Q345B钢梁柱节点焊接残余应力模拟及试验验证

为研究梁柱节点焊接残余应力的分布规律,对梁柱节点焊接残余应力进行了数值模拟,并进行了试验验证.首先,建立梁柱节点焊接全过程随机热力学模型,分析梁柱节点的焊接温度场;其次,通过间接热力耦合分析法分析梁柱节点焊接残余应力分布;最后,通过制作梁柱焊接节点,利用盲孔法测得梁柱节点焊接残余应力,并与模拟结果对比分析.分析结果表明:上、下翼缘焊缝由于距离较远以及工艺孔的存在,焊缝之间的相互影响很小,两者的焊接残余应力基本一致;腹板焊缝之间由于距离很近,焊接时的相互影响较大,两道焊缝残余应力分布不一致;在梁柱节点焊缝焊趾区域,梁上、下翼缘焊缝残余应力分布基本一致,等效残余应力呈V型分布,横向、纵向、法向焊接残余应力都基本呈M型分布,因腹板两道焊缝焊接时产生相互影响导致梁腹板两道焊缝应力分布差别明显.     

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.     

加强型翼缘-波纹腹板组合隔板贯通式节点抗震性能研究

为克服隔板贯通式节点易发生脆性断裂而导致结构破坏的不足,结合“加强”和“削弱”的措施,提出了加强型翼缘-波纹腹板组合隔板贯通式梁柱新型节点,并利用有限元软件ABAQUS探究了该新型节点在低周往复荷载作用下的破坏模式、应力分布情况。研究了波纹数量、波纹厚度、加强板厚度、加强板长度这四种参数对该新型节点的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力的影响规律。结果表明：新型节点有较好的承载力,应力主要集中在梁翼缘上波纹腹板削弱处,破坏发生在远离削弱处一侧,且腹板未发生屈曲变形。随着波纹厚度、加强板长度的增大,新型节点的承载力增加,耗能能力下降;随着波纹数量的增多,新型节点承载力和耗能能力增加;随着加强板厚度的增大,承载力增加,耗能能力先减小后增大。     

节点区采用U形箍筋的型钢混凝土梁柱节点承载力的有限元分析

本文中作者提出了一种在节点核心区采用U形箍筋的型钢混凝土梁柱节点新形式,这种节点形式可以免去在采型钢开孔,简化施工。通过对该种节点形式建立数值模型,采用ABAQUS有限元分析软件对其承载力性能进行有限元分析,并通过变换梁型钢翼缘宽厚比及腹板高厚比,讨论上述两个参数对节点承裁力的影响。     

腹板开孔标准轻钢龙骨力学性能比较研究

腹板开孔轻钢龙骨作为一种有效的节能构件而被广泛应用于寒冷地区的轻钢龙骨复合住宅体系中.采用ANSYS非线性有限元方法系统分析了在轴压、弯矩、压弯基本荷载作用下,腹板开孔对标准轻钢龙骨的屈曲模式、变形、截面应力、承载力等方面力学性能的影响规律,给出龙骨腹板孔洞的合理取值范围.结果表明,常用孔洞参数范围内腹板开孔对龙骨承载力的降低幅度可以控制在10%以内;腹板开孔后龙骨整体变形能力降低,峰值应变相应减小,使龙骨的初始刚度略微增大.腹板孔洞长度是影响龙骨力学性能的重要参数,随孔洞长度增加,龙骨承载力下降,延性变差.     

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。     

柱腹板在横向荷载作用下的性能分析

利用ANSYS程序对钢柱腹板连接节点进行有限元分析,建立柱腹板连接节点的分析模型,并对其应力分布进行了详细分析。基于弹性理论和屈服线模型建立了薄膜法计算模型,推导出柱腹板在横向荷载作用下承载力的计算公式。     

双腹板顶底角钢梁柱连接节点滞回性能

通过对双腹板顶底角钢梁柱连接原型模型进行循环荷载的试验研究,并对试验模型进行非线性有限元分析计算,全面分析了双腹板顶底角钢梁柱连接节点在循环荷载作用下的破坏机理和极限变形状态。研究了高强螺栓预紧力,角钢与梁、柱之间的接触压力等节点组件之间的力学特征,预紧力的变化对节点组件工作影响最大,对工程设计有重要的参考价值。     

T型件连接梁柱节点冲击试验研究和数值分析

设计采用了T型件连接的2个半刚性钢结构梁柱节点试件,对试件施加落锤冲击荷载来模拟结构的动态倒塌效应,考察T型件翼缘和腹板的厚度对钢框架梁柱节点抗冲击性能的影响.通过试验获得节点试件的破坏形态及其冲击荷载和位移时程曲线,分析试件冲击过程动态响应规律以及节点动态转角和耗能能力.试验结果表明:节点试件的主要破坏形态是节点核心区域的T型件的翼缘或腹板断裂破坏和受弯变形,以及钢梁腹板扭曲变形;2个半刚性连接的节点试件的抗冲击转动能力主要受制于T型件部位,且由于T型件构件承载力不足,其最大转角均未到达FEMA350标准倒塌控制转角限值(θ=0.109 rad)要求;T型件连接的半刚性节点相对普通全焊接的刚接节点的耗能能力和延性均有降低.采用ABAQUS软件建立了T型件连接梁柱节点子结构的有限元分析模型,通过分析T型件连接梁柱节点在冲击作用下内力发展规律可知,设计采用部分强度半刚性连接的T型件连接节点设计不利于构件向悬链线效应转换.     

