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.     

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.     

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。     

基于数值模拟的半刚性护栏性能优化

ANSYS/LS-DYNA数值模拟的计算结果表明,按规范设计的波形梁Ⅰ型（WBSGⅠ）护栏在车辆与刚性护栏的碰撞过程中,不能满足承载力要求,导向性差,有可能发生车辆越出护栏的坠车事故.参考东海大桥的护栏设计标准（TBSG）,对规范中护栏各部件的设计参数做出调整,设计出波形梁Ⅱ型（WBSGⅡ）护栏.模拟结果表明,该护栏提高了护栏的安全性和车辆导向性.计算结果可为实车试验和工程实际应用提供参考依据.     

基于OpenSEES的钢管混凝土组合柱抗震性能数值分析

为了研究低周往复荷载作用下钢管混凝土组合柱的抗震性能,采用有限元软件OpenSEES对其进行数值模拟.研究结果表明:OpenSEES可以很好地模拟钢管混凝土组合柱在往复荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线,模拟的峰值承载力和试验结果吻合良好,误差小于10％.滞回曲线形状基本一致,能反映组合柱试件在反复加载过程中的刚度及强度的退化现象.     

半再生混凝土框架的抗震性能

为了研究半再生混凝土框架结构的抗震性能,设计一个1/4缩尺8层框架结构的模型,对其进行模拟地震整体结构振动台试验,依次对整体结构进行8度多遇烈度、8度基本烈度、8度罕遇烈度以及更强烈度的地震输入,研究整体结构的破坏模式与抗震性能,并进行整体结构弹塑性时程计算以及易损性分析。研究结果表明:半再生混凝土8层框架破坏模式为强柱弱梁破坏模式;在多遇烈度和罕遇烈度阶段,层间位移角均小于规范限值,满足8度抗震设防要求;半再生混凝土8层框架层间位移角满足规范要求;在多遇烈度下,该结构超越正常使用状态(层间位移角为1/550)概率为79.30%,但在罕遇烈度下,超越生命安全状态(层间位移角为1/50)概率为32.29%,表明该结构依概率满足规范限值要求。     

半刚性组合框架骨架曲线实用计算方法

针对组合节点的弯矩-转角计算模型以及组合框架骨架曲线计算模型忽略节点半刚性的问题,探讨组合节点转动刚度和半刚性组合框架骨架曲线的计算方法。基于参数相关性,运用改进的参数灵敏度分析方法,研究外加强环式钢管混凝土柱-钢梁节点的转动刚度。应用二阶分析推导柔性梁柱单元的刚度矩阵;应用得出的节点转动刚度计算模型推导半刚性组合框架骨架曲线的简化计算模型。研究结果表明:改进后的灵敏度分析方法得出的节点参数灵敏度更高。节点半刚性可降低骨架曲线的弹性刚度和下降段斜率。引入节点半刚性的骨架曲线计算模型更加符合组合框架的实际工作性能。     

基于多尺度模型的装配整体式混凝土框架结构抗震性能分析

装配工艺的要求和连接接缝的引用使装配式混凝土结构的数值模拟分析面临新的挑战，计算效率与模拟精度之间的矛盾变得更加突出。基于通用有限元软件ABAQUS，采用多尺度建模，模拟分析了装配整体式混凝土框架结构的抗震性能。首先，基于装配整体式混凝土梁柱子结构的试验数据，验证了多尺度单元界面连接方法的正确性。然后，对装配整体式混凝土框架结构的多尺度模型进行了静力推覆分析和动力弹塑性时程分析，并与现浇混凝土框架结构的地震响应和损伤情况进行比较。结果表明，多尺度建模能有效提高计算精度并降低计算成本，很好地模拟装配整体式混凝土框架结构的破坏特征和整体结构的抗震性能；与现浇结构相比，装配整体式框架结构在单向静力推覆作用下抗侧刚度更小、延性更好，在7度罕遇地震作用下抗震性能相近，顶层最大位移增大了3.8%；多尺度建模方法可用于装配式混凝土结构分析。     

防屈曲支撑组合框架优化设计与抗震性能分析

目的以抗侧刚度比为设计变量,对设置防屈曲支撑的某18层钢管混凝土组合框架Benchmark模型进行优化设计与抗震性能分析.方法编制了基于遗传算法的优化程序,考虑以结构最大层间位移角、基底剪力为约束条件,在抗震性能不变的前提下优化防屈曲支撑的截面面积,以及考虑防屈曲支撑总截面面积为约束条件,在支撑用量相同的前提下,改善结构的抗震性能两种设计方案.结果在防屈曲支撑总用量不变的前提下,以变化抗侧刚度比设计的结构能够减少结构29%的最大层间位移角,减少4. 3%的最大层间剪力;在抗震性能不变的前提下,以变化抗侧刚度比设计的结构能够减少44%的支撑用量,其防屈曲支撑的耗能比例达78%.结论两种优化方案设计的结构均充分发挥防屈曲支撑的耗能能力,较优化前的结构更能保护框架梁、柱免受破坏.     

