半刚接柱脚低层规则钢框架损伤分布机理

针对低层规则钢框架损伤分布机理不明确,以钢框架的强柱系数、首层剪重比为主要研究参量,建立8个半刚接柱脚三层规则钢框架模型。通过弹塑性分析,研究半刚接柱脚低层规则钢框架损伤分布机理。结果如下:柱、梁均刚接的模型首层变形集中,为防止首层破坏,强柱系数要求在1.9以上;有轴力柱的模型各层层间位移分布较均匀,然而刚接梁端部和半刚接柱脚地震需求性能较大;随着强柱系数的增大,梁的延性比和累积塑性延性比均增大。     

基于能量平衡规律研究低层钢框架结构损伤分布机理

针对低层钢框架损伤分布机理不明确,以钢框架的强柱系数、柱脚形式及首层剪重比为主要研究参量,建立16个典型低层钢框架模型;通过强震作用下的弹塑性时程分析,基于能量平衡原理研究低层钢框架楼层以及构件的损伤分布机理.研究结果表明:罕遇地震输入能量的80%以上靠钢框架构件塑性变形来吸收;低层钢框架首层变形集中,为防止首层破坏,柱脚刚接时强柱系数要求1.7以上,柱脚铰接时,建议强柱系数大于2.当强柱系数大于3时,各层层间位移分布基本均匀,然而刚接梁地震需求性能增大,在设计中对梁高的控制及梁柱节点连接的工艺要求较高.     

不同柱脚形式常规低层钢框架的损伤机理分析

为进一步研究常规低层钢框架结构的损伤机理,以柱脚形式和强柱系数为主要研究参量,设计12个等强的常规低层钢框架;其中,柱梁节点均刚接的CM模型有9个,柱梁节点刚接和铰接混合的UM模型有3个。对各模型进行弹塑性分析研究,结果如下:CM模型首层变形集中,随着强柱系数和柱脚嵌固程度减少,首层变形集中越明显;而UM模型的层间侧移角分布各层较均匀。为防止CM模型形成首层层破坏机制,在设防烈度地震和罕遇地震作用下,柱脚刚接时,强柱系数的需求大于1.3和1.7;当柱脚半刚接或铰接时,在设防烈度地震时需求的强柱系数为2左右,而罕遇地震时需求的强柱系数大于2。另外,CM模型主体结构的用钢量少于UM模型,同类模型中柱脚刚接模型最省材料。     

柱脚铰接的常规多层钢框架静动力分析

为明确柱脚铰接的常规多层钢框架结构的静动力性能,基于不同国家的抗震规范,建立不同设计方式(层设计、柱梁节点设计)和不同值强柱系数的柱脚铰接常规多层钢框架结构模型.采用平面框架组合非线性分析对模型进行静动力分析,研究模型的破坏机制、最大层间反应及结构构件滞回曲线.结果表明:强柱系数为1.2的模型,按柱梁节点设计时结构形成局部破坏机制,按层设计时结构形成整体破坏机制;而强柱系数≥1.5的模型结构均形成整体破坏机制.强柱系数≤1.2的模型,按层设计可使常规多层钢框架结构的层间损伤得到缓和;各模型柱端塑性变形能量随强柱系数增大而减小,梁端塑性变形能量则随强柱系数增大而增大.研究结果可为钢框架结构设计提供最基础的参考数据,为钢结构设计工程服务.     

露出型钢柱脚强度对低多层规则钢框架抗震性能的影响

为了研究露出型钢柱脚强度对低多层规则钢框架结构抗震性能的影响,首先定义了不同柱轴向力作用下的露出型钢柱脚屈服弯矩。以柱脚强度系数、层数、跨数及首层剪重比为主要研究参量,建立12个低多层规则钢框架模型。通过静力推覆分析,探讨主要研究参量对各模型各层及柱脚的受力与变形等的影响。分析结果表明:柱脚强度系数越小、首层变形集中、柱脚变形大、锚栓的塑性应变也变大。柱脚强度系数在0.4左右时,锚栓变形支配首层变形。在结构承载能力极限状态时,低层钢框架柱脚均产生轴向压力,受拉压侧柱脚屈服弯矩较锚栓屈服弯矩大;而多层钢框架的受拉侧柱脚将产生轴向拉力,受拉侧柱脚屈服弯矩小于锚栓屈服弯矩。     

