斜向梁柱外伸端板连接节点的恢复力模型研究

为简化实际工程结构中斜向梁柱外伸端板连接节点的分析与设计，利用欧洲规范EC3的组件法提出了斜向梁柱外伸端板连接节点的恢复力模型。首先，采用组件法计算了斜向梁柱外伸端板连接节点的初始转动刚度和屈服承载力，提出了外伸端板连接节点考虑钢梁倾角影响的初始转动刚度计算公式。通过对试验试件骨架曲线的无量纲化拟合了此类节点的三折线骨架曲线模型。通过回归分析确定了斜向梁柱外伸端板连接节点的卸载刚度计算公式。在此基础上，建立了斜向梁柱外伸端板连接节点的三线型恢复力模型。通过与试验及参数有限元分析结果的对比，验证了斜向梁柱外伸端板连接节点恢复力模型的准确性，研究成果可为斜向外伸端板连接节点的工程分析提供参考。     

轻型变截面门式刚架梁-柱端板连接转动模型研究

以门式刚架端板竖放连接节点滞回试验为基础,对节点域的弯矩-转角转动关系进行研究,其中节点域定义为节点、1.0倍柱大端截面、1.5倍梁大端截面长度区域,节点域包含结构破坏位置,可反映出整个门式刚架的受力情况。首先,基于强化双线性模型,通过理论分析得到节点域的初始刚度K_0和极限弯矩M_u的计算公式;其次,根据节点试验结果,确定了分段系数β=0.87,衰减系数α=0.63;最终,建立了门式刚架端板竖放连接的节点域M-θ模型。同时,根据试验结果,拟合出弹塑性阶段卸载刚度Ku的计算公式,并给出滞回规则,建立节点域的弯矩-转角滞回模型。本文的研究可为门式刚架抗震性能简化分析奠定理论基础。     

无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析:(Ⅱ)连接转动刚度和算例分析

计算半刚性连续框架柱的有效长度系数时,必须先确定梁柱连续转动刚度。本文提出了计算无侧移框架梁柱连接转动刚度的简化方法:用梁线理论和弯矩-转角曲线确定切线连接刚度。另外,通过两个算例:门式组合框架和三层两跨组合框架,研究了连接的非线性弯矩-转角特征和荷载水平大小对有效长度系数的影响,比较了本文简化方法、Barakat-Chen简化方法与精确方法计算的有效长度系数。研究表明,本文简化方法具有很好的精确性,可以代替精确方法用于无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析和设计。     

节点连接刚性对门式刚架结构承载能力的影响

分别按《建筑结构荷载规范》（GBJ9－87）和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102。98）附录A的荷载规定对一门式刚架中摇摆柱节点连接刚性对结构承载能力的影响进行了分析。在分析中引入了节点弹簧单元,使摇摆柱与横梁的连接节点刚性从完全不考虑刚性（即铰接）到半刚性连接直至完全刚性连接之间变化,发现当适当考虑节点的连接刚性时,部分构件的内力将与完全忽略节点连接刚性时有较大差别,而与节点完全刚性连接时的内力比较接近,考虑工程实际情况,指出在结构分析中,将非刚性连接节点分别按铰接和半刚性连接处理,按最不利情况进行结构设计,对保证结构的可靠性是非常必要的,通过对比按两种荷载规定计算的结果发现,按前者分析的结果较后者的大很多,即前者的规定较后者保守。     

变截面门式刚架结构分析的微分求积单元法

本文采用一种精确、简便的数值计算方法——微分求积单元法(DQEM)对变截面门式刚架结构进行了力学分析。首先建立了一般荷载作用下变截面构件的平衡微分方程，并采用微分求积法进行离散，进而得出了较为精确的分析变截面构件的单元力学模型。该模型的刚度方程不仅反映了单元的刚度性质，而且反映了单元的实际荷载作用，可较为精确地分析变截面门式刚架结构在分布载荷作用下的受力性能。通过与有限元法计算结果的比较，表明了微分求积单元法在变截面刚架的力学分析中的正确性和优越性。微分求积单元法可用于任意形状的刚架结构的静力分析。     

具有半刚性节点性质的平面刚架弹簧单元的研究

联合应用力法与逐段刚化法推导出具有半刚性节点性质的弹簧节点梁单元和平面刚架弹簧单元的单元刚度方程. 该方法具有物理概念清楚,推导过程简便、巧妙的特点. 本文所建立的弹簧节点梁单元和平面刚架弹簧单元可以应用在具有半刚性节点性质的工程结构的承载力分析与计算中.     

