装配式钢结构梁柱内套筒组合螺栓连接节点力学性能研究

为深入研究装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点力学性能,采用理论分析方法推导了组合螺栓连接节点的初始转动刚度计算公式,对7个节点试件建立了ANSYS有限元模型进行单向静力加载数值模拟分析.研究了内套筒厚度、端板厚度、加强肋板、制作误差等对节点力学性能的影响.研究结果表明,节点刚度随内套筒厚度增加而增大,增加内套筒厚度是提高节点刚度的有效手段,但内套筒厚度过大不够经济,建议实际工程中,内套筒厚度大于柱壁厚度2,mm;内套筒与柱壁安装间隙过大会显著降低节点刚度,应尽可能减小制作误差,将内套筒与柱壁安装总间隙控制在4,mm之内;端板厚度对节点初始转动刚度影响不明显;节点初始转动刚度理论计算公式与有限元数值计算结果取得了较好的一致性.本文研究内容可为装配式钢结构梁柱连接节点的理论分析和工程应用提供参考.     

组合楼板对装配式钢框架节点抗震性能的影响

为了解决装配式钢框架中节点区域构造复杂和传力机制不明的问题,提出一种考虑组合楼板作用的端板螺栓连接节点。设计并制作了2组端板连接的装配式梁柱节点,进行了低周往复循环荷载试验,建立了节点试件的数值模型,分析组合楼板对节点的破坏模式、滞回性能、承载能力、半刚性性能、受力特征的影响作用。结果表明,端板连接节点主要破坏模式为端板的弯曲变形,组合楼板的加入会使滞回曲线产生一定的捏拢现象,同时会产生组合楼板开裂破坏现象;增加组合楼板后,端板连接节点的初始转动刚度、极限承载力、耗能能力分别增加了约22%,13%,22%;组合楼板和钢梁上翼缘共同作用时,荷载通过组合楼板传递至柱腹板;与闭口型压型钢板-混凝土组合楼板的节点相比,采用开口型压型钢板-混凝土组合楼板的节点初始转动刚度和极限承载力分别提高13%和9%。组合楼板能有效提高端板连接节点的抗震性能,扩大节点核心区的传力范围,增强梁柱传力机制,可为进一步提高装配式节点性能提供参考。     

焊接复合箍筋柱蜂窝梁组合节点的拟静力试验

选取4组8个梁柱节点模型,对焊接复合箍筋柱蜂窝梁组合节点进行拟静力试验研究.分析组合节点在模拟地震作用下的破坏形态及承载力,并探讨其抗震性能.试验观测及分析结果表明,在RCS梁柱节点中,箍筋除了抗剪作用外,对约束混凝土、减少节点剪切变形和增加延性均起重要作用;采用外伸式端板连接的试件,其在柱端低周反复荷载作用下具有较好的延性和耗能能力.通过对比3种节点连接形式发现,钢梁对梁柱节点的转动性能约束越强,则钢筋混凝土柱分配到的水平地震剪力越大,核心区混凝土发生的剪切破坏也越严重.     

新型方钢管柱内套筒装配连接力学性能

针对方钢管柱内套筒装配式节点存在的问题,提出一种新型方钢管柱内套筒装配连接形式,将柱拼接位置上移至梁柱节点核心区上方,为梁柱节点高强螺栓安装提供了空间,同时保证了节点域的连续性。改变内套筒厚度、内套筒长度、对拉螺栓间距及端板厚度等构造参数建立一系列有限元模型,采用ANSYS非线性计算对该新型连接的滞回性能、耗能能力等进行分析。结果表明:该新型连接具有较好的延性和耗能能力,各构造参数变化对其受力性能产生不同的影响。增大内套筒厚度可以提高节点极限承载力和耗能能力,当内套筒厚度大于柱壁厚度2 mm时,节点力学性能提升较明显;适当增加对拉螺栓间距可以改善节点受力;增大内套筒长度,节点刚度、延性和耗能能力均会下降,因此在满足构造要求的前提下,内套筒长度宜取较小值;适当增加端板厚度,可以改善节点受力性能、延性和耗能性能,但端板过厚则不够经济。研究结论可为该新型方钢管柱内套筒装配连接设计和应用提供基础研究数据。     