强柱系数对多层钢框架结构动力响应的影响

为明确强柱系数的大小和不同定义形式对典型多层钢框架结构动力响应的影响,以不同强柱系数值(0. 9～1. 5)和不同定义形式(结构层定义、结构的柱梁节点定义)为研究参量,设计柱脚刚接的典型多层钢框架结构模型,通过强震下的动力时程分析,研究结构模型的最大层间位移、最大层间位移角集中率及构件的塑性变形能量等变化规律。通过研究发现,随着强柱系数的减小,各模型最大层间位移变形及构件塑性变形能量呈现向首层集中的趋势,强柱系数≤1. 2且按柱梁节点设计的模型尤其明显,其位移角集中率也较大;而强柱系数≥1. 5的模型塑性变形能量基本分布于梁,且分散于1～6层。各模型的地震输入能量速度换算值和塑性变形能量速度换算值大小取决于结构模型的基本周期,与强柱系数大小和定义形式无关。     

外露式钢柱脚力学特性对多层钢框架动力响应机理的影响

为了研究外露式钢柱脚力学特性对多层钢框架动力响应机理的影响,首先定义外露式钢柱脚滑移型滞回曲线模型,以首层剪重比及钢柱脚强度系数等为主要研究参数,建立6个简单规则的6层钢框架模型;通过时程分析,研究各模型的动力响应。分析表明:在罕遇地震作用下,各模型各层最大层间位移角分布较均匀,外露式钢柱脚强度变化和首层剪重比提高5%等对各模型各层R值的最大值无明显影响。随模型柱脚强度系数减小及首层剪重比提高,首层塑性变形能量比例减小,而3～6层塑性变形能量比例增大;总体上塑性变形能量向各层分散。地震输入能量和结构塑性变形能量的大小与各模型的强柱系数及外露式钢柱脚强度系数等变化无关;主要取决于结构第一周期。钢柱脚滞回曲线动力响应和本文建立的外露式钢柱脚滑移型滞回曲线模型较吻合。     

露出型钢柱脚低多层钢框架结构动力响应机理

针对露出型钢柱脚低多层钢框架动力响应机理不明确,首先定义考虑变动轴力影响的露出型钢柱脚滑移型滞回曲线模型;以框架形状、露出型钢柱脚强度系数为主要研究参量,建立13个低多层规则钢框架模型;通过弹塑性时程分析,研究动力响应.研究结果表明:随着露出型钢柱脚强度系数变小,各模型首层位移角增大,而第2层层间位移角减小;露出型钢柱脚强度系数≤0.6时,3层规则钢框架模型首层变形集中较大,6层规则钢框架模型最大层间位移分布较均匀;3层模型塑性变形能量主要集中于首层梁端,6层规则钢框架模型塑性变形能量向各层趋于均匀分布;露出型钢柱脚动力响应滞回曲线的形状和屈服弯矩等较好地吻合所提出的露出型钢柱脚滑移型滞回曲线模型.     

半刚性冷弯槽型钢框架抗震性能研究

为研究半刚性冷弯槽型钢框架的抗震性能,采用拟静力的方法进行低周往复加载试验,分析高强螺栓连接的半刚性冷弯槽型钢框架在低周循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、耗能能力、刚度退化规律等.并采用ABAQUS软件进行数值计算,与试验数据进行对比分析,同时考察轴压比对于构件滞回性能的影响.结果表明,轴压比为0.1至0.3时,半刚性钢框架的滞回性能较好,其顶底角钢、腹板角钢、柱脚、梁端先后发生屈服,最后因侧移过大导致柱脚发生撕裂而产生失稳破坏.半刚性节点降低抗侧移刚度的同时,使框架梁和框架柱具有较好的延性和耗能能力,比刚性连接钢框架具有更好的抗震性能.有限元分析结果与试验结果吻合良好,可为钢结构抗震设计提供一定理论依据.     

