方鋼管柱H字鋼梁套管加強(qiáng)式端板連接節(jié)點(diǎn)抗震性能分析

將隔板內(nèi)連式和貫通式節(jié)點(diǎn)相結(jié)合并加以改進(jìn),提出了h型鋼梁-鋼管柱剛性連接的新型節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)既克服了隔板貫通式節(jié)點(diǎn)下隔板寬度大于墻體影響室內(nèi)美觀與布置的缺點(diǎn),又使梁下翼緣與柱的連接像上翼緣與柱的連接一樣得到有效加強(qiáng),適合在居住建筑中使用。對(duì)該節(jié)點(diǎn)的抗震性能進(jìn)行比較系統(tǒng)的分析研究,包括運(yùn)用非線性有限元程序ansys,模擬低周反復(fù)加載試驗(yàn);制作多個(gè)足尺模型,進(jìn)行實(shí)際的低周反復(fù)加載試驗(yàn)。結(jié)果表明該節(jié)點(diǎn)具有良好的延性和耗能能力,且塑性鉸都出現(xiàn)在加強(qiáng)段以外的梁上。通過(guò)兩種研究方法的比較,也可以看出有限元模擬試驗(yàn)是研究新型節(jié)點(diǎn)連接性能的有效方法,在通常情況下,能用來(lái)代替實(shí)際試驗(yàn),以達(dá)到減少研究時(shí)間和研究費(fèi)用的目的。

結(jié)合國(guó)內(nèi)首次將大規(guī)格冷彎矩形鋼管作為柱材應(yīng)用到實(shí)際工程中的浙江某輕紡市場(chǎng)的工程實(shí)例,對(duì)冷彎矩形鋼管結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究。利用有限元分析軟件,對(duì)冷彎矩形鋼管柱與h型鋼梁連接節(jié)點(diǎn)與焊接箱形鋼管柱與h型鋼梁連接節(jié)點(diǎn)的抗震性能進(jìn)行對(duì)比分析,探討出冷彎矩形鋼管的冷成型過(guò)程對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響。

方鋼管柱-h型鋼梁邊框內(nèi)填鋼板剪力墻是一種新型抗震剪力墻.為研究填充鋼板墻對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能和受力性能的影響規(guī)律,該文進(jìn)行了兩層單跨方鋼管柱-h型鋼梁框架結(jié)構(gòu)和內(nèi)填帶豎縫薄鋼板框架剪力墻在單調(diào)加載和低周反復(fù)加載情況下的ansys數(shù)值模擬分析,研究對(duì)比分析了兩種框架結(jié)構(gòu)的承載能力、延性、耗能能力、破壞特征以及破壞機(jī)理。結(jié)果表明,鋼板墻使鋼框架的承載能力和初始剛度大幅度提高,同時(shí)也具有良好的抗震性能和耗能能力。

根據(jù)《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》推薦的節(jié)點(diǎn)形式,制作了兩類(lèi)帶內(nèi)隔板的方鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點(diǎn),即栓焊連接和全對(duì)焊連接。建立同時(shí)考慮大變形的幾何非線性、高強(qiáng)螺栓連接的面—面接觸非線性、材料非線性等三重非線性因素的有限元分析模型,通過(guò)低周反復(fù)加載有限元分析,研究?jī)深?lèi)節(jié)點(diǎn)的抗震性能,并對(duì)兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)的滯回曲線、骨架曲線、節(jié)點(diǎn)延性及耗能指標(biāo)等進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明:栓焊連接節(jié)點(diǎn)由于螺栓的滑移致使節(jié)點(diǎn)的剛度較全對(duì)焊連接節(jié)點(diǎn)小,螺栓的滑移導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的屈服荷載較全對(duì)焊節(jié)點(diǎn)低,且全對(duì)焊節(jié)點(diǎn)與栓焊連接節(jié)點(diǎn)相比,承載力較大;兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)滯回曲線均比較飽滿,具有較好的耗能性能,由滯回曲線分析得出的耗能指標(biāo)均滿足結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要求,且全對(duì)焊連接節(jié)點(diǎn)的耗能能力大于栓焊連接節(jié)點(diǎn)的耗能能力,抗震性能優(yōu)于栓焊連接節(jié)點(diǎn)。為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

