周殿文[1]2008年在《树状柱框架钢梁拼接处产生塑性铰的设计方法研究》文中指出带悬臂梁段高强螺栓拼接的刚性钢框架梁柱连接在国外被称为树状柱框架,这种连接在美国和日本的多高层房屋中应用广泛,也是我国高层钢结构技术规程和建筑抗震设计规范的推荐形式。这种连接悬臂梁段在工厂焊接,梁的拼接在工地高强螺栓连接,具有较好的耗能能力、塑性转动能力等优点。带悬臂梁段高强螺栓拼接的梁柱连接中钢梁拼接节点的设计,通常按照与梁截面等强来进行抗震设计,对其设计方法研究较少,其抗震优势也没有得到应有的发挥。因此,对这种连接形式的研究不仅具有重要的理论意义,更有重大的工程价值。本文提出了在带悬臂梁段高强螺栓拼接的梁柱连接钢梁拼接节点产生塑性铰的观点,给出了在钢梁拼接节点产生塑性铰的设计方法。在考虑材料、几何和状态叁重非线性的基础上,通过有限元软件模拟证明了按照本文所给的设计方法设计的钢梁拼接节点,可以达到将塑性铰外移至钢梁拼接节点的目的,通过在钢梁拼接处产生塑性铰,有效的保护了梁柱焊接节点,降低了梁柱连接焊缝发生脆性破坏的可能性。本文还将按本文所给设计方法设计的带悬臂梁段高强螺栓拼接的梁柱连接与按等强设计法设计的带悬臂梁段高强螺栓拼接的梁柱连接以及无拼接节点的梁柱连接的性能进行了对比,得出了一些重要结论。
黄鹏刚[2]2017年在《节点域箱形加强式工字形柱弱轴悬臂梁段连接节点的抗震破坏机理及设计对策》文中认为1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震后,人们对工地焊接的梁柱连接节点的抗震性能产生了怀疑,带悬臂梁段拼接的梁柱连接形式得到了重视。带悬臂梁段拼接的梁柱连接节点具有“工厂焊接、现场拼接”的特点,这种连接能够克服现场焊接对气候和焊工技术要求较高、焊接质量难以控制等缺点,耗能能力好,施工速度快。结合课题组前期对节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接节点(新型弱轴连接节点)的研究成果,本文设计了两个带悬臂梁段拼接的新型弱轴连接节点试件,一个为标准试件(S-2),另一个为悬臂短梁段变材性试件(S-5),利用试验及ABAQUS有限元分析软件对两试件进行了深入分析。试验研究表明:受焊缝脆断的影响,两试件的延性系数、耗能系数、刚度退化系数等没有表现出明显的规律性。试件延性系数最大值为2.44,说明带悬臂梁段拼接的新型弱轴连接节点的延性性能有待提高;两试件的节点域在最大荷载时刻仍处于弹性阶段,符合“强节点域”的受力特征;试件梁柱连接焊缝及梁梁拼接焊缝的应力均较大,为危险截面,试验过程中出现了梁梁拼接焊缝脆性断裂的情况,这对钢框架节点的抗震十分不利,故在实际工程中要严格保证该部位的焊缝质量。有限元分析表明:S-2拉向及S-5的推、拉向屈服荷载和峰值荷载误差均小于15%,这说明有限元模拟能够较好的拟合试件在循环荷载下的受力特征;有限元模拟所得的延性系数均大于试验所得但仍小于3;蒙皮板厚度对节点的破坏形式影响较大;悬臂梁段采用较高强度钢材能够推迟悬臂连接节点进入屈服阶段的时间,提高钢结构框架的极限承载力;采用梁端加强型悬臂连接节点能够提高节点的承载力,但其延性会有所降低;当悬臂梁段采用栓焊混合连接时,本文推荐悬臂梁段长度取为1-2倍梁高,但不应大于1.6米。
