设置垫板的T形件螺栓连接力学性能有限元分析

应用ABAQUS软件建立了设置垫板的T形件螺栓连接有限元模型,变化垫板尺寸和T形件尺寸设计5个试件,分别对其在单调受拉、单调受压和往复拉压作用下的性能进行分析,并和已有试验结果进行比较.结果表明:建立的有限元模型能够很好的模拟该连接在单调拉力、单调压力和往复拉压作用下的性能,可在更大范围内调查该类型连接的性能.设置垫板的T形件连接在往复拉压作用下滞回性能稳定、滞回环饱满,在拉压方向上均能耗散能量,其耗能能力为不设置垫板的T形件连接的1.5～2倍左右;设置垫板对连接抗拉刚度和承载力等性能影响不大;随着垫板宽度增加,连接的抗压刚度和承载力均有一定程度的增加;随着T形件长度的增加,连接的拉压刚度、承载力和耗能能力均有提高.     

新型PEC柱-钢梁T形件焊接连接中节点抗震性能的有限元分析

为研究新型钢板组合PEC柱-钢梁节点连接的抗震性能,以采用预拉对穿螺栓的新型PEC柱-钢梁T形件焊接连接中节点试验试件为研究对象,考虑轴压力、PEC柱截面形式与钢板组合截面布置方式等设计参数,利用有限元软件ABAQUS建立4个中节点有限元模型并对其滞回性能进行模拟.研究结果显示:柱轴压力提高了节点连接的初始抗弯刚度,而二阶效应降低了其抗弯能力;采取钢结构翼缘卷边增强了混凝土的约束作用,更好地满足"强柱弱梁"的抗震要求;钢板组合截面布置是决定梁柱连接刚度合理匹配的关键;预拉对穿螺栓表现出部分自复位功效,且较好地实现了混凝土斜压带传力模式,相应降低了节点域腹板的抗剪要求;所有试件破坏模式均因T形件的加强使得梁上塑性铰出现位置向T形件腹板尾部附近梁截面转移,且所有试件达到破坏时节点转角均超过0.02弧度,表明该节点连接能较好地满足抗震对节点转动能力的需求.     

带有钢槽阻尼器的梁柱节点滞回性能研究

结构中最危险部位通常出现在梁柱节点处,在地震作用下,该处会因不能够吸收地震能量,而产生过大局部屈曲,造成严重后果．基于以上考虑,本文提出了一种新型的钢槽阻尼器抗震（SSD）设计,它是由宽翼缘截面型钢在腹板位置按照一定要求切割出一些缝隙制作而成的,并将其连接在梁的下翼缘上．这种结构有良好的滞回性能,耗能能力强．此外,受荷时节点的主要变形和能量消耗均集中在钢槽阻尼器上．为了研究钢槽阻尼器的存在对梁柱节点滞回性能的影响,用有限元软件ABAQUS对4个梁柱节点模型进行了分析．研究发现,钢槽阻尼器能有效的改善梁柱节点的滞回性能,有利于节点抗震．之后,对钢槽阻尼器节点进行参数分析,参数主要包括钢槽的宽度日和高度晶．通过参数分析,得出参数的影响规律．     

矩形钢管混凝土翼缘梁与柱节点的火灾滞回性能

地震时火灾往往对钢结构力学性能产生严重影响,因此钢结构耐火是结构领域研究热点。为了研究矩形钢管混凝土翼缘工字梁与柱节点火灾过程中滞回性能,根据标准升温曲线ISO834,对矩形钢管混凝土翼缘工字梁与柱节点、纯钢节点进行热力耦合数值模拟,得到了火灾中的滞回性能。研究结果表明:滞回曲线随温度升高越来越水平,塑性出现越来越早;升温过程中,矩形翼缘组合梁节点的滞回性能优于纯钢节点;钢材和混凝土性能受温度变化影响机理不同,应加强上翼缘钢管的耐火方法研究。由上述结果得出:对于处于高烈度区有火灾隐患的结构可采用矩形翼缘组合梁,且应加强矩形翼缘组合梁耐火的深入研究。     

L-CFST柱-钢梁中节点抗震性能试验和有限元分析

基于高层L形钢管混凝土组合异形柱(L-CFST柱)住宅结构体系,对两侧连接形式不同的中节点试件进行抗震性能研究.首先,对2个轴压比不同的足尺节点试件进行往复加载试验,对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力及应变分布等进行对比分析.结果表明:试验的破坏主要发生在扩翼缘式端板连接处端板的鼓曲和拉裂,钢梁翼缘连接板圆弧过渡处的局部屈曲及开裂等,外肋环板式连接只出现了竖向肋板端部处钢梁翼缘连接板的轻微开裂.扩翼缘式端板连接与外肋环板式连接的刚度接近,但承载力相差较大.通过建立三维非线性有限元模型,并与试验结果进行对比分析,验证了有限元模型的准确性,并对影响扩翼缘式端板连接承载力的4种因素进行了参数化分析.     