焊接管结构的非线性推覆简化模型

有限元分析方法中,采用三维实体单元对焊接管结构进行离散是最为精确的建模方法,但对三维实体模型分析时会划分大量单元,导致计算时间冗长。工程中常把焊接管结构简化为刚架模型,即刚性连接的杆系系统。这种建模方式忽略了节点的局部柔度,过高地估计了整体结构的刚度,使计算结果偏于危险。为解决上述问题,在节点处引入虚拟梁单元,使其等效模拟节点的局部变形,还原支管真实长度。为了验证节点柔度对焊接管结构的影响,对典型的焊接管结构缩尺,进行了推覆试验。分别采用壳单元模型、刚架模型及引入虚拟梁单元的简化模型进行有限元模拟,并与试验结果对比分析。结果表明,刚架模型会过高的估计焊接管结构的刚度,而简化模型计算结果与壳模型、试验结果较为吻合。     

钢框架边节点抗火性能的试验研究

对8个H型截面钢框架边节点进行了抗火性能的试验研究。全部火灾试验在自行研制的火灾试验炉内进行,试验过程表明炉子性能稳定,使用方便。试验采用足尺试验形式,钢柱长3000mm,钢梁长1350mm,钢柱两端铰接,梁柱节点分为栓焊连接、全焊连接和端板连接。考虑节点形式、是否带加劲肋和端板连接节点的端板厚度三个影响因素。通过试验,得出了节点的破坏形式和节点转角随温度变化的规律。试验结果表明:火灾下,节点破坏的形式和节点的连接方式、是否带加劲肋有关;加劲肋的存在提高了端板连接节点的极限温度。     

考虑节点损伤的钢框架结构分析模型

钢框架结构在强震作用下将进入非线性状态,结构的刚度和强度等力学性能随之降低,从而影响到结构以后的抗震性能.本文利用断裂力学的基本原理,通过对栓焊节点存在焊缝裂纹的钢框架刚性连接节点的分析,推导了裂纹的有效长度和有效深度,获得了有损伤刚性连接节点的M-θ关系;并推导了节点有损伤的梁单元刚度矩阵.在数值计算的基础上分析了节点刚度变化对框架结构内力的影响,结果表明节点损伤对结构内力分析影响显著,对有损伤钢框架结构进行承载力评估时必须考虑节点损伤的影响.     

正常使用极限状态下半刚性连接组合梁框架侧移的简化计算

对于无支撑半刚性连接框架而言,仅依靠梁柱本身的抗弯刚度为整个结构提供必需的水平抗侧移刚度,在满足正常使用要求的极限情况下,很有可能是框架的侧移控制设计而不是其承载力,为了充分理解半刚性连接组合梁框架在水平荷载下的侧移特性,本文采用等效刚度梁的概念,将半刚性连接的框架简化为等效的刚接框架,通过等效刚接框架与实际半刚性连接框架有限元分析结果的比较,表明采用等效刚接框架法能准确预测半刚性连接框架的侧移.半刚性连接组合梁框架中的有关参数对其侧移具有不同的影响,半刚性连接组合梁框架的侧移计算可用等效刚接框架进行简化计算,通过算例验证了建议的简化方法不仅可以使计算大大简化,而且具有工程设计可接受的精度.     

钢框架翼缘削弱型和扩翼型节点受力性能研究

采用翼缘削弱型节点及扩翼型节点可以使塑性铰外移,缓解梁柱节点连接处应力集中,避免在焊接热影响区发生脆性破坏.针对削弱型节点、扩翼型和普通刚性节点进行了数值分析,结果表明:削弱型节点由于梁翼缘削弱,导致节点承载力降低,扩翼型节点增加了梁端翼缘板宽度,承载力高于削弱型节点和普通刚性节点.通过计算模型分析了节点的设计参数,并给出节点设计参数取值范围,为钢框架节点抗震设计提供理论分析依据.     