温煦[3]2011年在《带悬臂梁段拼接的加强型梁柱连接的抗震性能分析》文中进行了进一步梳理从人类近20年遭遇的多次地震中均可看到,钢结构多高层框架在罕遇地震作用下的破坏形式多数发生在梁柱全焊连接节点部位。本文根据前人对传统梁柱刚性连接在低周循环反复荷载作用下破坏机理的研究,发现焊接缺陷易诱发梁柱刚性连接的脆性断裂,故选取焊缝质量有保证的带悬臂梁段拼接的梁柱连接,并结合采用梁端翼缘加盖板和加腋形式构成加强型梁柱连接。以使梁端塑性铰从梁根部外移到梁上为目标,着重讨论了加强型梁柱连接的滞回性能,并对不同构造的梁柱刚性连接是否满足延性要求做出了判断。文中考虑接触滑移的叁维非线性,采用ANSYS通用有限元软件,模拟了余海群在足尺钢梁柱刚性连接节点抗震性能试验研究所建议的钢框架梁柱连接优先采用梁上翼缘加梯形盖板节点和梁下翼缘加腋节点以及基本试件无翼缘加强的带悬臂梁段拼接的梁柱连接,在单调及循环荷载作用下的滞回性能,并与试验结果进行了比较,结果吻合较好。计算结果表明,梁上翼缘加盖板节点的极限塑性转角大于0.03rad,满足《FEMA临时指南》对延性抗震框架的要求;梁下翼缘加腋节点的极限塑性转角也有可能满足《FEMA临时指南》的要求。相比之下,梁下翼缘加腋节点达到了使梁端预期塑性铰外移到梁段的目的,其性能更为优越。分析结果表明,梁柱连接受力非常复杂。梁翼缘与柱连接的坡口全熔透焊缝受柱的约束,形成叁向应力状态;坡口焊缝下设置衬板,形成人工裂纹,存在应力集中;翼缘坡口两侧设置引弧板可减少焊接起落弧的缺陷,但翼缘两侧仍存在应力集中;带悬臂梁段拼接的梁柱连接的梁腹板上下端焊接孔应力集中不明显。总体上,梁翼缘根部的叁向应力状态和应力集中是造成梁根部破坏的重要原因。最后通过对3个不同连接构造的分析结果提出了相应的抗震设计建议。
李启才[4]2002年在《带悬臂梁段拼接的梁柱连接在循环荷载作用下的破坏机理及抗震设计对策》文中研究表明带悬臂梁段高强螺栓拼接的刚性钢框架梁柱连接在美国和日本的多高层房屋和工业厂房中有着广泛的应用，也是我国高层钢结构技术规程和建筑抗震设计规范的推荐形式。这种连接具有工厂焊接，工地高强螺栓拼接的综合优势，具有较好的耗能能力、塑性转动能力等优点。但由于传统上一直按照与梁截面等强来进行抗震设计，而没有进行较多的研究，其抗震优势也没有得到应有的发挥。对于这种连接抗震性能的利用，国际上只有少数学者提出了理论设想，而没有试验或有限元模拟研究的验证。因此，对这种连接形式在循环荷载作用下的响应和破坏机理进行试验和理论分析，提出抗震设计建议和对策，不仅具有重要的理论意义，更有重大的工程价值。 为了获得对带悬臂梁段拼接的梁柱连接抗震性能的感性认识，本文首次对这种连接进行了四个试件的循环加载试验，试验侧重于对拼接节点的研究。试验结果表明：螺栓拼接节点的延性远好于梁柱焊缝连接；较弱的拼接节点产生较大的塑性变形；接触面的滑移、螺栓与孔壁的挤压和翼缘拼接板的屈曲都具有良好的耗能能力。 然后，本文在考虑材料、几何和状态叁重非线性的基础上，对该连接形式进行了全面的计算机模拟，主要考虑了带悬臂梁段全螺栓拼接的梁柱连接节点与无拼接的梁柱连接及翼缘对接焊接腹板拼接的连接节点的对比，各种设计方法之间的对比，以及翼缘拼接和腹板拼接的螺栓间距、直径和数量，拼接点与梁端之间的距离，梁和柱的翼缘、腹板厚度，柱的轴力，接触面的摩擦系数，翼缘和腹板拼接板的厚度等因素的影响。得出了一系列重要的结论。 最后，本文根据试验和有限元研究结果，提出了设计和施工建议。 本文的研究，填补了国内外在这一领域的空白。所得的结论，纠正了一些传统观念上的错误。采用本文建议的方法，不仅能够节约节点的材料用量和施工费用，而且抗震性能更好。本课题的研究对修订规范和指导工程设计有着较为重要的参考价值，也为进一步的研究奠定了基础。