半刚性冷弯槽型钢框架抗震性能研究

为研究半刚性冷弯槽型钢框架的抗震性能,采用拟静力的方法进行低周往复加载试验,分析高强螺栓连接的半刚性冷弯槽型钢框架在低周循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、耗能能力、刚度退化规律等。并采用ABAQUS软件进行数值计算,与试验数据进行对比分析,同时考察轴压比对于构件滞回性能的影响。结果表明,轴压比为0.1至0.3时,半刚性钢框架的滞回性能较好,其顶底角钢、腹板角钢、柱脚、梁端先后发生屈服,最后因侧移过大导致柱脚发生撕裂而产生失稳破坏。半刚性节点降低抗侧移刚度的同时,使框架梁和框架柱具有较好的延性和耗能能力,比刚性连接钢框架具有更好的抗震性能。有限元分析结果与试验结果吻合良好,可为钢结构抗震设计提供一定理论依据。     

钢梁与PEC柱组合结构的抗震性能分析

对钢梁与PEC柱半刚性连接组合结构进行抗震性试验研究,共设计了4榀不同连接类型的整体框架试件。通过施加低周水平反复荷载,研究钢梁与PEC柱组合结构的协同工作性能,分析端板厚度、角钢设置、螺栓间距等因素对整体框架抗震性能的影响。试验结果表明:组合结构屈服机制符合"强柱弱梁"的抗震设计要求,梁顶翼缘变形严重并形成塑性铰,柱根部鼓曲进入塑性。增加端板厚度和减小螺栓间距可以增大转动延性、提高承载极限、改善初始刚度;各框架延性性能良好,其位移延性系数均大于2.6,且端板连接的框架延性高于角钢连接的框架;等效粘滞阻尼系数he的数值在0.84～1.14之间,各框架抗震性能良好。     

轴心受压钢骨-钢管高强混凝土组合柱力学性能的研究

提出了一种重载柱设计的新模式，即钢骨－钢管混凝土组合柱，该组合柱是将钢骨插入钢管中，然后内填混凝土形成，通过13根组合柱的轴心受压试验，研究了钢骨－钢管高强混凝土组合柱的工作机理，延性和极限承载力，讨论了影响这种组合柱性能的主要因素，包括套箍指标，配骨指标和长细比等，研究结果表明，这种新型组合柱具有较高的承载力和良好的延性，可减少柱截面尺寸，增大建筑物使用空间，根据试验结果，给出了适用于这种组合柱的承载力计算公式。     

PEC柱-型钢梁半刚性框架抗震性能试验研究

为了研究PEC柱(partially encased concrete column)-型钢梁半刚性框架的受力特点、滞回性能、延性及破坏模式,对PEC柱-型钢梁顶底角钢连接的半刚性框架进行了低周反复荷载试验。试验共设计了三个框架,参数为轴压比和螺栓边距。通过试验数据得到了此类框架的滞回曲线、刚度退化、延性系数等抗震性能指标,分析了顶底角钢节点的初始转动刚度。试验结果表明:增大轴压比可以提高半刚性框架的极限承载力,承载力提高了8.9%;但延性有所降低,平均位移延性系数减小了37.9%;减小螺栓边距可以提高节点初始刚度,减缓刚度退化,增加框架延性;PEC柱-型钢梁顶底角钢连接的半刚性框架滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能。     

碳纤维加固RC框架结构抗震性能

利用ANSYS软件对一栋三层钢筋混凝土框架结构进行了抗震性能分析,研究了碳纤维加固框架结构在地震作用下,节点的受力和变形特征、梁柱纵筋的应力增长变化以及结构动力特性等,并与普通框架结构进行对比分析。结果表明：加固后框架结构的楼层最大位移较普通结构明显提高,结构的延性显著改善,有利于结构的抗震。在节点处采用外包碳纤维布加固,可以提高框架柱的抗弯能力,使塑性铰首先出现在梁端,钢筋混凝土框架结构在地震作用下,破坏时更接近＂强柱弱梁＂的特点。     

