方鋼管柱H字鋼梁套管加強式端板連接節(jié)點抗震性能分析

將隔板內(nèi)連式和貫通式節(jié)點相結(jié)合并加以改進,提出了h型鋼梁-鋼管柱剛性連接的新型節(jié)點。該節(jié)點既克服了隔板貫通式節(jié)點下隔板寬度大于墻體影響室內(nèi)美觀與布置的缺點,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,適合在居住建筑中使用。對該節(jié)點的抗震性能進行比較系統(tǒng)的分析研究,包括運用非線性有限元程序ansys,模擬低周反復(fù)加載試驗;制作多個足尺模型,進行實際的低周反復(fù)加載試驗。結(jié)果表明該節(jié)點具有良好的延性和耗能能力,且塑性鉸都出現(xiàn)在加強段以外的梁上。通過兩種研究方法的比較,也可以看出有限元模擬試驗是研究新型節(jié)點連接性能的有效方法,在通常情況下,能用來代替實際試驗,以達到減少研究時間和研究費用的目的。

結(jié)合國內(nèi)首次將大規(guī)格冷彎矩形鋼管作為柱材應(yīng)用到實際工程中的浙江某輕紡市場的工程實例,對冷彎矩形鋼管結(jié)構(gòu)進行分析研究。利用有限元分析軟件,對冷彎矩形鋼管柱與h型鋼梁連接節(jié)點與焊接箱形鋼管柱與h型鋼梁連接節(jié)點的抗震性能進行對比分析,探討出冷彎矩形鋼管的冷成型過程對節(jié)點抗震性能的影響。

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)點形式,制作了兩類帶內(nèi)隔板的方鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點,即栓焊連接和全對焊連接。建立同時考慮大變形的幾何非線性、高強螺栓連接的面—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,通過低周反復(fù)加載有限元分析,研究兩類節(jié)點的抗震性能,并對兩類節(jié)點的滯回曲線、骨架曲線、節(jié)點延性及耗能指標(biāo)等進行對比分析。結(jié)果表明:栓焊連接節(jié)點由于螺栓的滑移致使節(jié)點的剛度較全對焊連接節(jié)點小,螺栓的滑移導(dǎo)致節(jié)點的屈服荷載較全對焊節(jié)點低,且全對焊節(jié)點與栓焊連接節(jié)點相比,承載力較大;兩類節(jié)點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)計的要求,且全對焊連接節(jié)點的耗能能力大于栓焊連接節(jié)點的耗能能力,抗震性能優(yōu)于栓焊連接節(jié)點。為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù)。

方鋼管柱與H型鋼梁連接形式評述

方鋼管柱與H型鋼梁連接形式評述 (2)

對目前應(yīng)用與研究較多的幾類方矩形冷成型鋼管柱-h型鋼梁連接節(jié)點以及鑄鋼節(jié)點按構(gòu)造形式和受力機理進行分類,并對各自的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進行對比分析;概述鑄鋼節(jié)點的優(yōu)點和推廣的可能性。通過對這些節(jié)點形式的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的比較分析,表明每種節(jié)點都有其固有的優(yōu)點和不足,尋找一種技術(shù)經(jīng)濟各方面性能都很優(yōu)異的節(jié)點形式是不現(xiàn)實的,在實際選擇和開發(fā)節(jié)點時要根據(jù)具體情況揚長避短,工程設(shè)計人員要根據(jù)節(jié)點所在結(jié)構(gòu)的受力特點選擇合適的節(jié)點形式。

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)非線性對兩組不同構(gòu)造的端板連接進行了單調(diào)和循環(huán)荷載作用下的有限元計算,分析了端板高度、螺栓排列、螺栓直徑等因素對梁柱節(jié)點滯回性能的影響及節(jié)點承載力、初始轉(zhuǎn)動剛度、極限轉(zhuǎn)動能力、耗能能力和延性的影響。有限元計算結(jié)果表明,設(shè)計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)點的受力性能,設(shè)計了3個梁柱節(jié)點試件并對其進行低周往復(fù)循環(huán)荷載試驗,分析了角鋼短肢長肢比和角鋼厚度對試件的剛度、承載力、耗能能力、延性性能及節(jié)點域剪切變形的影響。試驗結(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,通過增加角鋼短肢長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,從而有效保護節(jié)點核心區(qū)。增加角鋼的厚度對節(jié)點的初始剛度及承載力影響明顯,隨著角鋼厚度的增加,節(jié)點的初始剛度和承載力隨之增加;增加角鋼短肢長肢比能夠提高節(jié)點的耗能能力和剛度。該節(jié)點具有較高的承載力、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,在我國還沒有設(shè)計準(zhǔn)則可循。為了促進方管柱-h型鋼梁隔板貫通式節(jié)點的應(yīng)用,在試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對其進行了有限元數(shù)值分析,對比隔板貫通節(jié)點與柱貫通節(jié)點的異同點,并分析了隔板挑出長度和軸壓比對節(jié)點承載力的影響,提出改進方向。

通過4個1/2比例的鋼管混凝土分叉柱與鋼梁連接節(jié)點的擬靜力試驗,對其滯回性能、剛度退化、延性性能、耗能能力以及破壞特征進行了研究與分析,并與纖維桿元模型模擬的結(jié)果進行了比較。結(jié)果表明:節(jié)點在梁端塑性鉸破壞模式下鋼管混凝土樹狀節(jié)點的抗震性能較好;在局部焊接破壞模式下延性較低,抗震性能相對較差;鋼管分叉柱長寬比較大時,設(shè)置縱向隔板能更好地保證節(jié)點區(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)點在節(jié)點區(qū)中斷柱的外鋼管,使鋼筋混凝土梁的縱筋在節(jié)點直通.在節(jié)點區(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2個縮尺模型試件的擬靜力試驗,得到節(jié)點試件的破壞過程、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.試驗結(jié)果表明:該種節(jié)點在低周反復(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.軸壓比的增大對于承載力有提高作用,但耗能能力和位移延性有降低趨勢.