朱晓宁[5]2014年在《新型梁柱装配式节点弱轴连接受力性能分析》文中研究指明钢结构由于具有施工速度快，可循环利用等优点被广泛应用于工业与民用建筑中，而钢框架体系是钢结构建筑主要的结构形式。钢框架梁柱连接节点对整个结构的刚度、强度和稳定性具有重要的影响。国内外学者们对钢框架梁柱连接节点的研究主要集中于强轴方向，对弱轴方向的连接研究相对比较少，本文研究一种新型带悬臂段装配式梁柱连接节点梁与柱腹板连接时的受力性能。本文研究的是一种新型梁柱装配式节点。该节点是通过在悬臂梁与框架梁的上下翼缘交互布置拼接板，并且预先在钢结构加工厂里完成两侧拼接板与梁的连接。在节点的现场安装过程中，两侧已经焊牢的拼接板充当定位耳板的作用，用高强度螺栓完成拼接板与另一侧梁上下翼缘以及腹板的连接。这种连接形式克服了焊接节点对施工环境敏感、对焊工技术条件要求高的缺点，现场安装过程迅速就位，施工效率高，安全性好。本文在考虑节点几何非线性、材料弹塑性以及状态非线性的基础上利用ABAQUS软件对新型梁柱装配式节点基本试件及一系列衍生试件进行单调加载和循环加载，深入研究了改变腹板连接板厚度、悬臂梁段长度以及翼缘连接板长度和厚度对节点受力性能、破坏形态、耗能能力等力学性能的影响，并得出一些重要结论，为新型梁柱连接节点的工程应用和设计提供理论指导。相应的研究成果概述如下：(1)改变翼缘拼接板厚度对节点在单向单调荷载作用下的应力分布和最大极限承载力没有明显的影响。但是过薄的翼缘拼接板在低周反复荷载作用下可能提前发生屈曲破坏，导致节点失去继续承载能力。当翼缘拼接板逐渐加厚时，节点的滞回曲线包络面积逐渐变大。加大翼缘拼接板厚度能够明显提高节点的抗震性能和延性。实际工程应用设计时，当翼缘拼接板满足翼缘拼接板截面面积A1与翼缘板截面面积A0的比值满足大于等于1.0且小于等于1.4的条件时，试件的整体受力性能最好。(2)加大腹板拼接板厚度能一定程度上提高节点的延性和极限承载力，但是效果不是很明显。实际工程设计应用时，应合理取值腹板拼接板厚度，使腹板拼接板截面面积Aw1与梁腹板截面面积Aw0的比值大于1.2且小于等于1.8。(3)过短的翼缘拼接板长度虽然能够提高节点的延性，但是因为螺栓数目的减少，会大幅度降低节点的极限承载能力。因此，在实际工程设计中，翼缘拼接板不宜过短。(4)加大悬臂梁长度对试件在单向单调荷载作用下的应力分布规律没有明显的影响，但是却大幅度降低了试件的最大极限承载力。虽然减少悬臂梁的长度可以加大节点在低周反复荷载作用下的最大极限承载力，但是过短和过长的悬臂梁长度都会减少节点的滞回曲线包络面积，降低节点的抗震性能。因此在设计新型梁柱装配式节点时要合理选择悬臂梁长度，一般可取梁高的1~1.5倍。(5)翼缘拼接板与钢梁翼缘连接焊缝处容易出现应力集中，设计时要保证足够的焊缝高度，施工时要注意焊接质量，避免焊缝发生脆性撕裂，缓和焊缝处的应力集中。
郑霖强[6]2013年在《带悬臂梁段拼接的梁柱连接节点初始转动刚度研究》文中提出带悬臂梁段拼接的梁柱连接形式是目前在我国多高层钢结构工程中使用较为广泛的一种连接形式。该节点形式在钢结构加工车间里完成悬臂梁段和柱构件的焊接连接工作，而拼接梁段与悬臂梁段之间的连接采用高强螺栓全拼接形式，此部分在工地现场完成。该连接形式克服了施工现场的焊接技术难以保证梁柱连接焊缝质量的缺点，在某种程度上起到了提高施工速度、保证施工质量的作用。