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.     

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。     

不锈钢螺栓连接节点抗剪性能试验

目的研究端距、边距及板厚等因素对不锈钢螺栓连接节点抗剪承载力的影响,为后续提出不锈钢螺栓连接承载力设计方法提供试验依据.方法设计10个不锈钢螺栓盖板连接节点试件进行拉伸试验,考虑端距、边距、螺栓中距和板厚等参数,通过粘贴的应变片数值变化快慢及总应变大小来判断螺栓连接节点的破坏模式.结果在其他因素不变情况下,端距小于2 d时易发生冲切破坏,边距小于1.5 d时易发生净截面破坏,螺栓中距小于3 d时两螺栓之间板件易发生冲切破坏或承压破坏;且当板厚小于4 mm时,盖板平面外易发生翘曲.结论满足螺栓中距应不小于3 d、端距不小于2 d和边距不小于1.5 d的构造才是经济安全的;建议板厚大于4 mm为厚板,小于4 mm为薄板,薄板易发生翘曲,且端距越大越容易发生;当发生翘曲时,翘曲部位受力由受压变为受拉,会导致连接节点承压强度发生折减.     

带端板加劲肋的外伸端板连接的梁柱节点试验

为了讨论加劲肋对连接性能的影响,对带端板加劲肋的外伸端板连接的梁柱节点进行了循环荷载作用下试验研究.分析了端板、端板加劲肋、梁柱翼缘和腹板在荷载作用下的应力情况,确定了这种连接的受力性能及破坏模式,分析此类连接的滞回曲线、连接初始刚度、承载能力和延性特征.试验结果表明,加劲肋是提高节点性能的一项有效措施.     

不同种类螺栓的不锈钢端板连接节点抗震性能试验研究

端板连接是门式钢架和多层钢框架中常用的节点形式,而目前少有针对不锈钢结构端板连接节点的相关研究.本文对4种类型的螺栓(镀锌高强度螺栓10.9级、8.8级,奥氏体不锈钢螺栓A4-70、A4-80)和不同端板厚度的不锈钢结构外伸式端板连接节点进行循环荷载下的破坏试验,研究其节点破坏形态、承载力及延性,并与有限元计算结果进行对比.试验结果表明:不锈钢螺栓端板连接节点的滞回曲线呈Z形,且其耗能系数仅为镀锌高强度螺栓端板节点的40%,;当端板较薄时,节点的抗震性能均有显著提高;通过有限元分析与试验结果的比较,验证了有限元模型的正确性.研究结果表明,所有试件的滞回曲线均具有不同程度的滑移捏缩现象,不锈钢螺栓端板连接节点、端板越薄时捏缩现象越明显,因此需从设计上加以改进,同时不锈钢摩擦面的处理工艺也需进一步开发,以提高不锈钢面的抗滑移系数.     

CFRP加固火灾后RC梁柱节点抗震性能试验

为评估折线形粘贴碳纤维增强复合材料(CFRP)布加固火灾后钢筋混凝土梁柱节点抗震性能的效果,分别进行未受火、火灾后和CFRP布加固火灾后带正交梁和楼板翼缘的钢筋混凝土梁柱中节点抗震性能的拟静力试验。火灾试验时采用ISO 834标准升温曲线、梁柱节点的受火方式为楼板下方受火,拟静力试验时柱子的轴压比为0.25。基于试验结果,考察火灾高温后CFRP布加固对混凝土梁柱节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、刚度及滞回耗能的影响。研究结果表明:梁柱节点核心区均发生了剪切破坏;未受火和受火后梁柱节点分别在3/100和4/100位移角时达到最大承载力,该位移角下节点核心区可见最大斜裂缝宽度分别达到2.0、1.9mm;未受火梁柱节点和CFRP布加固后梁柱节点核心区箍筋发生屈服,90min的火灾高温作用会显著降低梁柱节点的抗震性能,受火后梁柱节点的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载和延性系数分别降低了41.3%、18.5%、15.8%和14.8%;节点区折线形粘贴CFRP布加固对受火后混凝土梁柱节点抗震性能的提高有限,加固后梁柱节点的承载力未能恢复至未受火时情况;CFRP布加固火灾后梁柱节点开裂荷载、屈服荷载和极限荷载分别比火灾后未加固梁柱节点提高了16.5%、4.0%和3.4%,比未受火梁柱节点的降低了31.6%、15.2%和12.9%。火灾后钢筋混凝土梁柱节点抗震加固方案及其设计方法还有待进一步深入研究。     

火灾下基于纤维梁和分层壳模型的结构破坏机制分析

为分析混凝土空间框架结构在火灾下的反应规律及其破坏机理,基于已建立的纤维梁单元和混凝土分层壳单元的火灾破坏数值模型,通过在截面层次上来考虑构件截面的不均匀温度场分布及其材料非线性和几何非线性,并引入纤维梁单元截面形心结点与分层板壳单元结点的偏离以及位移协调条件来建立两者的连接模型,从而实现考虑楼板作用的整体结构火灾反应分析模型.最后,运用建立的模型对两个多层框架进行了火灾反应分析,分析了楼板和梁柱的相互作用规律及其破坏机制.结果表明,纤维梁单元模型和分层壳模型能够用于模拟钢筋混凝土结构的受火破坏过程,并且火灾发生的位置不同,结构的破坏机制也不同.     

