考虑节点刚度的预制混凝土框架结构分析

给出了考虑节点刚度的框架梁的力学模型,推导了用节点连接刚度系数表示的半刚接梁的单元刚度矩阵,以及半刚接梁在荷载作用下的内力计算公式,并利用位移法对一单层单跨框架结构的横梁弯矩及其抗侧刚度进行了讨论.算例结果表明:半刚性连接框架受连接柔性的影响,会使框架结构横梁的杆端弯矩减小,而跨中弯矩增加;结构整体的抗侧刚度则随着节点转动刚度的增加而增加;随着梁柱线刚度比的增加,节点刚度对结构抗侧刚度的影响也随之增大.当梁的线刚度与节点转动刚度的比值α>5,结构受力性能与节点铰接时相近,而当α<0.04时,节点连接可视为刚接.综上所述,节点转动刚度对结构在竖向荷载作用下的内力以及结构整体的抗侧刚度有较大的影响.     

装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点的力学性能试验研究

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,进行了3个十字形1/2缩尺比例节点试件在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、刚度退化、节点核心区剪切变形、弯矩-转角关系曲线等进行了分析.研究结果表明,在低周往复荷载作用下节点的破坏模式主要表现为对穿螺栓被拉断,外伸端板屈曲,柱壁凹屈,柱壁间连接焊缝断裂;上段柱对穿螺栓往复滑移造成的塑性变形集中在柱壁及外伸端板区域并形成塑性铰,节点具有一定的耗能能力,受对穿螺栓贯穿柱壁连接效应影响,在往复荷载作用下出现"对称凹屈"现象;随内套筒厚度增加,节点核心区剪切变形减小,抗剪刚度增加;节点具有一定的转动刚度,表现出半刚性节点性质.提出的装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点可以实现上柱与下柱、梁与柱全装配式连接.     

不均匀沉降下半刚性连接钢框架附加内力分析

在钢框架设计计算中,一般假设梁柱节点为完全刚性或者理想铰接,但在实际工程中理想铰接与完全刚接是不存在的,梁柱节点为介于铰接、刚接之间的半刚性连接结构.考虑到梁柱半刚性连接,对结构受力性能会产生较大影响,运用结构力学方法结合半刚性连接梁单元的转动刚度和传递系数,推导不均匀沉降下框架附加内力.并利用SAP2000有限元计算软件,分析工程实例,将手算与电算结构进行对比,得到的计算实例表明:此计算方法快速、便捷,可用于初步计算不均匀沉降下大跨度钢框架附加内力.     

半刚性连接钢框架的简化设计方法

采用三参数力学模型模拟半刚性框架梁柱节点的弯矩-转角性能,螺旋弹簧模拟节点连接的半刚性,考虑了梁柱间的相对转角关系,通过引入半刚性梁柱节点梁的线刚度修正系数Fij以及Fij与梁柱节点连接刚度系数α之间的关系,来修正与各节点相连的梁的线刚度,然后利用修正后的梁线刚度根据D值法的原理建立竖柱的抗侧刚度修正系数αc计算表,提出了一种计算简单,有较好精度的简化设计计算方法.     

半刚性连接钢框架的时程分析

为了探讨不同梁柱节点钢框架抗震性能的差别,通过ANSYS分析软件,对结合工程实际设计的10个系列共50个有限元试件进行时间历程分析,来探讨框架层数、框架跨数,尤其是梁柱连接节点的转动刚度等参数对钢框架抗震性能的影响.分析表明:半刚性钢框架结构在地震荷载作用下具有良好的抗震性能.     

预制混凝土梁柱节点试验及框架受力性能分析

提出了一种预制装配式混凝土梁柱节点采用I字型钢连接的节点方式,并进行了该节点在低周反复荷载作用下的试验.针对型钢连接的特征,提出了一种简化的等效十字连接方式用以模拟该节点.结合试验结果以及二维空间撒点,进行了简化节点的等效混凝土弹性模量以及钢筋屈服强度等关键参数的识别,从而可通过数值分析获得预制装配式节点的滞回曲线.根据预制装配式节点的连接方式形成框架结构,同时根据梁柱的配筋形成了现浇框架结构,采用Pushover分析了2种框架的承载力和刚度.利用简化的节点数值模拟滞回曲线进行了预制装配式框架结构在地震动作用下结构整体的受力非线性全过程分析.试验结果表明,该连接方式滞回环较饱满,节点抗震性能良好;数值分析结果表明采用型钢连接节点的预制装配式框架结构与同样梁柱配筋的现浇结构相比承载力和刚度有所提高,此装配式框架结构可满足我国抗震规范对于框架结构在弹性以及弹塑性阶段侧移限值的要求.     

