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装配式梁柱外环板高强螺栓连接节点抗弯承载力及节点刚度研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2019年第A02期52卷 75-82页

作者：王修军王燕安琦青岛理工大学土木工程学院青岛266033 青岛理工大学蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心青岛266033

提出一种装配式梁柱外环板高强螺栓连接节点,针对节点力学性能进行了理论分析和数值模拟研究,分析节点失效破坏模式,推导节点极限抗弯承载力及节点初始转动刚度计算公式,提出装配式梁柱外环板高强螺栓连接节点弯矩-转角曲线计算方法.建... 详细信息

提出一种装配式梁柱外环板高强螺栓连接节点,针对节点力学性能进行了理论分析和数值模拟研究,分析节点失效破坏模式,推导节点极限抗弯承载力及节点初始转动刚度计算公式,提出装配式梁柱外环板高强螺栓连接节点弯矩-转角曲线计算方法.建立5个十字形节点有限元数值计算模型,运用ABAQUS有限元软件进行静力加载数值模拟,研究节点构造参数对节点力学性能影响.研究结果表明:柱宽厚比及外环板厚度对节点破坏模式有一定影响,柱宽厚比增大,节点承载力、初始转动刚度均增加,建议柱宽厚比控制在16~20;随外环板厚度增加,节点刚度有所增加,建议外环板厚度比梁翼缘厚度增加2 mm;节点弯矩-转角曲线理论计算值与数值计算值吻合较好,验证了节点弯矩-转角曲线理论计算方法的有效性.

关键词：外环板高强螺栓梁柱连接节点弯矩-转角曲线节点刚度

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考虑楼板效应的外环板式梁柱节点抗弯承载力

工程科学学报 2019年第6期41卷 824-833页

作者：王玲玲牟犇林旭川河野昭彦 )青岛理工大学土木工程学院青岛266033 中国地震局工程力学研究所哈尔滨150080 九州大学人间环境学府福冈812005

楼板的存在对梁柱节点的局部受力影响显著,在梁柱节点设计中,若仅仅把楼板与钢梁的组合效应作为安全储备,可能会产生结构由'强柱弱梁'转变成'强梁弱柱'的颠覆性结果,因此忽略混凝土楼板对节点承载力及刚度的影响是造成破坏的重要原因.... 详细信息

楼板的存在对梁柱节点的局部受力影响显著,在梁柱节点设计中,若仅仅把楼板与钢梁的组合效应作为安全储备,可能会产生结构由'强柱弱梁'转变成'强梁弱柱'的颠覆性结果,因此忽略混凝土楼板对节点承载力及刚度的影响是造成破坏的重要原因.基于已完成的带楼板的T型梁柱节点低周往复荷载试验,建立了非线性有限元分析模型.为了更加全面地了解钢梁-楼板组合节点的工作机制,进一步补充完善试验研究的不足,模型考虑了楼板与钢梁之间的栓钉连接以及材料非线性等因素,模型的计算结果与试验结果具有高吻合度.在此基础上,通过有限元参数分析,详细分析了构件尺寸效应、轴压比、楼板厚度、楼板强度和柱宽厚比共五个参数对考虑楼板影响的外环板式梁柱节点抗震性能的影响.结果表明尺寸效应、轴压比对梁端抗弯承载力及刚度的影响小到可以忽略,楼板厚度、楼板强度和柱宽厚比对梁端抗弯承载力有显著影响.结合理论分析进一步提出了考虑楼板影响的外环板式梁柱节点梁端抗弯承载力计算公式,通过对比公式计算结果与试验、有限元分析结果可得,该计算公式可较好的计算带楼板外环板式梁柱节点梁端抗弯承载力.

关键词：楼板效应外环板梁柱节点组合结构非线性有限元分析

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设分隔缝的外环板式梁柱节点受力性能研究

建筑结构 2024年

作者：王玲玲丛培通牟犇潘月月潍坊学院土木与交通学院山东理工职业学院建筑工程学院中南大学土木工程学院

针对当前外环板式梁柱节点施工困难的问题，提出对外环板在远离应力集中处做不连续处理，形成一种带分隔缝的外环板式节点，这种处理方式可以在降低施工成本的同时提高施工质量，从而促进外环板式节点的推广使用。在实际钢结构中，外环... 详细信息