方鋼管柱與H型鋼梁連接形式評(píng)述

方鋼管柱與H型鋼梁連接形式評(píng)述 (2)

對(duì)目前應(yīng)用與研究較多的幾類(lèi)方矩形冷成型鋼管柱-h型鋼梁連接節(jié)點(diǎn)以及鑄鋼節(jié)點(diǎn)按構(gòu)造形式和受力機(jī)理進(jìn)行分類(lèi),并對(duì)各自的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析;概述鑄鋼節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)和推廣的可能性。通過(guò)對(duì)這些節(jié)點(diǎn)形式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較分析,表明每種節(jié)點(diǎn)都有其固有的優(yōu)點(diǎn)和不足,尋找一種技術(shù)經(jīng)濟(jì)各方面性能都很優(yōu)異的節(jié)點(diǎn)形式是不現(xiàn)實(shí)的,在實(shí)際選擇和開(kāi)發(fā)節(jié)點(diǎn)時(shí)要根據(jù)具體情況揚(yáng)長(zhǎng)避短,工程設(shè)計(jì)人員要根據(jù)節(jié)點(diǎn)所在結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)選擇合適的節(jié)點(diǎn)形式。

為了研究多層鋼框架半剛性梁柱端板連接的抗震性能,利用大型有限元軟件ansys,在驗(yàn)證有限元程序有效性的基礎(chǔ)上,考慮幾何非線性、材料非線性和狀態(tài)非線性對(duì)兩組不同構(gòu)造的端板連接進(jìn)行了單調(diào)和循環(huán)荷載作用下的有限元計(jì)算,分析了端板高度、螺栓排列、螺栓直徑等因素對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)滯回性能的影響及節(jié)點(diǎn)承載力、初始轉(zhuǎn)動(dòng)剛度、極限轉(zhuǎn)動(dòng)能力、耗能能力和延性的影響。有限元計(jì)算結(jié)果表明,設(shè)計(jì)合理的兩端外伸式半剛性端板連接具有良好的延性和耗能能力,可以應(yīng)用于多層抗震鋼框架中。

為了研究地震作用下方鋼管混凝土柱-鋼梁角鋼連接節(jié)點(diǎn)的受力性能,設(shè)計(jì)了3個(gè)梁柱節(jié)點(diǎn)試件并對(duì)其進(jìn)行低周往復(fù)循環(huán)荷載試驗(yàn),分析了角鋼短肢長(zhǎng)肢比和角鋼厚度對(duì)試件的剛度、承載力、耗能能力、延性性能及節(jié)點(diǎn)域剪切變形的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:角鋼連接的塑性鉸出現(xiàn)在角鋼與柱壁相接觸部位,往復(fù)荷載下最終破壞形態(tài)為角鋼與柱壁焊接部位出現(xiàn)角鋼撕裂現(xiàn)象,通過(guò)增加角鋼短肢長(zhǎng)肢比和增加角鋼厚度可以將塑性鉸外移,使角鋼與柱壁相接觸部位的撕裂程度減輕,從而有效保護(hù)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)。增加角鋼的厚度對(duì)節(jié)點(diǎn)的初始剛度及承載力影響明顯,隨著角鋼厚度的增加,節(jié)點(diǎn)的初始剛度和承載力隨之增加;增加角鋼短肢長(zhǎng)肢比能夠提高節(jié)點(diǎn)的耗能能力和剛度。該節(jié)點(diǎn)具有較高的承載力、剛度及較大的變形能力,符合抗震設(shè)計(jì)理念。