方支管-H型钢主管T型节点滞回性能研究

T型节点是钢结构中常见的节点形式之一。为研究T型节点的抗震性能,将16个尺寸不同的试件分为四组,其中两组不设加劲板,对照组设加劲板。利用ABAQUS软件进行数值模拟,分析了不设加劲板和设置加劲板的情形下支管宽度与主管翼缘宽度比β、支管厚度与主管翼缘厚度比γ两个参数对节点滞回性能影响,结果表明：无论是否设置加劲板,当轴向荷载取设计中的最小值时,在水平往复荷载作用下,节点滞回曲线均呈饱满梭形,且随着β、γ增大,节点承载能力增大,耗能能力增强;随着轴向荷载增大,无论是否设置加劲板,在水平往复荷载的作用下,各试件承载力均出现降低的迹象,这种现象在β、γ取设计中的最小值时尤为明显;对于设置加劲板的试件,与未设加劲板的试件相比,其承载力提高,抗震性能变好。     

新型钢框架直接扩翼型节点的滞回性能分析

为了研究扩翼形状和尺寸对钢框架扩翼型节点抗震性能的影响,建立了1个普通型和6个具有不同形状和尺寸的直接扩翼型钢框架节点有限元分析模型,分析了低周往复荷载条件下,不同扩翼型式节点的塑性铰形成与发展、滞回性能、骨架曲线、刚度退化、延性性能和耗能能力等抗震性能,并通过普通型节点试验证实了有限元数值模拟的可靠性.研究结果表明:钢框架节点梁端翼缘扩翼长度和扩翼宽度越大,节点可达到的极限承载能力越高,但节点屈服后其耗能能力下降越快,可达到的极限位移值较小;凹弧式扩翼型节点具有更好的耗能能力,建议在实际工程运用中优先采用.     

T形钢管混凝土异形柱和工形钢梁节点承载力性能试验

目的研究T形钢管混凝土异形柱和工形梁节点在反复荷载的承载力性能,为合理评价该类型节点的受力性能和承载能力提供依据.方法对3个T形钢管混凝土异形柱和工形钢梁节点进行反复荷载试验研究,其中一个试件为全焊接节点,两个为栓焊混接节点,分析了节点在反复受力过程中的变形特征、承载力退化及能量消耗的能力;在试验结果的基础上建立有限元模型,并将限元分析和试验得到的竖向荷载-变形曲线以及最大荷载进行对比.结果使用具有足够数目塞焊孔的套筒连接的栓焊混接节点的滞回曲线最为饱满,计算得到的耗能系数最大;有限元分析结果和试验结果对比显示有限元模型与试验竖向荷载-梁端变形曲线以及最大荷载吻合良好,有限元分析结果可以用于参数分析.结论 T形钢管混凝土异形柱和工形钢梁节点具有比较良好的滞回性能和耗能能力;梁与套筒间的焊缝质量以及套筒和柱之间的塞焊质量对节点的承载能力、变形能力和耗能能力都有重要影响,塞焊数目对承载能力有显著影响,而焊缝质量对耗能能力有显著影响.     

环梁式圆钢管约束H型钢混凝土柱-钢梁 节点的抗震性能

设计了一种环梁式圆钢管约束H型钢混凝土柱-钢梁节点,并建立了该试件的全尺寸三维有限元分析模型,计算得到了此类节点试件的滞回曲线、骨架曲线及破坏模式,经与试验结果进行对比,两者吻合良好.在此基础上,对试件进行有限元变参数分析,考察了轴压比、混凝土强度、梁柱线刚度等对试件抗震受力性能的影响,同时提出了一种改进型梁端削弱翼缘的节点形式.结果表明:随轴压比增大,试件的耗能及延性性能明显下降;混凝土强度的变化对试件滞回性能影响不大;当保持柱截面不变,仅变换钢梁尺寸时,节点的承载力、延性及抗震耗能性能均随梁-柱线刚度比的增大而显著增大;而当保持钢梁截面不变,仅改变柱内型钢含钢率时,节点抗震受力性能随梁-柱线刚度比的变化并不明显;改进的梁端翼缘削弱形式的试件可在不明显降低其承载力及耗能性能的情况下,将塑性铰外移至距节点区较远的地方,从而更好地保护节点区.上述研究结论可为此类新型节点的应用提供理论基础.     

弱轴连接组合节点的滞回性能分析

为了减小组合效应的不利影响,提出了采用单轴对称钢梁截面的新型弱轴连接组合节点,该单轴对称钢梁截面形式为上窄下宽且仅梁下翼缘削弱.运用有限元软件ABAQUS对新型弱轴连接组合节点展开循环荷载作用下的参数分析,以获得各参数对其滞回性能的影响.结果表明:层间位移角为±0. 04 rad时,各模型的抗弯承载力均满足AISC 341-10规范对特殊抗弯框架的要求;在普通组合节点中,尽管对梁上下翼缘进行了削弱处理,梁下翼缘焊缝仍然有极大的脆断风险;采用单轴对称钢梁截面可以减小组合效应的不利影响;建议单轴对称钢梁截面中梁下翼缘削弱区域起始位置距蒙皮板的距离为0. 75～0. 90倍梁下翼缘宽度,削弱区段长度为0. 65～0. 90倍梁截面高度,削弱深度不大于0. 20倍梁下翼缘宽度.     