半刚性连接钢框架的简化计算方法

采用已有的三参数力学模型模拟半刚性连接梁柱节点的弯矩-转角性能．根据小变形叠加原理,推导了半刚接梁单元杆端弯矩的计算公式以及不同情况下连接的转动刚度与弯矩传递系数．在此基础上,通过对钢框架侧移刚度和半刚接梁单元转动刚度的修正,提出了半刚接钢框架内力和层间位移的简化计算方法．算例结果表明：该计算方法可靠,可用于结构的初步设计和最终校核．     

中柱突然失效后钢框架的简化分析方法

结合双跨梁的显式简化模型与能量平衡的原理,提出钢框架连续倒塌的简化非线性分析方法.将多层钢框架结构简化为双跨梁,求双跨梁在集中荷载作用下的显式简化模型,并对梁端转动刚度和轴向刚度进行修正,根据内力变化将双跨梁的受力分为4个阶段,推导了其在不同阶段的荷载-跨中挠度计算公式.以不同跨数不同层数的两个二维框架为例,采用简化方法预测柱失效后的最大位移,并与其他相同框架的非线性动力分析结果进行对比,表明采用本文方法可以取得准确结果,且分析过程简单.     

有侧移半刚性连接钢框架柱计算长度的研究

基于钢框架稳定设计中柱计算长度的概念,本文采用三柱框架结构计算模型,通过考虑连接的非线性弯矩-转角关系,建立梁柱的有侧移半刚性连接转角位移方程,将横梁对柱子的约束弯矩按柱子的线刚度之比分配给柱;然后通过引入梁柱线刚度比修正系数的计算方法,推导了有侧移半刚性钢框架柱计算长度系数方程式,并研究了在梁-柱半刚性连接下柱的计算长度系数取值问题.本文得到的半刚性连接的柱计算长度系数公式与《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中的刚性钢框架柱计算长度系数形式相同.算例结果表明:考虑半刚性影响后,柱的有效长度系数增大7%以上,此类钢框架计算时应考虑梁柱节点半刚性的影响.本文计算方法简捷方便,便于工程实际应用.     

有侧移半刚性连接钢框架柱计算长度的研究

基于钢框架稳定设计中柱计算长度的概念,本文采用三柱框架结构计算模型,通过考虑连接的非线性弯矩-转角关系,建立梁柱的有侧移半刚性连接转角位移方程,将横梁对柱子的约束弯矩按柱子的线刚度之比分配给柱;然后通过引入梁柱线刚度比修正系数的计算方法,推导了有侧移半刚性钢框架柱计算长度系数方程式,并研究了在梁-柱半刚性连接下柱的计算长度系数取值问题.本文得到的半刚性连接的柱计算长度系数公式与《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中的刚性钢框架柱计算长度系数形式相同.算例结果表明:考虑半刚性影响后,柱的有效长度系数增大7%以上,此类钢框架计算时应考虑梁柱节点半刚性的影响.本文计算方法简捷方便,便于工程实际应用.     

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.     

预制装配式部分钢骨混凝土框架梁柱中节点抗震性能试验研究

预制装配式混凝土结构的节点连接方式是目前解决该技术推广的重点问题.提出了预制装配式部分钢骨混凝土框架结构的概念,即把钢筋混凝土框架结构分解成柱预制构件和梁预制构件两个部分,只在构件连接区和梁柱核心区设置钢骨,钢骨在混凝土构件中不连续,连接区为无筋钢骨混凝土.开展了3个预制装配式部分钢骨混凝土框架中节点试件的低周往复试验,并与两个相同工况的钢筋混凝土框架中节点试件进行了对比.对2种形式5个试件的破坏规律、滞回曲线、承载能力、刚度退化及延性进行了分析,发现预制装配式部分钢骨混凝土试件的承载力是相同配筋的钢筋混凝土试件的3倍,承载力及刚度退化缓慢,延性和耗能能力较好,说明装配式连接节点的设计可靠、抗震性能好,符合强节点、弱构件的抗震设计理念,可用于预制装配式混凝土框架结构的现场装配施工.     

端板连接半刚性钢管柱-单轴对称梁的弯矩-转角曲线计算方法

梁柱连接处的节点是钢框架结构的一个重要组成环节,半刚性端板连接节点由于其良好的力学性能,被广泛应用于钢结构建筑领域.采用焊接连接的H型钢梁、柱半刚性端板连接计算方法相对较成熟,在H型钢梁、柱半刚性端板连接节点的弯矩-转角简化全曲线的形式与计算方法的基础上进行改进,提出了方钢管柱-单轴对称梁半刚性端板连接的弯矩-转角曲线计算方法.通过改变节点域加强区的厚度、端板厚度和螺栓直径,利用有限元分析得到不同节点的弯矩-转角曲线,与简化曲线计算结果进行比较,证明了简化曲线计算方法能很好的计算节点弯矩-转角曲线上各重要参数,具有一定的准确性和可行性,且曲线线性阶段与有限元数值计算结果吻合良好,满足结构设计要求.     