半刚性组合节点物理非线性分析

应用有限元程序ANSYS分析了静力荷载作用下钢-混凝土半刚性组合节点的荷载和变形非线性性能．有限元分析结果与节点试验结果的比较表明,所介绍的有限元简化模型具有较高的精确度,是进行钢-混凝土组合节点的设计及进一步研究的一个有用工具．     

考虑钢梁翼缘断裂的组合框架抗震性能分析

基于钢-混凝土组合框架抗震性能试验,考虑材料、几何及接触非线性,采用Msc.Marc建立了钢-混凝土组合框架的有限元分析模型.有限元模型中引入基于应变的钢梁翼缘断裂准则,能够较好地模拟钢梁翼缘的断裂现象.有限元模型的整体及局部计算结果均与试验结果吻合良好.在试验验证的基础上,对有限元模型进行参数分析,研究了楼板宽度、剪力连接程度、轴压比等参数对钢-混凝土组合框架刚度、强度及延性的影响.研究发现,在试验及3维建模中,为了准确反映楼板对组合框架抗震性能的影响,楼板宽度至少应取为跨度的1/4;轴压比对组合框架延性有较大影响;楼板厚度、剪力连接程度对组合框架抗震性能影响较小.结合相关组合结构设计规范,讨论了各项参数的合理取值,对组合框架抗震设计提出了建议.     

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.     

半刚性端板连接多层钢框架的Push-over分析

由于缺乏计算理论和方法,大多数半刚性节点按刚性节点进行设计,对结构的静力分析、抗震性能等各方面的设计计算的影响很大.本文采用有限元分析方法,将半刚性连接节点视为弹簧单元,通过通用有限元软件Sap2000对一个半刚性端板连接的多层钢框架建立有限元模型并进行了模态分析、反应谱分析和Push-over(静力弹塑性)分析.结果表明,采用了半刚性端板连接的钢框架结构,相对于理想刚接的情况,结构在多遇和罕遇地震作用下结构的抗震性能明显变化.     

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。     

非延性框架结构多尺度建模与抗震性能分析

为了研究非延性框架结构的抗震性能并开发有效的仿真分析方法,采用有限元软件ABAQUS建立了非延性框架结构的多尺度模型,对其滞回曲线、骨架曲线和中节点的损伤情况进行了分析,并将其与一榀非延性框架试验结果进行了比较、验证,在此基础上建立了非延性框架结构的多尺度建模方法,并用建立的模型与其它分析模型进行了性能比较,最后对影响框架结构抗震性能的因素进行了讨论.结果表明:非延性框架多尺度模型在保证一定计算效率的同时可更为逼真地模拟复杂受力结构的边界状况及其在整体结构响应中的性能.这表明多尺度建模方法能够在计算精度和计算效率之间寻找到一个平衡点,为今后相关研究提供技术支持和参考.     

半装配式框架-剪力墙结构抗震性能试验

为综合评价现浇剪力墙预制框架半装配式框架-剪力墙结构的抗震性能,设计制作了2榀1∶2的2层2跨混凝土框架-剪力墙结构模型试件,并对其进行了低周反复荷载试验.对比研究了这2榀试件的破坏机制、破坏过程、滞回性能、位移延性和耗能能力等抗震特性.试验结果表明,半装配试件与现浇试件具有相近的开裂位移、裂缝开展形态、破坏模式、耗能能力和侧向承载能力,但半装配试件的延性略低,在不同承载状态下的水平荷载也略低.现浇剪力墙预制框架半装配式框架-剪力墙结构的整体性较好,在地震中具有可靠的抗倒塌能力.     

无粘结预应力型钢混凝土框架竖向抗震性能数值分析

主要研究了梁中施加无粘结预应力的型钢混凝土(UPSRC)框架在竖向反复荷载下的抗震性能。先通过已有试验对本文ABAQUS有限元建模手段进行校准,然后利用该方法模拟得到了11榀UPSRC框架在竖向反复荷载下的荷载-挠度滞回曲线,并从强度、耗能、延性以及刚度退化等方面分析了UPSRC结构竖向抗震性能的特点以及梁中纵筋配筋率、力筋配筋率以及型钢含钢率对各抗震性能指标的影响。     

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.