新型PEC柱-钢梁T形焊接加强型中节点抗震性能试验研究

为了进一步研究新型PEC柱-钢梁T形件焊接加强型中节点的抗震性能,考虑柱轴压力、PEC柱布置方式和钢板组合截面类型等设计参数,设计制作了4个中节点1∶1.6缩尺模型试件,并对其进行水平低周往复荷载试验,观测记录了各试件试验中钢材屈服或屈曲与混凝土裂缝与压溃现象,得到试件的荷载-位移滞回曲线和破坏模式。根据试验结果分析了试件的承载能力、节点连接转动刚度退化、耗能能力和节点传力机理等抗震性能。结果表明:PEC柱组合截面翼缘采取卷边措施增强了核心区混凝土的约束作用;PEC柱轴压力提高了节点的初始转动刚度,而受力变形过程中的二阶效应降低了其抗弯承载力并加快了梁截面进入屈服的损伤进程;所有试件均表现出良好的自复位功效;所有试件破坏模式均为加强T形件端部焊缝附近梁截面形成塑性铰,更好地满足"强节点弱构件"的设计要求。上述结果有助于对PEC柱-钢梁节点抗震性能的认识,可为PEC柱-钢梁组合结构设计规范制订以及工程应用提供参考。     

HPFRCC梁柱组合件节点核心区力学性能及计算模型研究

为了研究高性能纤维水泥基复合材料(High-PerformanceFiberReinforcedCementitiousComposites,HPFRCC)对框架结构节点核心区力学性能的影响,本文对6个预期损伤部位采用HPFRCC材料的带板梁柱组合件和1个钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)梁柱组合件进行拟静力试验,分析其节点核心区受剪承载能力、变形能力等．研究结果表明,与RC梁柱组合件节点相比,HPFRCC梁柱组合件节点核心区的受剪承载力提高了11.1%;峰值点的剪切变形减小了10.3%,节点核心区剪切变形对层间变形的贡献比率降低了22.7%．柱端弯矩增大系数的取值和翼缘板的宽度取值对HPFRCC节点核心区的剪切变形有显著影响,柱端弯矩增大系数达到1.6或者翼缘板宽度取值为8倍板厚都可以使节点核心区峰值点对应的剪切变形控制在0.01左右．采用BPE(Bayesian Parameter Estimation)方法进行理论分析,分别建立HPFRCC梁柱节点的剪切强度计算模型和剪切变形计算模型,模型分析结果与试验结果符合较好．     

几种典型钢框架节点连接性能的有限元仿真分析

采用有限元程序ABAQUS进行仿真分析,探讨了钢框架节点的非线性连接性能。针对几种典型节点,包括焊接连接、外伸式端板螺栓连接、平齐式端板螺栓连接、双腹板顶底角钢连接等,分别建立了相应的精化有限元分析模型,实现了结构非线性行为的真实再现和连接性能的准确评估。数值结果还给出了钢框架节点的弯矩-相对转角、弯矩-剪切转角及弯矩-节点转角三种关系曲线,并针对弯矩-节点转角曲线进行了回归分析,从而得到了四种钢框架节点的弯矩-节点转角关系式。建立的有限元分析模型可真实地模拟钢框架节点的非线性行为,分析得到了半刚性节点弯矩-转角关系的一般规律,可为钢框架梁柱连接节点的计算理论和设计方法提供重要参考和依据。     

中柱失效时组合框架压拱效应力学模型分析

钢-混凝土组合梁在正弯矩下的转动中心通常要高于其在负弯矩作用下的转动中心,因此在中柱失效工况下,组合框架中存在压拱效应．针对两榀分别采用了焊接连接和平齐式端板连接的钢-混凝土组合框架进行了拆除中柱的试验研究,记录并详细分析了压拱效应．分析结果表明,无论采取何种梁柱节点形式,组合框架中均存在压拱效应;常规压杆模型无法准确描述压拱效应的效果．提出了一种考虑钢梁下翼缘及部分腹板受拉的桁架弹簧模型,并对该模型的竖向荷载-位移公式和水平位移-竖向位移公式进行了推导,公式结果与试验结果吻合良好．本文提出的桁架弹簧模型及相应变形公式可以很好地预测压拱效应对于整体结构承载力和变形的贡献,为抗连续倒塌工况下组合框架的设计提供了参考．     

