方钢管柱H字钢梁套管加强式端板连接节点抗震性能分析

将隔板内连式和贯通式节点相结合并加以改进,提出了h型钢梁-钢管柱刚性连接的新型节点。该节点既克服了隔板贯通式节点下隔板宽度大于墙体影响室内美观与布置的缺点,又使梁下翼缘与柱的连接像上翼缘与柱的连接一样得到有效加强,适合在居住建筑中使用。对该节点的抗震性能进行比较系统的分析研究,包括运用非线性有限元程序ansys,模拟低周反复加载试验;制作多个足尺模型,进行实际的低周反复加载试验。结果表明该节点具有良好的延性和耗能能力,且塑性铰都出现在加强段以外的梁上。通过两种研究方法的比较,也可以看出有限元模拟试验是研究新型节点连接性能的有效方法,在通常情况下,能用来代替实际试验,以达到减少研究时间和研究费用的目的。

结合国内首次将大规格冷弯矩形钢管作为柱材应用到实际工程中的浙江某轻纺市场的工程实例,对冷弯矩形钢管结构进行分析研究。利用有限元分析软件,对冷弯矩形钢管柱与h型钢梁连接节点与焊接箱形钢管柱与h型钢梁连接节点的抗震性能进行对比分析,探讨出冷弯矩形钢管的冷成型过程对节点抗震性能的影响。

方钢管柱-h型钢梁边框内填钢板剪力墙是一种新型抗震剪力墙.为研究填充钢板墙对钢框架结构的抗震性能和受力性能的影响规律,该文进行了两层单跨方钢管柱-h型钢梁框架结构和内填带竖缝薄钢板框架剪力墙在单调加载和低周反复加载情况下的ansys数值模拟分析,研究对比分析了两种框架结构的承载能力、延性、耗能能力、破坏特征以及破坏机理。结果表明,钢板墙使钢框架的承载能力和初始刚度大幅度提高,同时也具有良好的抗震性能和耗能能力。

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作了两类带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点,即栓焊连接和全对焊连接。建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,通过低周反复加载有限元分析,研究两类节点的抗震性能,并对两类节点的滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能指标等进行对比分析。结果表明:栓焊连接节点由于螺栓的滑移致使节点的刚度较全对焊连接节点小,螺栓的滑移导致节点的屈服荷载较全对焊节点低,且全对焊节点与栓焊连接节点相比,承载力较大;两类节点滞回曲线均比较饱满,具有较好的耗能性能,由滞回曲线分析得出的耗能指标均满足结构抗震设计的要求,且全对焊连接节点的耗能能力大于栓焊连接节点的耗能能力,抗震性能优于栓焊连接节点。为钢管混凝土结构设计提供了理论依据。

方钢管柱与H型钢梁连接形式评述

方钢管柱与H型钢梁连接形式评述 (2)

对目前应用与研究较多的几类方矩形冷成型钢管柱-h型钢梁连接节点以及铸钢节点按构造形式和受力机理进行分类,并对各自的技术经济指标进行对比分析;概述铸钢节点的优点和推广的可能性。通过对这些节点形式的技术经济指标的比较分析,表明每种节点都有其固有的优点和不足,寻找一种技术经济各方面性能都很优异的节点形式是不现实的,在实际选择和开发节点时要根据具体情况扬长避短,工程设计人员要根据节点所在结构的受力特点选择合适的节点形式。

为了研究多层钢框架半刚性梁柱端板连接的抗震性能,利用大型有限元软件ansys,在验证有限元程序有效性的基础上,考虑几何非线性、材料非线性和状态非线性对两组不同构造的端板连接进行了单调和循环荷载作用下的有限元计算,分析了端板高度、螺栓排列、螺栓直径等因素对梁柱节点滞回性能的影响及节点承载力、初始转动刚度、极限转动能力、耗能能力和延性的影响。有限元计算结果表明,设计合理的两端外伸式半刚性端板连接具有良好的延性和耗能能力,可以应用于多层抗震钢框架中。

为了研究地震作用下方钢管混凝土柱-钢梁角钢连接节点的受力性能,设计了3个梁柱节点试件并对其进行低周往复循环荷载试验,分析了角钢短肢长肢比和角钢厚度对试件的刚度、承载力、耗能能力、延性性能及节点域剪切变形的影响。试验结果表明:角钢连接的塑性铰出现在角钢与柱壁相接触部位,往复荷载下最终破坏形态为角钢与柱壁焊接部位出现角钢撕裂现象,通过增加角钢短肢长肢比和增加角钢厚度可以将塑性铰外移,使角钢与柱壁相接触部位的撕裂程度减轻,从而有效保护节点核心区。增加角钢的厚度对节点的初始刚度及承载力影响明显,随着角钢厚度的增加,节点的初始刚度和承载力随之增加;增加角钢短肢长肢比能够提高节点的耗能能力和刚度。该节点具有较高的承载力、刚度及较大的变形能力,符合抗震设计理念。