针对当前外环板式梁柱节点施工困难的问题，提出对外环板在远离应力集中处做不连续处理，形成一种带分隔缝的外环板式节点，这种处理方式可以在降低施工成本的同时提高施工质量，从而促进外环板式节点的推广使用。在实际钢结构中，外环板的受力机理是主要承担柱和梁翼缘之间的拉力。为了衡量外环板的工作性能，在分析外环板节点破坏机理的基础上，推导得出外环板与方钢管柱连接下的抗拉承载力计算公式，并与有限元分析结果对比验证。在此基础上，通过有限元参数化分析，对可能影响抗拉承载力的外环板参数进行了详细分析。结果表明钢管柱厚度、外环板厚度和梁翼缘宽度对外环板抗拉承载力有显著影响。此外，通过有、无分隔缝对照组的分析结果可得，分隔缝的设置对外环板的抗拉承载力几乎没有影响。

关键词：方钢管柱外环板梁柱节点抗拉承载力分隔缝

方钢管混凝土柱与H型钢梁外环板刚接节点性能研究

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浙江工业大学学报 2011年第1期39卷 61-66页

作者：赵滇生唐鸿初刘帝祥陈杭滨浙江工业大学建筑工程学院浙江杭州310032 浙江杭萧钢构股份有限公司浙江杭州310014

通过对国标图集中方钢管混凝土柱与H型钢梁外环板刚接节点模型以及3组相应衍生模型的有限元计算分析,研究了外环板刚接节点在静力荷载下的受力性能以及影响节点刚接性能的各项因素.分析结果表明:现有标准节点偏于保守,外环板外伸宽度可... 详细信息

通过对国标图集中方钢管混凝土柱与H型钢梁外环板刚接节点模型以及3组相应衍生模型的有限元计算分析,研究了外环板刚接节点在静力荷载下的受力性能以及影响节点刚接性能的各项因素.分析结果表明:现有标准节点偏于保守,外环板外伸宽度可减小约25%;增加外环板外伸宽度和增加外环板厚度均能提高节点弹性极限承载力,后者更加经济有效;随着钢柱壁厚的增加,柱角内侧环板应力增加,外侧环板应力减小,高应力区域向柱角内侧偏移,节点弹性极限承载力随板厚增加而提高,但增幅较小.有限元分析和近似试验结果比较表明,两者吻合良好,有限元分析能较好地模拟试验过程.

关键词： ANSYS 有限元外环板方钢管混凝土柱 H型钢梁弹性极限承载力

圆钢管柱-H形钢梁外环板式半刚性连接节点有限元分析

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圆钢管柱-H形钢梁外环板式半刚性连接节点有限元分析

作者：董丽娟沈阳建筑大学

学位级别：硕士

钢结构具有重量轻、强度高、延性好、抗震性能优越、施工方便、易于运输、空间跨度大等优点而越来越多地在建筑结构中使用。钢结构建筑的广泛应用使其连接方式成为研究的重点，其中梁柱连接节点是多高层钢结构节点设计的关键问题之一，... 详细信息

钢结构具有重量轻、强度高、延性好、抗震性能优越、施工方便、易于运输、空间跨度大等优点而越来越多地在建筑结构中使用。钢结构建筑的广泛应用使其连接方式成为研究的重点，其中梁柱连接节点是多高层钢结构节点设计的关键问题之一，其设计质量直接影响结构的强度、刚度和稳定性。早期的多高层钢结构设计，一般把梁柱连接设计成刚性连接或理想铰接，然而刚性连接的节点延性差，铰接节点的层间位移大。根据震害分析对连接节点设计时保证其极限承载力，同时兼顾节点和结构延性，研究人员探索出一种新的连接方式-半刚性连接。目前，半刚性连接主要是通过焊接和使用高强螺栓将梁柱连接起来，钢结构节点采用半刚性连接，能更贴近结构的实际情况，使结构的抗震性能得到合理的利用，充分发挥钢结构良好的抗震性能。对半刚性连接梁柱节点研究分析有利于优化钢结构设计，为钢结构设计施工提供依据，促进钢结构在建筑结构中的应用，同时可以节约建筑材料，减少自然灾害对建筑物的损坏，并且完善我国现行规范对钢结构设计要求。本文通过有限元分析软件ABAQUS对外加强环式钢结构节点在单调荷载作用下的力学性能进行了研究，所采用的有限元模型通过与实验结果的对比验证了其正确性。研究所采用的梁柱节点的几何参数包括：梁翼缘宽度、梁翼缘厚度、梁腹板高度、梁腹板厚度、柱壁厚度以及外环板高度。通过对各几何参数的变化对节点延性、承载能力和刚度等进行研究，得到以上各几何参数对节点承载能力和刚度的影响曲线。外加强环式连接节点在外荷载作用下产生的变形包括：柱子的弯曲变形，梁弯曲变形和节点域的剪切变形。分析单参数变化时节点域的剪切变形对外加强环式节点抗弯承载能力和刚度的影响，提出节点承载力和刚度计算公式，并分析了计算公式的置信度。研究结果表明：梁翼缘宽度和厚度、梁腹板厚度、柱壁厚度以及外环板高度对节点承载能力、刚度、延性、应力云图和节点域的剪切变形均有不同程度的影响，腹板厚度不是影响节点力学性能的主要参数。节点屈服承载力和极限承载力的置信度为95%的置信区间分别为[0.75，1.25]和[0.7，1.3];初期刚度和屈服后节点刚度的置信度为95%的置信区间分别为[0.6，1.4]和[0.85，1.15]。计算公式均采用幂函数形式易于计算，具有很强的实用性，为外环板式钢节点设计提供可借鉴的计算公式。