门式刚架Г型节点有限元分析

利用ANSYS软件对三种节点进行了低周往复加载和单调加载的对比分析，三种节点包括梁柱常规螺栓端板竖放节点圆弧形整体式节点和圆弧形加腋螺栓端板竖放节点。其结果表明圆弧形整体式节点和加腋改造后的节点要比常规螺栓端板连接节点刚度大，极限承载力高。加腋可缓解节点域应力的过分集中，避免了节点域的脆性破坏。圆弧形整体式节点域为圆弧形，使得该节点受力流畅，加载到破坏阶段，节点域变形较小。圆弧形加腋节点具有便于螺栓安装，节点为栓焊连接，刚度大延性也较好。同时加腋构成了第二道防线，进一步防止了偶然荷载作用下试件脆性破坏的发生。圆弧形整体式节点和圆弧形加腋节点均以梁端位移过大作为破坏准则，这三种节点的对比研究对工程设计有较好的指导意义。对于常规螺栓端板连接节点其节点域剪切变形较大，易引起节点的脆性破坏。剪切变形加大了梁端位移，且由于节点刚度相对较小，节点域应力较为集中，发生了荷载作用下柱翼缘的屈服破坏。     

外端板加强式节点抗震性能试验研究

提出外端板加强式焊接节点与栓焊混合节点构造形式.通过6个钢管混凝土柱-钢梁节点的低周反复荷载试验,分析并比较了外端板加强式焊接节点、栓焊混合节点与穿芯螺栓-加劲端板节点在不同构造、不同梁柱刚度比下的破坏过程及特征,对节点的滞回曲线、承载能力、延性和耗能能力、强度与刚度退化等抗震性能进行了研究.试验结果表明:当梁柱刚度比较小时,两种新型节点与穿芯螺栓-加劲端板节点均表现为梁端出现塑性铰破坏;当梁柱刚度比较大时,外端板加强式焊接节点发生核心区焊缝开裂破坏,外端板加强式栓焊混合节点发生柱端弯折破坏;与穿芯螺栓-加劲端板节点相比,两类新型节点具有更高的承载力和更好的安全储备,且滞回曲线饱满,各抗震性能指标较好,满足强节点弱构件的抗震设计要求.     

装配式腋板加强型钢节点抗震性能试验研究

提出了一种梁柱间加设腋板的新型装配式钢管柱工字钢梁节点.为深入研究该节点的抗震性能和受力机理,对2组不同腋板外伸长度的足尺节点模型进行了低周往复荷载作用下的试验研究,对节点的破坏模式、滞回性能、初始刚度、延性系数、刚度退化、耗能性能进行了分析.结果表明:在低周往复荷载作用下,试件在腋板外侧且靠近腋板端部位置的梁上钢材最先发生屈服,2组试件最终的破坏模式均为靠近腋板端部位置的螺栓孔处梁翼缘被拉断.腋板的设置有效转移了塑性铰,起到保护节点的作用,实现了"强连接,弱构件"的抗震设计理念;腋板的设置对提高节点承载力以及节点转动刚度有较大影响;随着腋板外伸长度的减小,腋板传递给梁的竖向荷载越大,使得钢梁越早进入屈服;腋板的加设使得腋板端部位置处的梁翼缘应力高度集中,加之螺栓孔对截面的削弱,使其成为影响节点延性的关键,应对该部位适当加强.     

H型钢梁与矩形钢管柱端板单向螺栓连接节点

进行了6组平齐式、外伸式端板单向螺栓连接节点试验,并在现有研究成果的基础上,分别推导了单向螺栓抗拉刚度、受拉端板抗弯刚度、柱壁抗拉刚度、柱壁抗压刚度和受压外伸式端板抗压刚度的计算式.利用组件法推导了平齐式、外伸式连接节点在弯矩作用下初始转动刚度的理论计算公式.结果表明：给出的节点初始转动刚度的计算式与试验结果吻合较好,精度可满足工程设计的要求.最后,提出了H型钢梁与矩形钢管(RHS)柱端板单向螺栓连接节点的设计建议.     