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。     

方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的非线性有限元研究

针对方钢管混凝土柱与钢梁连接方式问题,研究隔板贯穿式翼缘加楔形板刚接节点变形性能,建立3D有限元模型,钢材采用Von-Mises屈服条件和三线性随动强化本构,混凝土采用弹塑性本构,基于非线性有限元模拟研究低周反复荷载作用下模型节点的滞回耗能性能,对节点抗震性能基本指标进行比较分析,节点有限元分析结果可为设计提供一些参考.     

X形配筋增强高强钢筋异形柱边节点抗震性能数值模拟

为研究X形配筋增强高强钢筋混凝土异形柱边节点抗震性能,采用Abaqus有限元方法分别模拟不同轴压比、梁筋直径、混凝土强度、钢筋强度试件在低周往复作用下的受力过程。对比分析各试件的承载能力、变形能力、滞回性能和刚度退化。考察各参数对X形配筋增强高强钢筋混凝土异形柱边节点抗震性能的影响。结果表明:轴压比0.28下试件滞回性能最好;梁筋直径的增加可以延缓刚度退化,承载能力、变形能力增强,但滞回性能变差;600 MPa级高强钢筋与C60强度混凝土结合的试件及HRB 500高强钢筋与C50强度混凝土结合的试件抗震性能相对较好。     

考虑损伤断裂影响的X型圆钢管相贯节点滞回性能研究

相贯桁架网格结构是一种新型的大跨空间网格结构形式,该类结构的抗震性能受其相贯节点的滞回性能影响较大,因此对其典型的X型圆钢管相贯节点的滞回性能进行研究尤为重要.采用有限元模型进行参数分析,改变支管与主管的壁厚比、径厚比、管径比、焊缝尺寸,分析不同参数的X型相贯节点在超低周循环荷载作用下的滞回性能,研究节点几何参数变化对...     

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.     

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.     

N型圆钢管相贯节点滞回性能有限元数值分析

相贯节点是钢管结构常用的节点形式,为评价普通及外贴钢板加强的N型圆钢管相贯节点的抗震性能,采用8节点实体单元分别建立两种节点的有限元模型,设置接触单元模拟加强铜板与节点主管之间的接触作用,对两种节点的滞回性能进行了有限元数值分析,得到两种节点在往复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线及节点域应力分布．两种节点的滞回曲线均呈有一定宽度的梭形,滞回性能良好;根据节点骨架曲线,外贴钢板使相贯节点极限承载力提高了25％以上．数值分析结果与相应试验结果基本一致,验证了有限元方法在相贯节点滞回性能研究中的适用性和可靠性．     

T型焊接方钢管节点在轴向循环荷载作用下滞回性能的有限元分析

为了研究焊接T型方钢管节点的滞回性能,从而进一步为研究方钢结构的抗震性能打下基础,对轴向往复荷载作用下T型方钢管节点进行了有限元建模和分析.通过有限元分析结果发现:焊接方钢管节点的滞回由线较为饱满,表明该节点在承受地震等强动力荷载作用下具有较好的耗能性.     

T型焊接圆钢管节点在轴向循环荷载作用下滞回性能的有限元分析

焊接圆钢管节点的抗震性能一般可以通过其滞回性能评估.基于ABAQUS有限元分析的方法,研究了反复轴力作用下T节点的滞回曲线.分析结果发现焊接T节点的滞回曲线十分饱满,表明处于地震等强动力作用下的T节点在破坏之前可以消耗较多能量,从而避免过早的脆性断裂.基于滞回性能的分析,得出焊接圆钢管T节点具有较强的抗震能力的结论.     

内置垫板加强T型管节点在平面内弯曲荷载作用下的静力强度研究

利用有限元分析软件ABAQUS对平面内弯曲荷载作用下内置垫板加强T型圆钢管节点的静力强度进行研究.有限元模型的有效性和准确性用T型圆钢管节点的实验结果验证通过之后,运用欧洲规范中提出的在平面内弯曲荷载作用下未加固T型圆钢管节点的承载力计算公式计算了20个未加固的T型圆钢管节点的静力强度,并运用提出的有限元模型计算了相应的320个涵盖不同节点几何参数和垫板几何参数的内置垫板加强的T型圆钢管节点模型的静力强度,对比加固与未加固节点的静力强度,详细分析了垫板几何参数对静力强度的影响和失效模式,结果表明垫板长度参数的改变对加固后的T型圆钢管节点的静力强度的影响不大,垫板厚度参数对静力强度的提高大致成线性影响.