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方管柱和h型鋼梁采用隔板貫通式連接而成的鋼框架成為多高層建筑的結(jié)構(gòu)體系的一種良好的選擇,在我國(guó)還沒(méi)有設(shè)計(jì)準(zhǔn)則可循。為了促進(jìn)方管柱-h型鋼梁隔板貫通式節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用,在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了有限元數(shù)值分析,對(duì)比隔板貫通節(jié)點(diǎn)與柱貫通節(jié)點(diǎn)的異同點(diǎn),并分析了隔板挑出長(zhǎng)度和軸壓比對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的影響,提出改進(jìn)方向。

通過(guò)4個(gè)1/2比例的鋼管混凝土分叉柱與鋼梁連接節(jié)點(diǎn)的擬靜力試驗(yàn),對(duì)其滯回性能、剛度退化、延性性能、耗能能力以及破壞特征進(jìn)行了研究與分析,并與纖維桿元模型模擬的結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:節(jié)點(diǎn)在梁端塑性鉸破壞模式下鋼管混凝土樹(shù)狀節(jié)點(diǎn)的抗震性能較好;在局部焊接破壞模式下延性較低,抗震性能相對(duì)較差;鋼管分叉柱長(zhǎng)寬比較大時(shí),設(shè)置縱向隔板能更好地保證節(jié)點(diǎn)區(qū)域的穩(wěn)定性。

研究梁通柱斷式方鋼管混凝土中節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下的受力性能和抗震性能.該種節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)區(qū)中斷柱的外鋼管,使鋼筋混凝土梁的縱筋在節(jié)點(diǎn)直通.在節(jié)點(diǎn)區(qū)設(shè)置芯鋼管、密排箍筋、豎向短筋連系上下鋼管混凝土柱.通過(guò)2個(gè)縮尺模型試件的擬靜力試驗(yàn),得到節(jié)點(diǎn)試件的破壞過(guò)程、破壞形態(tài)、試件滯回曲線和試件各組成部分的荷載-應(yīng)變關(guān)系.試驗(yàn)結(jié)果表明:該種節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下性能良好.試件破壞發(fā)生在梁根部,節(jié)點(diǎn)區(qū)尚有較大承載潛力,試件的耗能性能、位移延性良好.軸壓比的增大對(duì)于承載力有提高作用,但耗能能力和位移延性有降低趨勢(shì).

高頻焊接矩形管生產(chǎn)效率高,抗扭性能好,平面外剛度大,根據(jù)需要內(nèi)部可充填混凝土以提高抵抗局部屈曲的能力,比焊接h型鋼的輕鋼廠房有更好的經(jīng)濟(jì)性。為提高梁柱連接節(jié)點(diǎn)的承載力、減小節(jié)點(diǎn)變形,需在節(jié)點(diǎn)區(qū)外包槽鋼。本文分析了節(jié)點(diǎn)區(qū)不同厚度、不同形式外包槽鋼和不同的柱內(nèi)加勁肋設(shè)置等對(duì)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度和剛度的影響,得出了滿足剛性連接要求的節(jié)點(diǎn)區(qū)外包槽鋼厚度計(jì)算公式。研究了柱加勁肋、螺栓排列、螺栓數(shù)目、槽鋼寬度和槽鋼下伸長(zhǎng)度等的影響。建議了箱形柱柱頂與梁上翼緣齊平,槽鋼與梁端板等厚,槽鋼向上伸出長(zhǎng)度以滿足安裝一排高強(qiáng)螺栓的要求,并設(shè)置三角形加勁肋與柱頂蓋板和槽鋼焊接,箱形柱頂和槽鋼內(nèi)面滿焊的節(jié)點(diǎn)形式。分析表明這種節(jié)點(diǎn)有很高的剛度和強(qiáng)度,能滿足剛性連接的要求。

