薄壁槽钢柱的抗火计算方法及参数分析

基于Rankine公式，提出了一种可用于计算热轧薄壁槽钢柱抗火极限的方法，采用有限元软件MSC．MARC．Mentat对模型进行非线性有限元分析，给出模型网格划分及其失效后的变形图。对比有限元分析结果与理论解，吻合较好。并针对薄壁槽钢柱的长细比、扭转刚度参数及截面的宽高比，对其抗火性能的影响进行参数分析。结果表明：长细比是影响柱子抗火能力的最重要的因素，长细比越大，极限抗火承载力越低；弹性弯扭屈曲向弯曲屈曲转化的临界长细比不随温度的改变而改变；对于薄壁槽钢柱而言，在截面面积一定或近似的情况下，截面宽高比越大，扭转刚度参数K越小，柱子在火灾下的极限承载力越好。     

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。     

考虑折叠效应的一种钢结构新型梁-柱节点的低周反复试验研究

提出了一种新型钢框架梁-柱削弱节点形式——波纹腹板削弱型节点.这种新型梁-柱节点是将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工字梁的抗弯能力,将失效部位从梁-柱节点的焊接部位转移到工字梁波纹腹板所在截面处,达到塑性铰外移的目的.而且波纹腹板还可以阻止受压翼缘在屈服之后发生局部失稳.本文通过低周反复试验考察了波纹腹板削弱型梁-柱节点的抗震性能.试验表明,波纹腹板削弱型梁柱节点的强度破坏出现在波纹腹板处的截面,梁柱连接处的焊缝没有破坏,实现了塑性铰外移的目的;而且由于波纹腹板的支撑作用,翼缘在屈服后没有严重局部失稳.另外,通过和传统梁柱节点对比发现,波纹腹板新型梁柱节点在出现塑性铰后没有出现明显的强度退化现象,波纹腹板削弱型梁柱节点的滞回曲线稳定饱满,具有更好的耗能性能.综上所述,该波纹腹板削弱型梁柱节点起到将塑性铰从梁柱根部外移、护梁柱焊缝的作用,具有良好的延性和滞回耗能性能,可以替代传统梁柱用于钢框架结构.     

箱型截面梁抗扭刚度分析

箱型截面梁由于其具有较大的抗扭刚度而被广泛应用于工厂和大跨度桥梁工程中.通过逐一改变箱型梁截面的截面总高度、腹板高度等5个尺寸参数中的一个而保持其他参数不变来分析该参数对抗扭刚度的影响程度,最后得出截面总高度对截面抗扭刚度提升的贡献最大.同时为梁的设计者选择合理尺寸提供数据参考,在保证梁抗扭强度的前提下,减少不必要的材料浪费,为工程降低造价.     

相邻两面受火矩形钢管钢筋混凝土柱耐火极限

为研究相邻两面受火的矩形钢管钢筋混凝土柱的耐火极限及其影响因素.利用ABAQUS有限元软件建立相邻两面受火的矩形钢管钢筋混凝土柱抗火分析模型,理论结果与以往国内外试验结果对比,两者吻合良好.对影响其耐火极限的各种因素包括截面周长、高宽比、长细比、配筋率、荷载比、材料强度等参数进行了分析,给出了耐火极限的理论公式.研究结果表明:在一定参数范围内,荷载比、截面边长和长细比是构件耐火极限的主要影响参数,表现为荷载比越小,截面边长越大,长细比越小,构件的耐火极限越高.     

蜂窝梁弯扭屈曲分析及整体稳定性的计算方法

蜂窝梁是在工字钢或H型钢腹板上按一定的线形进行切割后变换位置重新焊接组合形成的新型钢梁,具有节省材料、便于铺设管道、平面内刚度增大、承载能力高等优点.由于蜂窝梁腹板开孔,与相同截面的实腹梁相比抗侧刚度被削弱,整体稳定性降低.文中以实腹梁临界弯矩计算公式为基础,考虑蜂窝梁的抗侧刚度、翘曲刚度和扭转刚度,给出蜂窝梁弯扭屈曲临界弯矩计算公式,采用ANSYS对纯弯状态下的蜂窝梁进行了弯扭屈曲分析,以蜂窝梁的孔高比和距高比为变量,给出了不同情况下蜂窝梁弯扭屈曲临界弯矩值,并与当量实腹梁临界弯矩公式计算结果进行对比,得出蜂窝梁临界弯矩与当量实腹梁临界弯矩之差随孔高比和距高比之间的变化关系,对蜂窝梁整体稳定性计算公式进行修正,最后提出了蜂窝梁整体稳定性的实用计算方法.     

节点域尺寸对钢框架节点塑性损伤分布规律的影响

为了研究节点域尺寸对钢框架节点塑性损伤分布规律的影响,以钢框架结构中常见的"十字型"梁柱节点为研究对象,通过节点域受力的平衡准则,着重对柱类型(箱型、钢管)、柱轴压比、梁柱截面高度比、柱宽度与层高比及结构跨高比等基本参量进行了分析。分析结果表明:梁、柱及其节点域组成的钢框架节点的塑性铰位置按不考虑节点域尺寸来判断时可能会出现误差。随柱轴压比、梁柱截面高度比增加,节点域与柱的强度比增加;而随跨高比的增加,节点域与柱的强度比减小。箱型柱钢框架结构的柱轴压比小于等于0.4时,柱强度为节点域强度的1.0倍至2.5倍。实际工程柱梁尺寸范围内,钢管柱钢框架的节点域强度大于同截面的柱强度。     

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。     

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.     

