22%和31%,而相比改进前的螺栓干节点分别提高了38%、27%和58%,表明新型螺栓干节点的抗震性能更好;随着混凝土强度和梁配筋率的提高,新型螺栓干节点的极限承载力、耗能性能和割线刚度都有所提高,抗震性能也随之提高;柱轴压比在一定范围内的增大可以提高节点的屈服荷载、峰值荷载和屈服位移,但影响程度较低。