关键词：钢结构节点外环板半刚性连接有限元法承载力刚度

方钢管混凝土柱-H型钢梁外环板刚接节点研究

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方钢管混凝土柱-H型钢梁外环板刚接节点研究

作者：唐鸿初浙江工业大学

学位级别：硕士

由于受到钢管的环箍约束,钢管混凝土柱中混凝土的延性得到了提高;钢管内核心混凝土的存在也使钢管壁抗局部屈曲能力得到增强。钢管混凝土柱不仅承载力高、塑性、韧性好、耐火性能好,而且能有效节省造价和缩短工期,因此钢管混凝土柱在工... 详细信息

由于受到钢管的环箍约束,钢管混凝土柱中混凝土的延性得到了提高;钢管内核心混凝土的存在也使钢管壁抗局部屈曲能力得到增强。钢管混凝土柱不仅承载力高、塑性、韧性好、耐火性能好,而且能有效节省造价和缩短工期,因此钢管混凝土柱在工程中已被大量应用。钢管混凝土柱与H型钢梁刚接节点性能的研究一直受到国内外专家、学者的重视,但已有研究主要集中于圆钢管柱节点的研究上,对方钢管柱节点的研究较为薄弱,且多数是对单轴向钢梁-柱平面节点模型的研究,对实际工程应用最为广泛的双轴交叉钢梁的三维模型研究较少;现有方钢管混凝土柱与H型钢梁外环板刚接节点的做法耗钢量较大,经济性不高,因此,研究梁柱外环板刚接节点受力性能,改进节点做法显得十分必要。本文利用有限元分析软件ANSYS,通过对国标图集中方钢管混凝土柱与H型钢梁外环板刚接标准节点模型以及3组相应衍生模型的计算分析,研究了外环板刚接节点在静力荷载下的受力性能以及影响节点刚接性能的各项因素。分析结果表明:现有标准节点构造偏于保守,外环板外伸宽度可减小约25%;增加外环板外伸宽度和增加外环板厚度均能提高节点弹性极限承载力,后者更加经济有效;随着钢柱壁厚的增加,柱角内侧环板应力增加,外侧环板应力减小,高应力区域向柱角内侧偏移,节点弹性极限承载力随板厚增加而提高,但增幅较小。外环板刚接节点在低周往复荷载下的滞回表现显示其具有良好的抗震性能;环板宽度的减小没有使节点强度和刚度产生明显的退化。有限元分析和近似试验结果比较表明,两者吻合良好,有限元分析能较好地模拟试验过程。在以上分析总结的基础上,本文提出新型的方钢管混凝土柱-H型钢梁外环板刚性连接形式:垂直加劲肋外环板节点,并利用ANSYS程序对各尺寸参数条件下的垂直加劲肋外环板节点模型组进行有限元分析,探讨了垂直加劲肋外环板节点在静力荷载下的受力性能以及影响节点刚接性能的各项因素。

关键词： ANSYS 有限元外环板方钢管混凝土柱 H型钢梁弹性极限承载力

钢管混凝土柱-钢梁外环板式及穿心螺栓式节点抗连续性倒塌性能研究

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钢管混凝土柱-钢梁外环板式及穿心螺栓式节点抗连续性倒塌性能研究

作者：郑龙兰州理工大学

学位级别：硕士

随着钢管混凝土等组合结构不断应用在国内外超高层建筑中,对新型组合构件的防灾性能研究变得刻不容缓。在结构全生命周期中可能遭受如火灾、撞击、爆炸等灾害,当结构重要竖向受力构件发生失效时,其余结构可能发生连续性倒塌。而梁柱节... 详细信息