内置不同型钢的钢管混凝土组合构件横向冲击性能

在ABAQUS软件中建立了内置型钢的钢管混凝土组合构件横向冲击数值模型,通过已有横向冲击试验对模型的正确性进行了验证.对比了三种不同内置型钢对钢管混凝土构件横向冲击性能的影响,分析了组合构件冲击过程中的跨中挠度、冲击力和截面弯矩,讨论了型钢参数对构件抗冲击性能的影响.结果表明:内置型钢可以减小钢管混凝土构件在横向冲击荷载作用下的整体变形,提高其抗冲击性能;当型钢含钢率相同时,内置工字形型钢组合构件的抗冲击性能最好;内置型钢的截面形式对组合构件的弯矩分布影响显著;当型钢含钢率一定时,构件的抗冲击能力随着型钢腹板高度的增加逐渐提高,开展的型钢截面形式对抗冲击性能更有利;角钢的分布位置对构件的抗冲击性能有一定影响,构件的抗冲击性能随着型钢含钢率的增加而增强.     

斜交钢-混凝土组合空间节点抗震性能试验研究

按照1:4缩尺完成1个斜交钢-混凝土组合空间梁柱节点,以柱端加载方式对本试件开展水平低周循环荷载试验。主要研究节点核心区的受力特征、破坏形态和抗震性能。利用ABAQUS有限元软件模拟试验,在模拟结果与试验结果对应较好的前提下,建立18个有限元模型分析轴压比、柱型钢腹板厚度及型钢翼缘厚度3种参数对节点承载力的影响。研究结果表明：在加载后期,试件的节点核心区产生明显的剪切变形,并伴随扭转现象,反映了节点产生平扭耦联的空间作用特点;试件的滞回性能、承载力、刚度和耗能能力较强,反映了此节点具有良好的抗震性能;且节点的极限位移角为1/25,满足规范规定1/50的限值要求;适当增大轴压比对提高承载力有利;在低配钢率下,优先增加翼缘厚度对提高承载力更有效;在高配钢率下,优先增加腹板厚度对提高承载力更有效。     

带双腹板顶底角钢连接节点的抗火性能

建立了带双腹板顶底角钢梁柱连接节点有限元分析模型,对模型进行了热-力耦合数值计算,分析了在温度和力荷载工作作用下带双腹板顶底角钢梁柱连接的承载力、温度传导和变形状态。探讨了带双腹板顶底角钢梁柱连接节点中顶底角钢、腹板、螺栓在高温环境下受力机理以及螺栓受温度影响预拉力损失规律,获得了试验难于测得的力学特性,为带双腹板顶底角钢梁柱连接在抗火性能方面的应用提供理论依据。     

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.     

钢骨高强混凝土框架节点抗剪承载力的理论分析

对五个内配筋及钢骨不同的梁柱框架边节点的试件 ,分别进行了低周反复荷载的试验·根据试验的结果 ,对影响节点承载力的因素进行了分析 ,通过理论分析确定了高强混凝土、轴压比、型钢腹板、箍筋对节点的抗剪能力的贡献 ,并提出了这种结构的节点抗剪承载力公式 ,理论计算结果与试验结果吻合较好 ,为工程的使用提供了方便     

钢框架梁柱端板连接腹板开孔型节点的受力特性

对梁柱端板连接标准型和腹板开孔型节点进行了非线性有限元分析,研究了腹板开孔参数对节点区应力分布、屈服时应力应变发展变化及节点的弹性极限承载力的影响,对不同开孔尺寸节点的力学性能进行了分析比较,探讨了端板厚度、螺栓、开孔参数对端板上应力分布的影响.结果表明,梁柱端板连接腹板开孔型节点的细部构造对其受力影响较大,采用合理的细部构造形式有利于降低应力集中,改善节点的应力分布,使之受力均匀合理.     

腹板开孔型钢结构梁-柱节点滞回性能的有限元分析

钢结构梁-柱焊接节点在动力作用下会发生脆性断裂破坏,采用腹板开孔的方法可以将塑性铰从节点部位移动到梁上。本文用数值分析方法对梁腹板开设圆形洞口的削弱节点和没有削弱的梁柱节点进行了分析。分析表明,梁腹板削弱节点有足够的塑性变形能力,可以达到减小节点表面梁翼缘处的应力,迫使塑性铰外移的目的。     

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.     

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。     

梁柱连接节点不同腹板切角构造形式的应力分析

地震中钢框架的破坏大量表现为梁柱连接节点的破坏,其破坏形式和破坏性质与节点细部构造密切相关,梁柱连接节点不同腹板切角构造形式(又称作工艺孔)是主要影响因素之一.借助有限元技术,对梁柱栓焊混合连接节点中不同腹板切角构造形式进行研究,揭示不同切角形式切角部位应力集中程度及应力分布规律,又通过对4种不同腹板切角构造形式节点的滞回性能分析,综合得出圆弧Ⅱ形切角及扇形切角为较理想的切角形式.     

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。