门式刚架Г型节点有限元分析

利用ANSYS软件对三种节点进行了低周往复加载和单调加载的对比分析,三种节点包括梁柱常规螺栓端板竖放节点圆弧形整体式节点和圆弧形加腋螺栓端板竖放节点。其结果表明圆弧形整体式节点和加腋改造后的节点要比常规螺栓端板连接节点刚度大,极限承载力高。加腋可缓解节点域应力的过分集中,避免了节点域的脆性破坏。圆弧形整体式节点域为圆弧形,使得该节点受力流畅,加载到破坏阶段,节点域变形较小。圆弧形加腋节点具有便于螺栓安装,节点为栓焊连接,刚度大延性也较好。同时加腋构成了第二道防线,进一步防止了偶然荷载作用下试件脆性破坏的发生。圆弧形整体式节点和圆弧形加腋节点均以梁端位移过大作为破坏准则,这三种节点的对比研究对工程设计有较好的指导意义。对于常规螺栓端板连接节点其节点域剪切变形较大,易引起节点的脆性破坏。剪切变形加大了梁端位移,且由于节点刚度相对较小,节点域应力较为集中,发生了荷载作用下柱翼缘的屈服破坏。     

外端板加强式节点抗震性能试验研究

提出外端板加强式焊接节点与栓焊混合节点构造形式.通过6个钢管混凝土柱-钢梁节点的低周反复荷载试验,分析并比较了外端板加强式焊接节点、栓焊混合节点与穿芯螺栓-加劲端板节点在不同构造、不同梁柱刚度比下的破坏过程及特征,对节点的滞回曲线、承载能力、延性和耗能能力、强度与刚度退化等抗震性能进行了研究.试验结果表明:当梁柱刚度比较小时,两种新型节点与穿芯螺栓-加劲端板节点均表现为梁端出现塑性铰破坏;当梁柱刚度比较大时,外端板加强式焊接节点发生核心区焊缝开裂破坏,外端板加强式栓焊混合节点发生柱端弯折破坏;与穿芯螺栓-加劲端板节点相比,两类新型节点具有更高的承载力和更好的安全储备,且滞回曲线饱满,各抗震性能指标较好,满足强节点弱构件的抗震设计要求.     

钢框架梁抗火承载力的有限元分析

为深入了解火灾下钢框架梁的破坏模式和各种因素对其抗火承栽力的影响，采用有限元法对工字形钢框架梁在不同荷载、不同约束下的极限承载力进行了理论计算，同时时平面框架进行了热一结构耦合计算．结果表明：钢框架中工字钢梁在火灾下的破坏模式为下翼缘侧移失稳，初始几何缺陷时刚接工字钢梁和简支工字钢梁的极限温度影响很小；受火梁由于梁的变形产生悬链力，会抵消一部分温度应力，且刚接梁在粱端部产生的局部屈曲进一步削弱了温度应力的影响；荷载较大时刚接梁的极限温度和耐火时间比简支梁高，且荷载时刚接梁的极限温度和耐火时间影响较小，对简支梁影响较大；粱柱节点是钢框架抗火的薄弱环节，火灾发生后非受火构件的内力也会发生较大的变化．     

门式刚架整体式梁柱节点试验研究及有限元分析

对门式刚架整体式梁柱节点进行低周加载试验,并按照现行规范进行常规螺栓端板连接节点足尺试验.结果表明整体式节点较常规节点刚度和承载力均有较大提高,向上承载力提高16.7%,向下承载力提高21.5%.试验也表明螺栓端板连接节点剪切变形大,试件破坏时端板翘起,柱翼缘屈服,过大的梁端位移导致试件失稳,进而失去承载力.相对而言,整体式节点对梁柱有很好的约束作用,减小了梁的变形.     

隐形梁柱法加固砖砌体墙抗火性能有限元分析

目的为解决简易砖砌体结构抗震抗火性能差的问题,提出在砌体两面粘贴钢板,并用缀条、螺栓连接的隐形梁柱加固的方法.方法运用有限元分析软件ABAQUS分别模拟在火灾单独发生及地震次生火灾情况下,不同隐形梁柱尺寸对加固墙片在不同温度下应力分布、破坏形态、极限承载力、极限位移的影响.结果火灾单独作用下,最优加固墙片W-S-2的极限荷载较未加固墙片在200℃、400℃、800℃下分别提高143.93%、136.98%、145.46%;在200℃、400℃下极限位移分别提高78.41%、53.10%.地震次生火灾作用下,最优加固墙片W-S-1的极限荷载较未加固墙片在200℃、400℃、800℃下分别提高182.47%、170.79%、170.97%;在200℃、400℃下极限位移分别提高35.34%、10.31%.结论加固墙片较未加固墙片的整体应力有所提升且分布更均匀,各部位等效塑性应变减小,延缓了裂缝的产生;极限荷载也有不同程度的提高.隐形梁柱法能有效提高砖砌体墙的抗火性能.     