但在实际工程的应用过程中依然存在问题，主要集中在两方面：1节点的初始本构关系难以确定；2如何避免梁柱焊缝发生脆性破坏，提高整体的延性。通常情况下，将梁柱之间的全焊缝连接视为刚性连接，假定其在受力过程中具有充分的强度，同时能够保证梁柱间夹角不变。但是大量的实践和研究已经证明这种假定不成立。全焊缝梁柱连接属于半刚性连接，我国颁布的《钢结构设计规范》里明确规定在进行内力分析时，应先确定所采用半刚性连接形式的弯矩-转角特性曲线。更何况对于带悬臂梁段拼接的梁柱连接形式，拼接区的力学性能可能会对梁柱连接处的力学性能产生影响。研究拼接区的主要设计参数对梁柱连接处的初始本构关系的影响程度，比较带悬臂梁段拼接的梁柱连接的初始本构关系与普通全焊接梁柱连接的差别，是本文的任务之一。本文设计制作了2个带悬臂梁段高强螺栓拼接的焊接H型钢梁柱连接节点试件，进行边柱弹性加载、中柱弹性加载和中柱低周反复加载试验，分析试验现象和破坏机理，计算初始刚度。随后运用有限元数值模拟分析，与试验结果进行比较，同时定量分析与普通全焊缝梁柱连接节点形式之间的差别，研究带悬臂梁段拼接的梁柱连接节点初始本构关系的确定方法。另一方面，上个世纪90年代的美国北岭地震和日本阪神地震中，全焊缝梁柱连接发生了大量的脆性破坏，此后大量的研究围绕着如何提高梁柱全焊缝连接节点的延性而展开。研究表明，即使采用更加严格、精细的焊接工艺技术，保证焊缝质量也不足以提高其延性。在塑性受力阶段，依靠焊缝来承受外力，或者说利用焊缝来耗散能量是行不通的。必须对节点形式加以改造，迫使塑性铰从梁柱连接处往外移。为此有学者提出了削弱型节点和增强型节点的概念。带悬臂梁段拼接的梁柱连接形式在梁上存在刚度突变，另外在弹塑性受力阶段，螺栓与拼接板之间、螺杆与孔壁之间会发生滑移，翼缘拼接连接板会发生屈曲，因此可以通过对拼接区合理地设计，使之在满足承载力要求的前提下，使此类节点的塑性铰在拼接区或其附近产生，可认为是削弱型节点的一种。本文根据目前通用的拼接区设计方法，利用有限元数值建模对主要设计参数进行研究，探求各参数对节点初始刚度和延性的影响程度。最后针对于现有的拼接区设计方法，提出合理地设计建议。
马良[7]2010年在《带楼板的钢框架中钢梁拼接节点耗能试验及理论研究》文中认为利用钢梁的拼接区消耗地震能量是提高结构抗震性能的手段之一,近年来人们对这种耗能方式的研究较多。本文首次对带有楼板的钢框架中钢梁拼接节点的耗能机理作了试验和有限元模拟研究。本文试验共有3个试件,进行了拼接节点在恒定轴力下往复加载试验,研究了拼接节点的滞回性能、耗能能力、延性、强度退化和刚度退化等特征,重点研究了楼板对钢梁高强螺栓拼接节点耗能的影响。试验研究表明:考虑混凝土板影响后,试件刚度和承载力提高;试件具有较好的延性;通过对不同配筋率和混凝土板厚度的试件研究发现,配筋率越高,混凝土板厚度越大,试件刚度和承载力越大;混凝土板和钢梁之间的抗剪连接性能对钢梁拼接节点的耗能性能有一定影响。同时对节点运用有限元ANSYS软件进行了叁维非线性有限元分析,有限元分析结果与试验结果较为吻合。本文最后提出了利用钢梁拼接区耗能的钢梁拼接节点的设计方法。
