H型鋼梁柱外伸端板螺栓連接節(jié)點(diǎn)的性能研究

利用有限元ansys對(duì)外伸式端板螺栓連接節(jié)點(diǎn)受力性能進(jìn)行了分析,從改變端板厚度和螺栓直徑方面進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)受力性能研究,提出了鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)時(shí)可按構(gòu)造形式劃分螺栓受力模型。

采用考慮接觸問(wèn)題的有限單元法對(duì)外伸式端板螺栓連接中普遍存在的撬力問(wèn)題作分析,重點(diǎn)探討端板接觸面中擠壓力的大小、分布規(guī)律以及影響撬力的主要因素。結(jié)合工程應(yīng)用提出了減小撬力作用和考慮撬力影響的設(shè)計(jì)建議和方法。

文章在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上,根據(jù)sac((sac是seaoc、atc、cures聯(lián)合體))有關(guān)報(bào)告中的試驗(yàn)數(shù)據(jù),用ansys模擬梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)加載的全過(guò)程,并進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元模擬數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,在此基礎(chǔ)上,對(duì)一種適用于工業(yè)建(構(gòu))筑物的新型外伸端板高強(qiáng)螺栓梁柱連接節(jié)點(diǎn)的延性性能進(jìn)行了分析,分析的結(jié)論可應(yīng)用于工程實(shí)踐及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的編制中。

梁柱外伸端板連接中螺栓會(huì)因撬力作用提早發(fā)生破壞,但目前還有沒(méi)有可靠的方法來(lái)計(jì)算撬力的大小。本文應(yīng)用三維有限元法,對(duì)外伸端板連接中受拉側(cè)螺栓拉力和撬力進(jìn)行了研究,給出了節(jié)點(diǎn)彎矩-螺栓拉力曲線、連接面受拉側(cè)撬力分布和變化規(guī)律,并對(duì)端板厚度和加勁肋厚度及形狀對(duì)螺栓撬力的影響進(jìn)行了比較,比較表明設(shè)置端板加勁肋尤其是加厚、加長(zhǎng)的加勁肋,對(duì)減小撬力更有效;并對(duì)各種螺栓拉力計(jì)算理論進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

h型鋼梁與rhs柱的端板栓接節(jié)點(diǎn)是一種新型的半剛性連接節(jié)點(diǎn),本文通過(guò)足尺試驗(yàn)與有限元軟件分析,研究其受力性能。結(jié)果表明,端板栓接節(jié)點(diǎn)的承載能力可達(dá)焊接節(jié)點(diǎn)的85%,但轉(zhuǎn)動(dòng)能力明顯大于焊接節(jié)點(diǎn),抗震性能也明顯優(yōu)于焊接節(jié)點(diǎn),具有良好的運(yùn)用前景。

t型鋼梁柱節(jié)點(diǎn)是典型的半剛性連接形式之一,目前已初步應(yīng)用在工程實(shí)踐中。本文對(duì)t型鋼連接原型模型進(jìn)行循環(huán)荷載作用下的試驗(yàn)研究,并對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行非線性有限元分析計(jì)算,分析了剖分t型鋼梁柱連接節(jié)點(diǎn)在循環(huán)荷載作用下的破壞機(jī)理,為t型鋼梁柱連接在鋼框架中的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

剖分t型鋼梁柱連接滯回性能研究 王新武1布欣1 （1洛陽(yáng)理工學(xué)院土木工程系，河南洛陽(yáng)471023） 摘要：t型鋼梁柱節(jié)點(diǎn)是典型的半剛性連接形式之一，目前已初步應(yīng)用在工程實(shí)踐中。本文對(duì)t型鋼連接 原型模型進(jìn)行循環(huán)荷載作用下的試驗(yàn)研究，并對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行非線性有限元分析計(jì)算，全面系統(tǒng)的分析了 剖分t型鋼梁柱連接節(jié)點(diǎn)在循環(huán)荷載作用下的破壞機(jī)理，為t型鋼梁柱連接在鋼框架中的應(yīng)用提供一定的 理論依據(jù)。 關(guān)鍵詞：剖分t型鋼；循環(huán)荷載；滯回特性；非線性分析 1.前言 實(shí)際工程中運(yùn)用的鋼框架梁柱連接都處在完全剛性和理想鉸接之間，t型鋼連接屬于典 型的半剛性連接形式之一，且認(rèn)為是剛度比較大的連接類型之一[1][2][3]。采用這種連接方式 可以提高結(jié)構(gòu)的延性，使結(jié)構(gòu)在地震作用下有較好的耗能能力，而且這種連接方式施工方便、 快捷，具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。近些年來(lái)，人

t型鋼是典型的半剛性連接之一,目前已初步應(yīng)用在工程實(shí)踐中。對(duì)t型鋼連接進(jìn)行非線性有限元分析計(jì)算,得到了剖分t型鋼連接作為鋼框架中主要抗彎構(gòu)件擁有相當(dāng)高的強(qiáng)度和剛度以及良好的延性。對(duì)t型鋼梁柱連接在鋼框架中的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