倒槽鋼可便捷地連接管截面和實(shí)腹截面,本文論述了鋼管柱與鋼梁倒槽鋼連接節(jié)點(diǎn)的彎矩-轉(zhuǎn)角特性的數(shù)值分析結(jié)果。本文通過(guò)建立恰當(dāng)?shù)挠邢拊Ｐ?探討了不同節(jié)點(diǎn)構(gòu)造對(duì)節(jié)點(diǎn)彎矩-轉(zhuǎn)角特性的影響,所研究的節(jié)點(diǎn)參數(shù)包括柱截面形式、梁端節(jié)點(diǎn)類(lèi)型、倒槽鋼的方向和高度等。有限元分析的結(jié)果表明:(1)連接圓鋼管的節(jié)點(diǎn)要比連接方鋼管的節(jié)點(diǎn)具有更高的強(qiáng)度與剛度;(2)倒槽鋼的高度越高,節(jié)點(diǎn)的剛度和強(qiáng)度越低;(3)與柱子焊接時(shí),倒槽鋼的翼緣與梁的翼緣平行會(huì)比二者相垂直的方式具有高得多的剛度與強(qiáng)度;(4)如梁端采用平端板,圓鋼管柱與鋼梁的倒槽鋼連接節(jié)點(diǎn)具有足夠的剛度和強(qiáng)度,可將其視為半剛性節(jié)點(diǎn)及部分強(qiáng)度節(jié)點(diǎn),并在半連續(xù)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中應(yīng)用。

焊接方鋼管由4塊l型的薄鋼板電弧焊而成。當(dāng)被用于cfst柱的時(shí)候,在混凝土中心位置和鋼管內(nèi)設(shè)置加勁肋防止局部屈曲。由于鋼管約束混凝土,提高了結(jié)構(gòu)承載力。介紹了如何制作焊接組合方鋼管柱,并計(jì)算焊接組合方鋼管和cfst柱的結(jié)構(gòu)承載力。制作了15個(gè)采用不同鋼管形式(焊接組合方鋼管和一般鋼管)、不同寬厚比(b/t=50,58,67)和不同混凝土強(qiáng)度(fck=10,40mpa)的足尺試件用于試驗(yàn),以確定焊接組合方鋼管柱的拼接效能和結(jié)構(gòu)優(yōu)越性。

目的分析鋼框架高跨比、框架梁的高度、框架梁截面寬度、框架柱截面寬厚比等對(duì)框架抗側(cè)移剛度的影響.方法采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)16個(gè)正交試驗(yàn)?zāi)Ｐ?利用有限元分析軟件ansys對(duì)16個(gè)正交試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行有限元分析,對(duì)鋼框架中的方鋼管柱用相同用鋼量的h型鋼柱代替模擬.結(jié)果框架的抗側(cè)移剛度主要取決因素依次是框架柱截面寬厚比、框架梁截面高度、框架梁跨度、框架梁截面寬度.結(jié)論設(shè)計(jì)鋼框架時(shí)抗側(cè)移剛度主要考慮因素是框架柱截面形式、截面寬厚比,其次是框架梁截面高度、框架梁跨度,而框架梁截面寬度影響很小可以不予考慮.

鋼管混凝土柱與梁的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和受力分析是設(shè)計(jì)組合結(jié)構(gòu)的一個(gè)主要內(nèi)容。利用ansys有限元軟件,分析了連接方鋼管混凝土柱與h型鋼梁的一種新型節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布情況和內(nèi)力傳遞機(jī)理,以及影響節(jié)點(diǎn)受力性能的主要因素。