王斌[8]2011年在《利用钢梁高强度螺栓拼接节点耗能的框架结构抗震性能分析》文中提出针对拼接节点本身的研究表明,如果将刚性钢框架中钢梁的高强螺栓拼接节点设计得弱一些,可以利用高强螺栓滑移消耗地震能量。本文通过弹塑性时程分析研究钢梁高强螺栓拼接耗能节点对框架结构抗震性能的影响。根据已有节点的试验研究得出不同拼接节点两种典型的弯矩-转角关系曲线,利用连接单元模拟实际的拼接节点,并将拼接节点的弯矩-转角关系用于定义连接单元的属性。通过对试验构件滞回性能的数值模拟,验证拼接节点的弯矩-转角关系的有效性。将该弯矩-转角关系用于框架结构,利用SAP2000程序对框架结构进行弹塑性时程分析,得到框架结构在地震荷载作用下的结构反应、结构塑性铰分布以及连接单元的时程反应,进而研究耗能拼接节点对框架结构整体抗震性能的影响。研究结果表明,利用得出的弯矩-转角关系定义连接单元属性,数值模拟曲线和试验曲线的符合程度较好,能够反映高强螺栓拼接节点的耗能特点。而设置耗能拼接节点的框架结构,可以在顶点位移不显着增加的情况下有效减小结构底部剪力,和刚接模型以及双折线非耗能模型相比,能够抵抗更大的地震作用,从而改善了结构的抗震性能。
林坤洪[9]2016年在《新型方管柱与H型钢梁下贯上环隔板式节点受力性能研究与应用》文中研究说明钢结构建筑作为一种节能环保的绿色建筑,具有抗震性能好、建设污染少、综合造价低、施工周期短等优点,符合住宅产业化和可持续发展的要求。随着我国钢产量的日益增加,以及施工工艺和信息化管理水平的逐步提升,发展装配式钢结构住宅逐渐成为我国住宅产业化进程中的重要方面。在钢结构体系中,梁柱连接节点是结构的重要组成部分,节点连接的强弱影响着结构的受力性能,同时节点的构造形式也直接影响结构的使用功能。方钢管作为柱构件,在受力性能和建筑平面布置的便利性上都优于H型钢柱,然而由于受到截面形式上的限制,在与H型钢梁连接时所采用的节点构造往往出现凸出墙面、占用建筑使用空间和影响美观等问题。因此,为完善方管柱与H型钢梁的节点连接形式,满足装配式钢结构住宅的发展要求,本文提出了一种新型方管柱与H型钢梁下贯上环隔板式节点。为了研究新型节点的受力性能,本文共设计5个新型方管柱与H型钢梁下贯上环隔板式节点试件,并进行低周反复试验。通过对试验现象进行分析,明确新型节点的传力机制和破坏机理,并根据实测的节点滞回曲线,确定节点的承载能力、延性和耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明,采用下贯上环隔板式连接的新型方管柱与H型钢梁节点在破坏前钢梁翼缘均出现了明显的塑性变形,而钢柱并未发现有明显变形,充分证明了该类新型节点的设计符合“强柱弱梁,强连接弱构件”的原则；5个节点试件的滞回曲线都非常饱满,说明新型节点具有良好的耗能能力。采用有限元分析软件ANSYS对5个节点试件进行模拟分析,得到各试件的破坏形态、滞回性能、极限荷载以及应力分布等分析结果,并与试验结果进行对比,结果表明,有限元模拟结果与试验数据吻合较好。通过分析钢梁翼缘、外环板和贯通隔板的应力分布情况,证明了在过焊孔位置以及柱子转角处容易出现应力集中,因此在实际工程中应保证这些位置的焊缝质量,避免节点发生脆性破坏；有限元分析中由于未考虑焊缝的影响,因此能加载至节点域塑性充分发展,在加载后期明显地体现出了悬臂梁段采用T型钢加强连接件能增强节点域的抗剪承载力,提高梁柱连接的受力性能；根据节点有限元分析和试验测试数据,绘制出节点的M-θ曲线,计算得到节点的初始转动刚度,判定该类新型节点属于半刚接节点；说明节点钢管管壁的平面外变形刚度较弱,当节点进入塑性阶段时容易发生局部屈曲,因此在节点构造中采用T型钢连接件对节点域进行加强显得尤为重要；本文拟合出一个弯矩-转角关系模型,并且通过与试验和有限元进行对比,结果表明所提出的弯矩-转角关系模型拥有较好的精度,可供新型节点设计和实际应用参考。