一种新型装配式混凝土结构梁柱节点及其抗震性能分析

提出了一种新型装配式框架结构梁柱节点连接形式,并对其对抗震性能进行研究.基于ABAQUS建立新型梁柱节点模型,输入荷载位移曲线,通过位移加载方式绘制节点在低周往复作用下的滞回曲线及骨架曲线,以混凝土强度等级、螺栓强度等级为变量,研究节点抗震性能.研究表明：随着混凝土强度及螺栓强度提高,梁柱节点的承载力随之提高,等效黏滞阻尼系数及延性位移比现有钢筋混凝土大,新型梁柱节点抗震性能较好.因此装配式混凝土梁柱节点可应用到预制装配式框架结构中.     

装配式结构位移法分析中半刚性约束杆单元

为研究装配式半刚性钢框架结构的内力和变形,在各类理想约束杆转角位移方程和固端力计算公式基础上,根据半刚性节点刚度进行修正,得到各种半刚性约束等截面杆的转角位移方程、固端力计算公式、杆端转动刚度和传递系数等,并通过算例对半刚性钢框架结构进行计算,计算结果表明:节点刚度对结构内力和变形有着较大的影响,当半刚性节点刚度和柱线刚度比达到一定数值后,计算结果趋于平稳,说明当半刚性达到一定范围后可按照全刚性进行计算。     

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.     

时变约束混凝土梁的升降温全过程内力分析

利用有限元软件ABAQUS,对时变约束混凝土梁的升降温全过程内力变化进行了探讨.首先考察了梁端轴向和转动约束刚度的变化趋势;然后对单调升温以及先升温后降温情况下,时变约束混凝土梁的轴力和梁端弯矩变化过程进行了计算分析,并与定常约束混凝土梁的相应结果进行了对比.结果表明:高温下时变轴向约束梁的最大轴力比小于定常轴向约束梁,轴向约束刚度比初值越小二者相差越大;高温下时变轴向约束梁的最大梁端弯矩与定常轴向约束梁几乎相同;时变转动约束下梁的轴力比和梁端弯矩随升降温时间的变化曲线都与定常转动约束下的相应曲线一致.     

半刚性钢框架竖向跨间刚度计算

根据半刚性连接梁单元的转动刚度和传递系数,利用集体分配原理和反弯点法,推导了半刚性连接钢框架的竖向跨间刚度计算公式。实例计算结果表明:在节点连接刚度由刚接变为铰接的过程中,竖向跨间刚度逐渐减小且呈非线性变化;当节点连接为铰接时,竖向跨间刚度为零。文中公式计算结果与sap 2000有限元分析软件的计算结果相近,验证了该计算方法的可靠性。     

装配式非对称钢梁栓-焊拼接节点抗弯刚度模型及承载力研究

提出一种新型工业化装配式钢框架梁柱节点,即装配式非对称钢梁栓-焊拼接节点.在欧洲规范(Eurocode3)推荐的组件法基础上,根据试验得到的节点失效模式,将下翼缘法兰板及高强度螺栓简化为类似于T形件的组件.分析了处于弹性工作状态的节点在正负弯矩作用下的法兰板等效刚度、连接法兰板的高强度螺栓抗拉刚度、节点域轴压柱腹板刚度等组件刚度模型.并将相应组件并联或串联,得到非对称钢梁栓-焊拼接节点初始转动刚度的理论计算式,并与已有试验结果、精细化数值结果相比较,吻合良好,验证了此方法的可行性及有效性,可为此类装配式节点的应用提供设计参考.     

半刚性连接钢框架频率的研究

通过对焊接连接、端板螺栓连接、角钢螺栓连接钢框架进行动力试验,同时结合工程实际设计的不同框架进行有限元模态分析,研究了框架层数、框架跨数,尤其是梁柱连接节点的转动刚度等参数对钢框架频率、周期等动力特性的影响.试验和理论分析表明:梁柱节点分别为焊接连接、端板连接、角钢焊接时,其结构的周期依次增大;半刚接钢框架的周期、频率介于刚接和铰接框架之间,节点存在的柔性将降低结构的自振频率,特别是对结构的基本频率影响较大.