為研究方鋼管混凝土柱與鋼梁連接的隔板貫通式節(jié)點(diǎn)的抗震性能,對(duì)4個(gè)足尺節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行了低周反復(fù)荷載試驗(yàn),分析了各試件的破壞過(guò)程及特征,并對(duì)節(jié)點(diǎn)的承載力、延性、耗能能力和剛度退化等抗震性能指標(biāo)進(jìn)行了深入的研究與分析.結(jié)果表明,隔板貫通節(jié)點(diǎn)滯回曲線飽滿,具有較強(qiáng)的耗能能力;鋼梁翼緣與隔板的連接構(gòu)造對(duì)節(jié)點(diǎn)的延性、耗能能力和剛度退化影響較大,倒角放坡型節(jié)點(diǎn)比側(cè)板加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)具有更好的抗震性能;隔板的厚度、澆筑孔徑和鋼管的寬厚比對(duì)梁端破壞節(jié)點(diǎn)的抗震性能影響較小,但在試件中澆筑混凝土可以顯著提高節(jié)點(diǎn)剛度,減小核心區(qū)的剪切變形,改善隔板貫通節(jié)點(diǎn)的抗震性能.

為了研究方鋼管再生混凝土柱-鋼梁框架節(jié)點(diǎn)在不同影響因素下的抗震性能,基于現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范,以再生骨料取代率、粘結(jié)滑移、混凝土等級(jí)為設(shè)計(jì)變化參數(shù),設(shè)計(jì)并制作了4根節(jié)點(diǎn)模型并進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)。詳細(xì)觀察了破壞過(guò)程,得到了實(shí)測(cè)滯回曲線?；谠囼?yàn)數(shù)據(jù),詳細(xì)分析了各設(shè)計(jì)變化參數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力、剛度、位移延性系數(shù)及耗能能力的影響程度。研究結(jié)果表明,各變化參數(shù)下的節(jié)點(diǎn)模型在破壞形態(tài)上都表現(xiàn)一致,均表現(xiàn)出鋼梁翼緣的斷裂破壞;不同再生骨料取代率對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能影響不大;粘結(jié)滑移有否對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能影響極小;混凝土等級(jí)越高,節(jié)點(diǎn)承載能力隨之變大,但變形能力變差。研究成果可為方鋼管再生混凝土柱-鋼梁結(jié)構(gòu)的推廣和應(yīng)用提供理論參考。

根據(jù)《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》推薦的節(jié)點(diǎn)形式,制作5個(gè)隔板貫穿式節(jié)點(diǎn)試件,通過(guò)低周反復(fù)加載試驗(yàn),探討此類(lèi)節(jié)點(diǎn)的抗震性能,分析梁端翼緣兩側(cè)的側(cè)板、鋼管柱的寬厚比以及隔板的外伸長(zhǎng)度等因素對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:各試件實(shí)測(cè)滯回曲線均比較飽滿,沒(méi)有明顯的剛度退化現(xiàn)象,具有較好的耗能性能;梁端翼緣兩側(cè)增加側(cè)板不僅可以緩解隔板與梁相交的角隅處應(yīng)力集中現(xiàn)象,而且提高了節(jié)點(diǎn)的延性。運(yùn)用ansys8.0對(duì)各節(jié)點(diǎn)試件在低周反復(fù)荷載作用下的滯回性能進(jìn)行非線性模擬計(jì)算,分析軸壓比、核心區(qū)混凝土強(qiáng)度、隔板外伸長(zhǎng)度等因素對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能的影響。結(jié)果表明:軸壓比和隔板外伸長(zhǎng)度對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能的影響較大;有限元計(jì)算所得的骨架曲線與實(shí)測(cè)骨架曲線吻合較好。

針對(duì)以往鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能及應(yīng)用中的缺陷,提出鋼梁貫穿節(jié)點(diǎn).通過(guò)anysys有限元軟件分析其單調(diào)荷載作用下的內(nèi)力傳遞機(jī)理,循環(huán)荷載作用下的滯回性能、延性及耗能性能.結(jié)果表明:穿心節(jié)點(diǎn)有效地降低了鋼管壁所受應(yīng)力,提高了節(jié)點(diǎn)剛度,能實(shí)現(xiàn)"強(qiáng)柱弱梁"和塑性鉸形成于節(jié)點(diǎn)區(qū)外的抗震設(shè)計(jì)理念;滯回曲線均為飽滿的梭形,強(qiáng)度和剛度退化不明顯.