钢框架结构抗火混合试验基本原理及数值模拟

为了研究火灾下整体结构的力学性能,采用抗火混合试验方法仅取局部受火部位进行抗火试验,其余部分通过边界条件进行交互,不仅能考虑火灾下建筑结构的整体作用,而且极大地减小了试验规模,同时依旧保证较好的精度。采用ABAQUS有限元软件建立三层四跨钢框架模型,取单柱作为局部受火子结构模型,进行整体结构的抗火混合试验数值模拟。结果表明:抗火混合试验子结构与整体结构受火柱的温度、轴力、侧向挠度变化基本一致,而柱顶轴向变形仅在后期失稳阶段出现部分偏差,体现了抗火混合试验的准确性和经济性。     

焊接复合箍筋柱蜂窝梁组合节点的拟静力试验

选取4组8个梁柱节点模型,对焊接复合箍筋柱蜂窝梁组合节点进行拟静力试验研究.分析组合节点在模拟地震作用下的破坏形态及承载力,并探讨其抗震性能.试验观测及分析结果表明,在RCS梁柱节点中,箍筋除了抗剪作用外,对约束混凝土、减少节点剪切变形和增加延性均起重要作用;采用外伸式端板连接的试件,其在柱端低周反复荷载作用下具有较好的延性和耗能能力.通过对比3种节点连接形式发现,钢梁对梁柱节点的转动性能约束越强,则钢筋混凝土柱分配到的水平地震剪力越大,核心区混凝土发生的剪切破坏也越严重.     

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.     

端板连接高强度螺栓受力特性试验研究

为研究钢结构梁柱外伸式端板连接中摩擦型高强度螺栓的受力特性,对5个不同构造的试件进行了试验研究,并且采取特殊方法测量了螺栓的拉力分布状态,研究了端板厚度、螺栓直径等因素对螺栓受力特性的影响．试验结果表明：受拉区螺栓同时承受拉力和弯矩,螺栓与端板的相对强弱决定了螺栓承受弯矩的大小,不同的节点计算模型则适用于不同的节点构造．最后根据试验结果对外伸式端板连接节点提出了设计建议．     

装配式偏心支撑钢框架拟静力试验研究

为研究端板厚度和连接方式对装配式偏心支撑钢框架抗震性能的影响，进行了2个不同端板厚度的偏心支撑半刚接钢框架和1个焊接连接的偏心支撑刚接钢框架的拟静力试验.结合试验研究结果，对装配式偏心支撑钢框架试件的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、侧移延性系数、等效粘滞阻尼系数进行了深入分析.试验结果表明：螺栓端板连接偏心支撑钢框架抗震性能良好.端板厚度对装配式偏心支撑钢框架耗能能力具有一定影响，端板厚度由16 mm增加到24 mm，由于破坏延迟，耗能梁段极限剪切承载力提高43.32%. 同时，受高强螺栓-端板连接滑移的影响，偏心支撑半刚接钢框架滞回曲线呈“弓形”，表现出一定的“捏缩”现象.     

全螺栓连接和焊接连接钢板剪力墙力学性能分析

为了避免焊接造成的残余应力,通过螺栓连接的端板将上下2块钢板连接,形成一种延性和耗能能力更好的全螺栓连接钢板墙.通过有限元建立全螺栓连接和传统焊接连接钢板墙模型,对比两种钢板墙在单向推覆和往复荷载作用下的荷载位移曲线、抗侧承载性能、能量耗散系数、刚度退化和承载力退化等性能.结果表明,在单向推覆作用下全螺栓连接钢板墙的抗...     

薄钢板组合截面PEC柱(强轴)-钢梁(BRS)组合框架抗震性能数值模拟

为研究薄钢板PEC柱-钢梁组合框架的抗震性能,针对1榀2层单跨对穿螺栓端板连接薄钢板组合截面PEC-削弱截面钢梁组合框架结构试验试件,采用有限元软件ABAQUS对其进行水平循环往复荷载下的数值模拟.基于模拟结果,对试件结构滞回特性、水平抗侧刚度、耗能延性和破坏模式等进行分析.研究表明:试件结构具有较高承载力和较大的抗侧刚度;试件层间变形为剪切型变形模式;试件耗能能力主要由梁端削弱截面屈服和PEC柱脚钢构架屈服与混凝土压溃提供,端板对穿螺栓连接及梁端削弱截面实现了梁端塑性铰区远离节点区;试件最终破坏模式为梁端削弱截面和PEC柱脚处形成塑性铰的塑性破坏机构.该结构体系具有良好的抗震延性.     

半刚性结点域内塑性铰的形成

根据结点域的受力及变形特征,对外伸端板连接承拉区域塑性铰形成的条件进行了理论分析.发现在结点域承拉区内存在3种可能的失效模式:在结点域受拉区形成两组塑性铰;模式在结点域受拉区形成一组塑性铰;结点域内受拉区保持弹性,螺栓达到屈服极限产生弹塑性伸长,最终导致断裂破坏.