H型钢梁与矩形钢管柱端板单向螺栓连接节点初始转动刚度性能

进行了6组平齐式、外伸式端板单向螺栓连接节点试验,并在现有研究成果的基础上,分别推导了单向螺栓抗拉刚度、受拉端板抗弯刚度、柱壁抗拉刚度、柱壁抗压刚度和受压外伸式端板抗压刚度的计算式.利用组件法推导了平齐式、外伸式连接节点在弯矩作用下初始转动刚度的理论计算公式.结果表明:给出的节点初始转动刚度的计算式与试验结果吻合较好,精度可满足工程设计的要求.最后,提出了H型钢梁与矩形钢管(RHS)柱端板单向螺栓连接节点的设计建议.     

中空夹层钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓连接节点抗震试验研究

为了深入研究装配式圆中空夹层钢管混凝土组合框架节点的抗震性能和破坏机理,文章进行了4个中柱节点的水平低周反复加载试验。试件由圆套圆中空夹层钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁通过单边紧固高强螺栓和平齐或外伸端板连接组成。文中详细研究了试件破坏形式和组合楼板的裂缝分布规律,分析了滞回曲线、强度和刚度退化规律及耗能能力等,采用欧洲相关规范评价了此类装配式组合框架节点的刚性。试验结果表明,端板形式和柱截面空心率对此类装配式组合框架节点的承载力和耗能能力有明显影响。当端板形式相同时,柱截面空心率为0.61的节点承载力和总耗能比柱截面空心率为0.73的节点有明显提高;当柱截面空心率相同时,外伸端板连接节点的承载力和总耗能优于平齐端板连接节点。分析表明,装配式圆中空夹层钢管混凝土组合框架节点为半刚性连接、部分强度节点。研究成果可为此类新型装配式组合框架在实际工程中应用提供科学理论依据。     

门式刚架整体式梁柱节点试验研究及有限元分析

对门式刚架整体式梁柱节点进行低周加载试验,并按照现行规范进行常规螺栓端板连接节点足尺试验.结果表明整体式节点较常规节点刚度和承载力均有较大提高,向上承载力提高16.7%,向下承载力提高21.5%.试验也表明螺栓端板连接节点剪切变形大,试件破坏时端板翘起,柱翼缘屈服,过大的梁端位移导致试件失稳,进而失去承载力.相对而言,整体式节点对梁柱有很好的约束作用,减小了梁的变形.     

装配式混凝土梁柱节点试验及受力性能分析

针对装配式混凝土框架节点的连接方式,进行了现浇节点、型钢连接节点、套筒连接节点以及改进的型钢连接节点在低周反复荷载作用下的力学性能试验.考虑节点域的剪切变形实现了梁柱节点域的剪应力与剪应变关系的数值模拟,提出了一种简化的装配式梁柱节点的数值模拟方法,根据试验结果进行装配式节点核心区等效的混凝土弹性模量和钢筋的屈服强度等参数的识别,从而获得不同连接方式梁柱节点的水平荷载和变形的关系曲线.试验结果表明:改进的型钢连接节点的滞回环更加饱满,极限承载力和耗能能力也是最优的.     

负弯矩作用下半刚性钢管混凝土组合节点初始刚度计算

"T形件"是组合结构梁柱连接节点的重要组件,文章利用组件法,以"T形件"为基本单元,分别给出了各组件的刚度计算方法,如钢筋抗拉刚度、柱壁抗压刚度、柱壁抗剪刚度、端板抗弯刚度、柱壁抗弯刚度、螺栓抗拉刚度,提出了负弯矩作用下端板连接半刚性钢管混凝土组合节点初始刚度计算公式;通过试验验证了所提负弯矩作用下组合节点初始刚度简化计算方法的正确性和准确性。该研究成果可为建立半刚性钢管混凝土组合框架设计方法提供科学依据。     

外伸端板半刚性节点的初始刚度和内力分析

钢框架梁柱外伸端板连接节点的半刚性结构力学模型,是一种用已知节点尺寸来预测其M-θ关系的非线性数学模型, 模型中的主要参数是节点初始转动刚度和极限承载力.文章给出了考虑外伸端板半刚性节点连接的线性化模型初始刚度的计算公式,推导了半刚性连接在荷载作用下的内力计算公式,讨论了半刚性连接对框架内力的影响.     