랽맜훹-h탍룖솺룴냥맡춨쪽뷚뗣뾹헰탔쓜퇐뺿ퟷ헟ꎺ샚톧캻쫚폨떥캻ꎺ춬볃듳톧닎뾼컄쿗(41쳵ì1.맹낮뚫컒맺랢햹쟡룖뷡릹붨훾첽쳖[웚뾯싛컄æ-훐맺뿆벼탅쾢2005(5)2.볖솬맢.솺폱뻽.훜맣쪦.췵잿컒맺뛠닣쟡탍랿컝룖뷡릹붨훾뗄펦폃폫햹췻[웚뾯싛컄æ-짲퇴붨훾릤돌톧풺톧놨(ퟔ좻뿆톧냦¿2001(1)3.샮ﳇ듳탍샤췤랽룖맜뗄뾪랢[웚뾯싛컄æ-몸맜2001(3)4.닌틦퇠﫦짱뗘헰뫳죕놾룖뷡릹뗄랢햹[웚뾯싛컄æ-훐맺붨훾뷰쫴뷡릹2005(8)5.닌틦퇠.헅컽퓆놱쇫뗘헰뫍랷짱뗘헰뫳쏀죕룖뿲볜뷚뗣짨볆뗄룄뷸6.죕놾붨훾톧믡룖뷡릹뷓뫏늿짨볆횸헫20017.죕놾붨훾훐탄샤돉탍랽룖맜짨볆쪩릤쫖닡(샤볤돉탎뷇탎룖맜짨볆쪩릤ꗞꗋꗦꖢꗫ,풭컄캪죕컄ô20038.

方管柱和h型钢梁采用隔板贯通式连接而成的钢框架成为多高层建筑的结构体系的一种良好的选择,在我国还没有设计准则可循。为了促进方管柱-h型钢梁隔板贯通式节点的应用,在试验数据的基础上对其进行了有限元数值分析,对比隔板贯通节点与柱贯通节点的异同点,并分析了隔板挑出长度和轴压比对节点承载力的影响,提出改进方向。

通过4个1/2比例的钢管混凝土分叉柱与钢梁连接节点的拟静力试验,对其滞回性能、刚度退化、延性性能、耗能能力以及破坏特征进行了研究与分析,并与纤维杆元模型模拟的结果进行了比较。结果表明:节点在梁端塑性铰破坏模式下钢管混凝土树状节点的抗震性能较好;在局部焊接破坏模式下延性较低,抗震性能相对较差;钢管分叉柱长宽比较大时,设置纵向隔板能更好地保证节点区域的稳定性。

研究梁通柱断式方钢管混凝土中节点在低周反复荷载作用下的受力性能和抗震性能.该种节点在节点区中断柱的外钢管,使钢筋混凝土梁的纵筋在节点直通.在节点区设置芯钢管、密排箍筋、竖向短筋连系上下钢管混凝土柱.通过2个缩尺模型试件的拟静力试验,得到节点试件的破坏过程、破坏形态、试件滞回曲线和试件各组成部分的荷载-应变关系.试验结果表明:该种节点在低周反复荷载作用下性能良好.试件破坏发生在梁根部,节点区尚有较大承载潜力,试件的耗能性能、位移延性良好.轴压比的增大对于承载力有提高作用,但耗能能力和位移延性有降低趋势.

高频焊接矩形管生产效率高,抗扭性能好,平面外刚度大,根据需要内部可充填混凝土以提高抵抗局部屈曲的能力,比焊接h型钢的轻钢厂房有更好的经济性。为提高梁柱连接节点的承载力、减小节点变形,需在节点区外包槽钢。本文分析了节点区不同厚度、不同形式外包槽钢和不同的柱内加劲肋设置等对节点强度和刚度的影响,得出了满足刚性连接要求的节点区外包槽钢厚度计算公式。研究了柱加劲肋、螺栓排列、螺栓数目、槽钢宽度和槽钢下伸长度等的影响。建议了箱形柱柱顶与梁上翼缘齐平,槽钢与梁端板等厚,槽钢向上伸出长度以满足安装一排高强螺栓的要求,并设置三角形加劲肋与柱顶盖板和槽钢焊接,箱形柱顶和槽钢内面满焊的节点形式。分析表明这种节点有很高的刚度和强度,能满足刚性连接的要求。

倒槽钢可便捷地连接管截面和实腹截面,本文论述了钢管柱与钢梁倒槽钢连接节点的弯矩-转角特性的数值分析结果。本文通过建立恰当的有限元模型,探讨了不同节点构造对节点弯矩-转角特性的影响,所研究的节点参数包括柱截面形式、梁端节点类型、倒槽钢的方向和高度等。有限元分析的结果表明:(1)连接圆钢管的节点要比连接方钢管的节点具有更高的强度与刚度;(2)倒槽钢的高度越高,节点的刚度和强度越低;(3)与柱子焊接时,倒槽钢的翼缘与梁的翼缘平行会比二者相垂直的方式具有高得多的刚度与强度;(4)如梁端采用平端板,圆钢管柱与钢梁的倒槽钢连接节点具有足够的刚度和强度,可将其视为半刚性节点及部分强度节点,并在半连续节点设计中应用。