通過(guò)19個(gè)梁柱節(jié)點(diǎn)試件的有限元分析,以端板尺寸、螺栓間距、端板加勁肋以及柱腹板加勁肋等為試驗(yàn)參數(shù),分析了節(jié)點(diǎn)的初始轉(zhuǎn)動(dòng)剛度和極限承載能力、延性與耗能、破壞形態(tài)等的影響,研究了螺栓端板連接的抗震性能,為鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供必要的理論依據(jù)。

對(duì)某角鋼塔典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行足尺試驗(yàn)研究和有限元參數(shù)分析,考察單角鋼連接節(jié)點(diǎn)板受拉剪時(shí)的工作性能和破壞模式.結(jié)果表明,單角鋼連接節(jié)點(diǎn)板受拉剪時(shí)可能發(fā)生塊狀拉剪撕裂和受拉斷裂兩種破壞模式;垂直于受力方向的螺栓孔間距、順受力方向的螺栓孔間距和節(jié)點(diǎn)板形狀對(duì)單角鋼連接節(jié)點(diǎn)板的極限承載力有顯著的影響;偏心作用只會(huì)降低節(jié)點(diǎn)板的屈服破壞承載力,對(duì)其極限承載力影響甚小.通過(guò)可靠度分析,評(píng)價(jià)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)板設(shè)計(jì)方法用于單角鋼連接節(jié)點(diǎn)板的適用性.

利用有限元程序?qū)︿摿号c鋼骨混凝土墻高強(qiáng)螺栓節(jié)點(diǎn)受力性能進(jìn)行了數(shù)值分析,并將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,同時(shí)確定了有限元程序在該結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中的應(yīng)用范圍。結(jié)果表明,在荷載作用下,墻體的最大應(yīng)力區(qū)域出現(xiàn)在墻體與錨板邊緣的接觸處;具有對(duì)稱性的雙剪板連接能夠減少扭矩的作用,改善試件的受力性能。

說(shuō)明：梁翼緣采用焊接連接，腹板采用摩擦型高強(qiáng)螺栓連接 對(duì)接焊縫的抗拉抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 m：梁端彎矩（n.m） hob:梁腹板凈高度(m) bfb:梁翼緣寬度（m） tfb:梁翼緣厚度（m） σ：焊縫強(qiáng)度(pa)#div/0! 依據(jù)美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范（aisc）中規(guī)定，對(duì)于完全焊透焊縫（cjp）坡口焊，焊縫設(shè)計(jì)強(qiáng)度由基底金屬?gòu)?qiáng)度 fl wfc w等于金屬抗拉抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值φf(shuō)y（fbm），ф=0.9 fl w，fc w 可以取0.9fy 采用螺栓個(gè)數(shù)去上述三個(gè)公式中的最大值 v梁端截面剪力（n） nv bh 單個(gè)螺栓抗剪承載力設(shè)計(jì)值(n) anw b 梁腹板扣除螺栓孔后凈截面面積(m^2) fv鋼材抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(pa) ml b 作用在梁左端的彎矩(n.m) mrb作用在梁右端的彎矩(n.m) l0梁凈跨長(zhǎng)度(m) nwb1#

結(jié)合施工工程實(shí)例,根據(jù)工程的復(fù)雜程度,分析并列出關(guān)鍵的尺寸控制部位,制定合理可行的質(zhì)量控制措施,使工程安裝順利地完成。

分析高強(qiáng)螺栓外伸端板連接中,端板厚度、螺栓直徑、節(jié)點(diǎn)域加勁肋、端板加勁肋等對(duì)高強(qiáng)螺栓拉力分布和承載力的影響。分析結(jié)果表明:1)隨著外伸端板厚度增加,高強(qiáng)螺栓受到的拉力減小,當(dāng)端板厚度較薄時(shí),由于板件變形產(chǎn)生的附加撬力使高強(qiáng)螺栓受到的拉力增大,進(jìn)一步證明了高強(qiáng)螺栓受拉連接中撬力的存在以及對(duì)其產(chǎn)生的不利影響;2)外伸端板受拉翼緣兩側(cè)螺栓受到的拉力基本相等,當(dāng)節(jié)點(diǎn)連接板件的剛度滿足設(shè)計(jì)要求時(shí),高強(qiáng)螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)中心位于受壓翼緣附近,壓應(yīng)力由端板和柱翼緣共同傳遞,螺栓拉力分布符合t型件計(jì)算模型;3)外伸端板設(shè)置斜向加勁肋,可以增加外伸端板剛度,減小撬力影響。當(dāng)節(jié)點(diǎn)域不設(shè)置加勁肋時(shí),對(duì)柱翼緣設(shè)置背板進(jìn)行局部加強(qiáng),背板的加強(qiáng)作用不明顯。研究結(jié)果可為高強(qiáng)螺栓外伸端板連接工程應(yīng)用提供參考。