考虑剪切变形的半刚性连接钢框架P-Δ效应研究

在综合考虑剪切变形和梁柱节点连接半刚性影响的基础上,给出了框架柱的抗侧移刚度公式。当不考虑剪切变形时对本文给出的公式进行简化可得到相关文献中的公式,但本文给出公式的应用范围更广。数值算例表明:剪切变形对框架结构的P-Δ效应影响显著,与不考虑剪切变形相比,考虑剪切变形的影响所计算的层间侧移的差值已超出工程上可接受的5%的误差范围;剪切变形降低了结构的抗侧移刚度,增大了层间侧移值,应引起高度的重视。本文所编制的计算表格不仅可供工程设计人员用于前期方案阶段的估算,而且可作为对平、立面均规则的钢框架结构电算结果的校核程序使用。     

半刚接钢框架的动力分析

推导了半刚接钢框架动力有限元的质量矩阵和刚度矩阵．建立了具有不同节点初始刚度的半刚接多层钢框架及相应刚性框架的计算模型．采用ANSYS软件进行数值模拟分析，研究了节点刚度对结构自振频率的影响以及结构在谐振荷载作用下的响应，对地震波激励下的结构进行了时程分析．分析结果表明不半刚接框架节点的柔性对结构自振频率产生较大的影响，节点柔性越大，结构自振频率降低也越大，结构的抗震设计应考虑节点柔性的影响；半刚接钢框架顶点位移和柱底剪力时程曲线在地震波激励时间内表现出良好的稳定性，柔性连接可以代替刚性节点用于抗震区的钢框架设计中．     

复式钢管混凝土T形件单边螺栓节点承载力研究

T形件单边螺栓连接节点应用到复式钢管混凝土结构中可充分利用双层钢管的截面特点,传力性能好且抗震性能高。对5个节点试件进行柱端水平往复加载试验并进行了数值模拟分析,试验中T形件因加肋方式不同出现了3种变形特征,而节点整体的破坏形态均为T形件屈服后钢梁塑性变形,数值模拟结果与试验结果吻合较好。根据试验和有限元结果分析了节点传力构件的受力机理,提出T形件受拉模型,分别计算T形件翼缘和加劲肋提供的抗弯承载力,从而得到节点的抗弯极限承载力计算公式,计算结果与试验结果误差较小,与数值模拟结果也十分相近。研究结果表明采用T形件受拉模型计算的节点承载力公式适用于T形件与单边螺栓强度相匹配的情况,T形件加肋形式对节点极限承载力影响最大,其次为T形件翼缘厚度,T形件腹板厚度影响很小;此外随着T形件翼缘厚度的增加节点承载力提高越来越小,故得出了单边螺栓直径与T形件翼缘厚度的最大临界值和最佳匹配值,为该节点工程应用提供理论参考和设计依据。     

国产正交主轴齿板连接节点各项承载力性能研究

轻型木桁架常常使用进口齿板连接件,国内企业在工程实践基础上自主生产了国内产品.为确定此种自主生产的金属齿板连接节点的承载力性能,根据现行<木结构设计规范>附录M中齿板试验的操作方法,分别对该齿板的板齿极限承载力、齿抗滑移承载力、齿板受拉极限承载力及齿板受剪承载力进行了测试.在试验的基础上,对数据进行了统计分析,并将此类正交主轴齿板与进口的MITEK M-20齿板的各项承载力试验结果进行了比较.根据木结构设计规范中规定的方法,进一步计算得到了自主生产的正交主轴齿板的各项承载力设计值.分析结果表明该自主生产齿板连接节点具有良好延性和抗震性能.     

一种梁柱非线性分析新方法

提出了一种等截面梁柱非线性分析的新方法，即采用按幂函数的变截面法模拟梁柱截面刚度，建立了梁柱非线性分析的简化数学计算模型，并研究了梁柱从弹性到塑性状态时梁柱截面刚度的变化规律，通过与Chen法的比较证明了截面刚度按幂函数模拟的变截面法的正确性。在此基础上进一步应用变截面法讨论了单边塑性情况下偏心受压梁柱随偏心轴力P值的变化规律。此方法为进一步研究非线性梁柱结构提供了一种新的思路。