焊接方钢管由4块l型的薄钢板电弧焊而成。当被用于cfst柱的时候,在混凝土中心位置和钢管内设置加劲肋防止局部屈曲。由于钢管约束混凝土,提高了结构承载力。介绍了如何制作焊接组合方钢管柱,并计算焊接组合方钢管和cfst柱的结构承载力。制作了15个采用不同钢管形式(焊接组合方钢管和一般钢管)、不同宽厚比(b/t=50,58,67)和不同混凝土强度(fck=10,40mpa)的足尺试件用于试验,以确定焊接组合方钢管柱的拼接效能和结构优越性。

目的分析钢框架高跨比、框架梁的高度、框架梁截面宽度、框架柱截面宽厚比等对框架抗侧移刚度的影响.方法采用正交试验设计方法设计16个正交试验模型,利用有限元分析软件ansys对16个正交试验模型进行有限元分析,对钢框架中的方钢管柱用相同用钢量的h型钢柱代替模拟.结果框架的抗侧移刚度主要取决因素依次是框架柱截面宽厚比、框架梁截面高度、框架梁跨度、框架梁截面宽度.结论设计钢框架时抗侧移刚度主要考虑因素是框架柱截面形式、截面宽厚比,其次是框架梁截面高度、框架梁跨度,而框架梁截面宽度影响很小可以不予考虑.

为了研究方钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点在不同影响因素下的抗震性能,基于现行设计规范,以再生骨料取代率、粘结滑移、混凝土等级为设计变化参数,设计并制作了4根节点模型并进行了拟静力试验。详细观察了破坏过程,得到了实测滞回曲线。基于试验数据,详细分析了各设计变化参数对节点承载力、刚度、位移延性系数及耗能能力的影响程度。研究结果表明,各变化参数下的节点模型在破坏形态上都表现一致,均表现出钢梁翼缘的断裂破坏;不同再生骨料取代率对节点抗震性能影响不大;粘结滑移有否对节点抗震性能影响极小;混凝土等级越高,节点承载能力随之变大,但变形能力变差。研究成果可为方钢管再生混凝土柱-钢梁结构的推广和应用提供理论参考。

垂直加劲肋节点适于柱截面较小的方钢管(矩形管)柱和h型钢梁节点。因此,采用有限元方法,以垂直加劲肋长度和高度为主要参数,对垂直加劲肋节点的承载力、刚度、应力分布和破坏模式进行了分析。研究表明:垂直加劲肋节点承载力、弹性刚度较大;垂直加劲肋长度对节点承载力和刚度都有贡献;加劲肋高度只对节点刚度有影响。最后提出了加劲肋设计公式,供工程参考。

基于现行规范,设计制作方钢管混凝土-钢梁组合框架中间层中柱节点(╋)、中间层边柱节点(┣)、顶层边柱节点(┏)三种模型,并进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验。结果表明:节点在钢梁翼缘与侧板连接角隅处产生应力集中现象;在相同材料和截面尺寸条件下,顶层边柱节点比中间层中柱节点和中间层边柱节点提前达到屈服,其极限承载力介于后两者之间;三种节点滞回曲线均比较饱满,具有良好的耗能能力,节点延性均较好。利用abaqus建立有限元模型,对试件在低周反复荷载作用下的受力性能进行非线性有限元分析,分析结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析轴压比对节点承载力的影响。

通过对6个钢管混凝土柱-钢梁全螺栓连接节点及1个栓焊节点的低周反复加载试验,研究了全螺栓连接节点的破坏模式、承载力以及延性性能。试验表明：当试件的弹塑性层间位移角达到规范限值的2.15-3.02倍时,全螺栓连接试件仅在连接板件远端处钢梁翼缘上出现较小的鼓曲变形,变形幅度远小于栓焊节点;全螺栓连接节点具有更大的塑性变形能力、更大的峰值荷载和更长的屈服平台,能够满足抗震规范位移限值要求。试验指出,全螺栓连接节点的各组件在地震作用下都能发挥耗能作用,耗能机制包括连接板和钢梁翼缘间的摩擦耗能、栓杆与孔壁挤压耗能、连接板下的钢梁翼缘塑性变形耗能以及连接板远端处钢梁塑性耗能等。全螺栓连接试件的滞回曲线包括相对平直段和上升段,分别对应连接板与钢梁翼缘的滑动摩擦阶段和螺栓孔与螺杆的接触挤压阶段。试件经过多级位移循环加载后,摩擦力衰减明显,约为屈服荷载的50%;每级位移加载后期,由于螺栓杆与孔壁产生接触作用,试件的承载力相比摩擦滑移阶段明显增大,并且随位移加载幅值的增大而增大,峰值荷载可达到屈服荷载的2-3倍。

针对以往钢管混凝土梁柱节点受力性能及应用中的缺陷,提出钢梁贯穿节点.通过anysys有限元软件分析其单调荷载作用下的内力传递机理,循环荷载作用下的滞回性能、延性及耗能性能.结果表明:穿心节点有效地降低了钢管壁所受应力,提高了节点刚度,能实现"强柱弱梁"和塑性铰形成于节点区外的抗震设计理念;滞回曲线均为饱满的梭形,强度和刚度退化不明显.