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)濟性。為提高梁柱連接節(jié)點的承載力、減小節(jié)點變形,需在節(jié)點區(qū)外包槽鋼。本文分析了節(jié)點區(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)置等對節(jié)點強度和剛度的影響,得出了滿足剛性連接要求的節(jié)點區(qū)外包槽鋼厚度計算公式。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,槽鋼向上伸出長度以滿足安裝一排高強螺栓的要求,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)點形式。分析表明這種節(jié)點有很高的剛度和強度,能滿足剛性連接的要求。

倒槽鋼可便捷地連接管截面和實腹截面,本文論述了鋼管柱與鋼梁倒槽鋼連接節(jié)點的彎矩-轉(zhuǎn)角特性的數(shù)值分析結(jié)果。本文通過建立恰當(dāng)?shù)挠邢拊Ｐ?探討了不同節(jié)點構(gòu)造對節(jié)點彎矩-轉(zhuǎn)角特性的影響,所研究的節(jié)點參數(shù)包括柱截面形式、梁端節(jié)點類型、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)點要比連接方鋼管的節(jié)點具有更高的強度與剛度;(2)倒槽鋼的高度越高,節(jié)點的剛度和強度越低;(3)與柱子焊接時,倒槽鋼的翼緣與梁的翼緣平行會比二者相垂直的方式具有高得多的剛度與強度;(4)如梁端采用平端板,圓鋼管柱與鋼梁的倒槽鋼連接節(jié)點具有足夠的剛度和強度,可將其視為半剛性節(jié)點及部分強度節(jié)點,并在半連續(xù)節(jié)點設(shè)計中應(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,并計算焊接組合方鋼管和cfst柱的結(jié)構(gòu)承載力。制作了15個采用不同鋼管形式(焊接組合方鋼管和一般鋼管)、不同寬厚比(b/t=50,58,67)和不同混凝土強度(fck=10,40mpa)的足尺試件用于試驗,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框架抗側(cè)移剛度的影響.方法采用正交試驗設(shè)計方法設(shè)計16個正交試驗?zāi)Ｐ?利用有限元分析軟件ansys對16個正交試驗?zāi)Ｐ瓦M行有限元分析,對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)計鋼框架時抗側(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)點構(gòu)造和受力分析是設(shè)計組合結(jié)構(gòu)的一個主要內(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)點的應(yīng)力分布情況和內(nèi)力傳遞機理,以及影響節(jié)點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)點的抗震性能,對4個足尺節(jié)點試件進行了低周反復(fù)荷載試驗,分析了各試件的破壞過程及特征,并對節(jié)點的承載力、延性、耗能能力和剛度退化等抗震性能指標(biāo)進行了深入的研究與分析.結(jié)果表明,隔板貫通節(jié)點滯回曲線飽滿,具有較強的耗能能力;鋼梁翼緣與隔板的連接構(gòu)造對節(jié)點的延性、耗能能力和剛度退化影響較大,倒角放坡型節(jié)點比側(cè)板加強型節(jié)點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梁端破壞節(jié)點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)點剛度,減小核心區(qū)的剪切變形,改善隔板貫通節(jié)點的抗震性能.

為了研究方鋼管再生混凝土柱-鋼梁框架節(jié)點在不同影響因素下的抗震性能,基于現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范,以再生骨料取代率、粘結(jié)滑移、混凝土等級為設(shè)計變化參數(shù),設(shè)計并制作了4根節(jié)點模型并進行了擬靜力試驗。詳細觀察了破壞過程,得到了實測滯回曲線?；谠囼灁?shù)據(jù),詳細分析了各設(shè)計變化參數(shù)對節(jié)點承載力、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節(jié)點抗震性能影響不大;粘結(jié)滑移有否對節(jié)點抗震性能影響極小;混凝土等級越高,節(jié)點承載能力隨之變大,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)點形式,制作5個隔板貫穿式節(jié)點試件,通過低周反復(fù)加載試驗,探討此類節(jié)點的抗震性能,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度等因素對節(jié)點抗震性能的影響。試驗結(jié)果表明:各試件實測滯回曲線均比較飽滿,沒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)點的延性。運用ansys8.0對各節(jié)點試件在低周反復(fù)荷載作用下的滯回性能進行非線性模擬計算,分析軸壓比、核心區(qū)混凝土強度、隔板外伸長度等因素對節(jié)點受力性能的影響。結(jié)果表明:軸壓比和隔板外伸長度對節(jié)點受力性能的影響較大;有限元計算所得的骨架曲線與實測骨架曲線吻合較好。

針對以往鋼管混凝土梁柱節(jié)點受力性能及應(yīng)用中的缺陷,提出鋼梁貫穿節(jié)點.通過anysys有限元軟件分析其單調(diào)荷載作用下的內(nèi)力傳遞機理,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)點有效地降低了鋼管壁所受應(yīng)力,提高了節(jié)點剛度,能實現(xiàn)"強柱弱梁"和塑性鉸形成于節(jié)點區(qū)外的抗震設(shè)計理念;滯回曲線均為飽滿的梭形,強度和剛度退化不明顯.