利用有限元軟件ansys對(duì)端板型螺栓連接鋼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了彈塑性有限元計(jì)算,分析了節(jié)點(diǎn)中端板厚度的變化對(duì)螺栓內(nèi)力及變形的影響,討論了螺栓實(shí)際受力與設(shè)計(jì)方法的關(guān)系。進(jìn)而提出了一些在端板型鋼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)值得思考的問(wèn)題。

文章分析了撬力作用產(chǎn)生的原因,通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)端板厚度設(shè)計(jì)中采用的對(duì)撬力作用計(jì)算和設(shè)計(jì)方法的比較,提出端板厚度計(jì)算過(guò)程中考慮計(jì)算撬力作用更合理,并指出gb50017-2003中端板厚度計(jì)算沒(méi)有考慮撬力實(shí)際大小,過(guò)于保守。

針對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于外伸端板高強(qiáng)螺栓受拉連接的受力分析方法,研究端板剛性、彈塑性、塑性和t形件4種力學(xué)計(jì)算模型。端板剛性分析中將端板按無(wú)彎曲變形的剛性體考慮;彈塑性分析中假定受拉翼緣兩側(cè)的兩排螺栓承擔(dān)相同拉力,并考慮端板的部分塑性變形;塑性分析中每個(gè)螺栓的受力依賴于其本身的承載力,各排螺栓隨拉力的增大依次達(dá)到屈服;t形件模型考慮端板的彈塑性變形,將受拉翼緣和螺栓簡(jiǎn)化為t形連接件。通過(guò)例題研究4種計(jì)算模型下高強(qiáng)螺栓受拉連接的計(jì)算方法,可為工程設(shè)計(jì)提供參考。

采用組件法推導(dǎo)了端板螺栓連接初始剛度的計(jì)算方法.對(duì)螺栓預(yù)拉的情況,柱翼緣和端板的初始剛度采用跨中作用一集中力的兩端固接梁模型來(lái)計(jì)算.通過(guò)與已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證了文中公式的可行性與有效性.

梁柱端板連接中為防止柱翼緣沖切破壞,傳統(tǒng)做法是將梁端板高度范圍內(nèi)的柱翼緣局部加厚。該文提出一種柱翼緣局部外粘薄鋼板加厚的新穎連接方式,并利用有限元軟件abaqus進(jìn)行了詳細(xì)的分析。有限元計(jì)算結(jié)果表明,此種加強(qiáng)方式在規(guī)范/規(guī)程規(guī)定的傳統(tǒng)加厚節(jié)點(diǎn)極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi),可以達(dá)到與傳統(tǒng)焊接加厚形式同樣的效果,并且可以避免傳統(tǒng)形式的施工不便和應(yīng)力集中等缺陷。最后提出了粘結(jié)加強(qiáng)形式節(jié)點(diǎn)的粘結(jié)層極限荷載的計(jì)算公式與節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造要求。

給出了8個(gè)梁-柱、梁-梁外伸端板螺栓連接試樣的試驗(yàn)結(jié)果,其中4個(gè)連接件在外伸端板處使用了加勁肋。將低阻力螺栓受拉區(qū)和受壓區(qū)的失效模式進(jìn)行對(duì)比,基于整體彎矩-轉(zhuǎn)角曲線和螺栓拉應(yīng)力的發(fā)展對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。試驗(yàn)主要關(guān)注失效模式、阻力發(fā)展、剛度及扭轉(zhuǎn)能力。將試驗(yàn)結(jié)果與按照ec3提供的方法得到的分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,評(píng)估該分析方法(包括分析外伸端板處使用了加勁肋的連接件)的準(zhǔn)確性。

通過(guò)三個(gè)h型鋼梁柱頂?shù)捉卿?、腹板雙角鋼連接節(jié)點(diǎn)原型試件在往復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)研究，分析帶雙腹板角鋼的頂?shù)捉卿摰倪B接剛度、承載能力和延性特征，得出腹板角鋼對(duì)連接的承載力有明顯改善的結(jié)論，并建議在計(jì)算連接抗彎承載力時(shí)應(yīng)考慮腹板連接的影響。

螺栓連接已廣泛用于現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑中,系統(tǒng)研究其力學(xué)性能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)估意義重大。本文從螺栓連接強(qiáng)度的預(yù)測(cè)方法、力學(xué)行為模擬、螺栓預(yù)緊、螺栓連接的破壞方式,以及抗火抗震條件下的力學(xué)性能等方面進(jìn)行了總結(jié)歸納,針對(duì)目前的木結(jié)構(gòu)螺栓連接中尚未解決的問(wèn)題及有待進(jìn)一步開(kāi)展的研究項(xiàng)目,建議加強(qiáng)復(fù)螺栓連接的力學(xué)行為模擬、可靠性評(píng)價(jià)等研究。