魏丽[10]2013年在《一种新型梁柱装配式刚性节点力学性能研究》文中进行了进一步梳理传统钢结构梁柱连接广泛采用焊接节点形式，但焊接节点对施工现场气候、焊接技术要求高、易产生脆性破坏；且大量的焊接节点增加了检测成本和安全隐患；同时焊接形成的大型构件运输成本较高，不利于降低成本，最理想的方式是将节点单独形成产品。“装配式节点”——新住宅产业化技术，突破了焊接式整体构件连接方式，可以形成独立的标准化连接产品，替代目前焊接型住宅钢结构节点，能明显的降低系统成本，对实现钢结构建筑节能降耗能发挥独特的作用。本文研究一种新型梁柱装配式刚性连接节点，它包括钢柱和与钢柱焊接的悬臂梁段、钢框架梁、拼接板及配套的螺栓，其中梁的上翼缘拼接板布置在钢框架梁上侧，并预先在工厂内与上翼缘完成焊接，梁的下翼缘拼接板布置在悬臂梁下侧，并预先在工厂内与下翼缘完成焊接，在现场安装过程中，梁的上、下翼缘充当就位板的作用，构件就位后，梁的上、下翼缘和腹板全部用螺栓连接，实现梁柱节点的刚性连接。这种连接形式克服了焊缝连接的延性差，易产生脆性裂缝以及施工现场对气候、焊工技术要求高等缺点，具有耗能能力好、变形能力强、施工速度快、施工质量易保证等优点。本文以新型梁柱装配式刚性节点为研究对象，分别利用等强度设计法，实用设计法，精确设计法和简化设计法设计新型梁柱装配式刚性节点。利用有限元分析软件ABAQUS对四种方法设计的节点进行非线性数值分析，对新型梁柱装配式刚性节点的力学性能进行对比分析。在对新型梁柱装配式刚性节点等强度初步设计的基础上，通过变化梁翼缘拼接板宽度、厚度、长度、梁段预留长度和梁腹板拼接板厚度五个参数设计了5个系列共23个模型，研究拼接参数对节点力学性能的影响。对节点分别施加单调静力荷载和低周反复荷载，得到在单调荷载作用下的破坏模式和荷载-位移曲线以及在循环荷载作用下的破坏模式和滞回曲线，揭示了节点的承载力、滞回性能和破坏模式随拼接参数的变化规律，并给出参数合理取值范围。最后主要通过变化钢柱节点域柱翼缘板厚度和横向加劲肋厚度来研究这两个几何参数取值对节点域力学性能的影响，并给出这两个参数的取值范围。
参考文献：
[1]. 树状柱框架钢梁拼接处产生塑性铰的设计方法研究[D]. 周殿文. 西安建筑科技大学. 2008
[2]. 节点域箱形加强式工字形柱弱轴悬臂梁段连接节点的抗震破坏机理及设计对策[D]. 黄鹏刚. 长安大学. 2017
[3]. 带悬臂梁段拼接的加强型梁柱连接的抗震性能分析[D]. 温煦. 兰州理工大学. 2011
[4]. 带悬臂梁段拼接的梁柱连接在循环荷载作用下的破坏机理及抗震设计对策[D]. 李启才. 西安建筑科技大学. 2002
[5]. 新型梁柱装配式节点弱轴连接受力性能分析[D]. 朱晓宁. 青岛理工大学. 2014
[6]. 带悬臂梁段拼接的梁柱连接节点初始转动刚度研究[D]. 郑霖强. 华南理工大学. 2013
[7]. 带楼板的钢框架中钢梁拼接节点耗能试验及理论研究[D]. 马良. 苏州科技学院. 2010
[8]. 利用钢梁高强度螺栓拼接节点耗能的框架结构抗震性能分析[D]. 王斌. 苏州科技学院. 2011
[9]. 新型方管柱与H型钢梁下贯上环隔板式节点受力性能研究与应用[D]. 林坤洪. 东南大学. 2016
[10]. 一种新型梁柱装配式刚性节点力学性能研究[D]. 魏丽. 青岛理工大学. 2013
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