典型局部钢框架结构变形机理分析

为了研究钢框架弹性变形与柱、梁变形之间的一般规律,以常见的钢框架结构中的柱、梁连接处十字形局部框架作为分析模型,以柱梁刚度比、楼层高跨比、梁柱截面高度比以及H型截面构件任一侧翼缘与腹板的截面积比等为主要研究参数,通过受力与变形分析,探讨了典型局部钢框架的力学机理。结果表明:局部框架变形中,柱变形与总变形比值,随柱梁刚度比和梁柱截面高度比的增大而减小;随着框架楼层高跨比的增大而增大;而梁变形与总变形比值,随柱梁刚度比和梁柱截面高度比的增大而增大;随着框架楼层高跨比的增大而减小;柱为H型截面时柱变形与总变形比值有增大的趋势。     

框架结构典型梁柱节点的抗连续倒塌性能

建立精细化有限元模型,得到了传统栓焊(WUFB)节点、盖板式(WCPF)和狗骨式(RBS)节点在连续倒塌过程中的失效过程,并从能量角度推导了3种节点的动力响应.结果表明:盖板式节点的转动刚度大、拉结能力强,梁机制和悬链线机制承载力均很高,结构的吸能能力好,抗连续倒塌性能优越;狗骨式节点的转动能力强,结构的悬链线效应和吸能能力提高,但结构的外力功增大,抗连续倒塌承载力略有降低.梁柱节点在连续倒塌工况中和地震作用下的受力状态差异大,连续倒塌工况下节点的极限转角远高于节点在地震作用下的转动能力.     

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。     

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.     

梁柱盖板连接节点强度和刚度的有限元分析

盖板加强式梁柱刚性连接节点是使塑性铰外移以提高节点塑性变形的一种改进形式。采用通用有限元软件ABAQUS,对梁柱盖板连接在单调荷载作用下的受力性能进行了三维非线性有限元分析。分别考虑柱腹板厚度、柱翼缘厚度及柱翼缘宽度的影响,设计了3组共12个试件,总结了这3个因素对节点承载力和刚度的影响,为此类节点的设计提供了参考。     

双腹板工字型GFRP腰梁机械连接力学性能试验研究

为深入研究双腹板工字型GFRP腰梁机械连接节点的力学性能,基于无连接和有机械连接2种类型GFRP腰梁的静载试验,分析双腹板工字型GFRP腰梁在三分点对称加荷下的受力特征,明确2种类型腰梁的极限状态和破坏形式。结果表明,GFRP腰梁采用双腹板工字型截面型式,截面的最大应力为183 MPa,是GFRP腰梁纵向抗拉强度的62%,纵向抗压强度的73%(容许压缩承载力的205%),可以使GFRP材料强度得到充分发挥,腰梁稳定性能良好;GFRP腰梁容易出现局部破坏,首先在翼缘板处发生局部失稳,随即引起腹板产生屈曲破坏,翼缘和腹板连接处出现面层剥离和鼓起,腰梁连接处增设的缀板和螺栓可有效的抑制该局部破坏变形;采用螺栓机械连接并在连接处增设同材质缀板,可降低螺栓钻孔对梁体本身截面的削弱作用,使GFRP腰梁的刚度和极限承载能力分别提高17.9%和44.9%,是GFRP腰梁的合理连接方式。研究成果可为GFRP腰梁的推广应用提供参考和借鉴。     

不同节点轻钢框架的受力性能试验研究

通过对4种不同形式和构造的轻钢框架梁柱连接节点试验研究,分析了端板厚度、T型钢厚度、柱腹板加劲肋等因素对半刚性节点承载力、转动刚度和极限转动能力的影响.研究表明,轻钢框架半刚性连接是承载力较高、延性性能非常好的连接形式.柱腹板设加劲肋的端板连接是轻钢框架较好的半刚性节点.T型钢翼缘厚度对节点承载力的提高作用不明显,但腹板抗剪能力对此有影响.对于具有半刚性连接节点的轻钢框架,应该进行非线性分析.半刚性连接节点组合构件在荷载作用下的滑移现象不能忽视,分析和设计中应引起足够重视,并应提出可靠构造措施.     

方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸试验

为研究方铜管混凝土柱与钢梁受拉翼缘连接的结构性能,基于隔板贯通节点承载力理论,对11个十字形节点试件选行了静力拉伸试验研究结果表明,圆弧倒角型隔板贯通节点具有较好的承载力和延性,影响节点承载力的主要因素是隔板的厚度与浇注孔直径,其次是钢管的宽厚比和隔板外伸长度;在铜管中填充混凝土有利于提高节点的屈服承载力和刚度,但混凝土的强度对节点承载力影响不大．试验值与理论计算值比较分析表明,隔板贯通节点局部抗拉承载力理论计算公式对于填充混凝土的试件偏于保守,但过高估计了空铜管试件的承载力．