节点域尺寸对H型钢截面局部钢框架塑性损伤规律影响的分析

为了研究节点域尺寸对H型钢截面局部钢框架塑性损伤规律影响,以常见的梁、柱及节点域组成的十字形钢框架结构为分析对象,以H型钢柱截面类型、轴压比、节点域高宽比、节点域宽度与层高比、节点域高度与跨度比及结构跨高比等为主要研究参量;基于力学平衡准则进行分析。结果如下:如果用不考虑节点域尺寸时构件的强度来判断柱、梁及节点域组成的框架节点的破坏机制(塑性铰形成位置),可能会出现误判;H型钢截面局部钢框架的节点域与柱强度比,随轴压比和节点域高宽比的增大而增大,而随跨高比的增大而减小。柱为宽翼缘H型钢时,节点域先于柱形成塑性铰;柱为中或窄翼缘H型钢时,轴压比为0.6及节点域高宽比等于2时以外,基本上节点域先于柱形成塑性铰;轴压比小于等于0.4时,H型钢柱强度是节点域强度的1~5倍,可能导致实现"强节点域"的构造处理施工的困难。     

PEC柱型钢梁端板连接框架抗震性能研究

为了研究焊接H型钢部分包裹混凝土柱-型钢梁端板连接框架骨架曲线、延性、耗能能力等抗震性能,设计3榀框架试件在低周往复荷载作用下进行试验。试件参数是端板厚度和柱翼缘厚度。通过试验,研究讨论了改变端板厚度和柱翼缘厚度对框架抗震性能的影响:分析了试件的骨架曲线、延性、耗能能力抗震性能指标。试验结果表明:柱翼缘厚度从12 mm增加到16 mm,框架节点初始刚度增加39.95%,端板厚度从12 mm增加到20 mm,初始刚度增幅11.76%;增加端板厚和柱翼缘厚可提高框架初始刚度;3榀框架试件的延性系数在4.41~5.38之间,说明PEC柱与型钢梁端板连接框架具有良好的抗震性能;增加端板厚度和柱翼缘厚度可以增加框架结构塑性性能。     

T形柱边框架节点套筒灌浆连接抗震分析

对预制柱连接进行优化,套筒灌浆用于角纵筋连接,其余纵筋绑扎搭接,设计并制作了一个T形柱边框架梁柱节点试件。采用试验和有限元计算,研究梁柱节点在水平地震作用下破坏过程、承载力与变形、延性、刚度与耗能能力,并对轴压比参数进行计算分析。结果表明：优化后梁柱节点呈梁端受弯破坏,节点和预制柱固端未出现明显裂缝;荷载位移骨架曲线表现出较好的塑性变形能力,延性系数接近5;滞回环面积饱满,累积耗能约15 kJ,等效黏滞系数在0.04~0.24之间;随轴压比增加,节点受压损伤区域扩大,延性明显降低。后浇整体式T形柱边框架节点整体性良好,抗震性能较强,弹簧单元用于竖向预制后浇界面黏结作用的简化,数值计算结果与试验表征相符。     

半刚性节点连接钢框架的抗震性能研究

钢框架中梁柱的节点连接一直是钢结构抗震设计中难以处理的问题,在现行的钢框架结构设计中,通常把梁柱连接处理为完全刚接或理想铰接,但是在多数实际工程中,钢框架节点的性能处于刚接和铰接之间,即半刚性连接.利用SAP 2000分别建立了刚接和不同转动刚度的半刚性连接钢框架有限元分析模型,并进行了模态分析、反应谱分析以及循环荷载作用下的滞回性能分析.根据数据结果绘制层间剪力、层间位移和楼层位移曲线,探讨了节点刚度对整体钢框架结构抗震性能的影响,通过分析滞回曲线和骨架曲线来研究节点的耗能性能,以期为日后的钢框架设计提供一定参考.     

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.