多层钢框架半刚性端板连接的试验研究

为研究钢结构梁柱端板连接的刚度和承载力特性,对8个不同构造的多层钢框架梁柱端板连接进行了试验研究,分析了端板厚度、螺栓直径、端板加劲肋、柱腹板加劲肋、平齐式和外伸式等因素对节点承载力、转动刚度和极限转动能力的影响。试验结果表明:实际工程中采用的很多端板连接大多属于半刚性连接,在荷载作用下,节点发生明显的转动变形。该文根据试验结果,对端板连接节点提出了设计建议。     

外伸端板梁柱连接的滞回性能试验

通过对循环荷载作用下的外伸端板节点连接性能的试验，分析了外伸端板连接的滞回性能。试验结果表明：外伸端板连接具有良好的延性和耗能能力，节点的转角都超过了0．03rad；端板刚度(主要是端板厚度)和螺栓直径是影响节点滞回性能和极限承载力的决定因素。     

带端板加劲肋的外伸端板连接的梁柱节点试验

为了讨论加劲肋对连接性能的影响,对带端板加劲肋的外伸端板连接的梁柱节点进行了循环荷载作用下试验研究.分析了端板、端板加劲肋、梁柱翼缘和腹板在荷载作用下的应力情况,确定了这种连接的受力性能及破坏模式,分析此类连接的滞回曲线、连接初始刚度、承载能力和延性特征.试验结果表明,加劲肋是提高节点性能的一项有效措施.     

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。     

单边螺栓连接圆中空夹层钢管混凝土柱 节点拟静力试验研究

为了获悉中空夹层钢管混凝土柱节点在地震作用下的抗震性能和破坏机理,文章进行了4个圆套圆中空夹层钢管混凝土柱与钢梁单边螺栓端板连接节点的拟静力试验,分析了端板形式和柱截面空心率对此类节点性能和破坏模式的影响;详细观察了节点在低周反复荷载作用下的受力全过程和破坏特征,分析此类节点的滞回曲线、骨架曲线、强度及刚度退化规律、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明:此类端板连接节点具有典型的半刚性特征,连接可靠,耗能效果良好;在相同空心率条件下,外伸端板连接节点的极限承载力、耗能能力要高于平齐端板连接节点;在相同端板形式条件下,节点的极限承载力和耗能能力随着柱截面空心率的增大而减小。研究成果可为我国半刚性中空夹层钢管混凝土结构的设计与应用提供科学依据。     

方钢管混凝土柱梁下栓上焊节点受力性能研究

为研究带外环板的方钢管混凝土柱H形钢梁下栓上焊节点的受力性能,以梁上翼缘连接方式和梁截面尺寸为试验参数,设计制作了3个节点构件,并对其进行拟静力试验。引入了数字散斑相关方法(DSCM)测量系统,对节点核心区应变进行非接触式高精度测量。结果表明,受焊缝质量的影响,构件主要破坏位置都在焊缝附近,其中下栓上焊节点和全螺栓节点分别发生在梁上翼缘与外环板连接的焊缝处和下内隔板与柱连接的焊缝处;下栓上焊节点相对于全螺栓节点核心区变形更小,更符合“强柱弱梁”准则,并推断梁柱之间荷载传递主要通过外环板,但全螺栓节点由于螺栓滑移以及焊接缺陷少,延性要显著好于下栓上焊节点;梁截面尺寸和节点连接方式对构件核心区受力性能和应变分布有较大影响,其中核心区主应变及剪应变云图均呈45°斜向发展。