随着钢管混凝土等组合结构不断应用在国内外超高层建筑中,对新型组合构件的防灾性能研究变得刻不容缓。在结构全生命周期中可能遭受如火灾、撞击、爆炸等灾害,当结构重要竖向受力构件发生失效时,其余结构可能发生连续性倒塌。而梁柱节点作为体系的关键传力构件,在该过程中起着举足轻重的作用。本文针对圆钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点和方钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓外伸端板式节点进行抗连续倒塌性能研究。主要工作包括以下几个方面:(1)针对圆钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点,利用数值分析的方法对课题组已有试验以及国内外相关试验进行对比验证,并进行节点抗连续倒塌性能有限元细化分析。考察该类节点在连续倒塌工况下的抗力机制、破坏形态及截面应力应变发展,并对比分析不同环板构造、材料属性及几何参数对该类节点抵抗连续倒塌能力的影响。(2)针对钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓外伸端板式节点进行抗连续倒塌单调加载试验,考察节点在连续倒塌工况下的整体变形、破坏形态、节点抗力以及关键截面应变发展,并建立方钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓外伸端板式节点有限元模型,讨论确定螺栓预紧力施加的方法,进行节点失效模式、节点核心区应力及抗力机制分析。(3)为进一步分析方钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓外伸端板式节点的破坏模式和变形过程,对该类节点的建模方法和本构选取进行细化考虑。采用ABAQUS/Explicit分析模块对节点进行抗连续倒塌性能分析,运用smooth step加载准则、控制模型动能等技术,达到静力加载的效果且各组分接触关系合理有效。选取节点大变形下合理的钢材和穿心螺栓本构模型,并在钢材和穿心螺栓材料属性中加入基于应力三轴度的延性破坏、剪切破坏和混合破坏综合断裂失效准则及断裂演化参数,最后选取国内外相关试验的数据进行模拟以验证该种有限元分析方法的准确性。(4)针对方钢管混凝土柱-钢梁穿心螺栓外伸端板式节点,着手于穿心螺栓、外伸端板和钢梁的强弱关系对节点抗连续倒塌能力的影响,设计2组(共5个)不同关键构件几何参数的节点有限元模型。利用精细有限元分析的方法对不同组别节点进行对比分析,考察关键构件几何参数对该类节点在连续倒塌工况下的破坏模式和承载力曲线的影响,并细化分析穿心螺栓、外伸端板和钢梁的变形趋势、断裂演化过程以及应力发展过程。

关键词：钢管混凝土抗连续性倒塌外环板外伸端板穿心螺栓螺栓预紧力断裂失效准则钢材本构

方钢管混凝土柱-H型钢梁外环板刚接节点非线性分析

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方钢管混凝土柱-H型钢梁外环板刚接节点非线性分析

作者：应志慧浙江工业大学

学位级别：硕士

钢管混凝土结构由于能够充分发挥钢管与混凝土两种材料的特点，且具有强度高、重量轻、抗震性能好等优点，近年来在高层建筑中得到较多应用。随着钢管混凝土结构的广泛使用，钢管混凝土节点的设计问题也越来越受到关注，国内外不少机构... 详细信息

钢管混凝土结构由于能够充分发挥钢管与混凝土两种材料的特点，且具有强度高、重量轻、抗震性能好等优点，近年来在高层建筑中得到较多应用。随着钢管混凝土结构的广泛使用，钢管混凝土节点的设计问题也越来越受到关注，国内外不少机构作了大量的研究。但目前，对方钢管混凝土柱-钢梁节点的研究主要是针对内隔板式节点，且集中于圆钢管柱节点的研究上,对方钢管混凝土柱外环板刚接节点的研究较少。本文利用有限元分析软件ANSYS，对国家标准图集中方钢管混凝土柱与H型钢梁外环板刚接节点及由其衍生的3种方钢管混凝土柱变截面节点，建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元模型，分析了4种形式节点在单调加载和低周反复加载时的受力性能，分析结果表明：4种形式节点在单调加载时，受力性能差别不大;各节点模型滞回曲线比较饱满，具有较好的延性和耗能能力，没有明显的强度和刚度退化。同时，着重分析了外环板外伸宽度、混凝土强度等级、轴压比等因素在单调加载及低周反复加载时对节点性能的影响，结果显示：随着外环板外伸宽度的减小，节点的弹性极限承载力相应降低，现有标准节点偏于保守，外环板外伸宽度可减小约25%;轴压比，混凝土等级等对节点性能影响不大。在以上分析总结的基础上，本文提出方钢管混凝土柱-H型钢梁边柱外环板刚接节点形式，并利用ANSYS程序建立有限元模型，研究了其在静力荷载下的受力性能，并探讨合理的外环板尺寸，同时分析了这种节点的滞回性能。

关键词： ANSYS 外环板方钢管混凝土柱 H型钢梁变截面边柱

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外环板加强节点域抵抗变形能力的分析

四川建材 2018年第9期44卷 74-75页

作者：魏梦洁曹锐冉朝中陈鑫李欢龚胜攀枝花学院土木与建筑工程学院四川攀枝花617000

针对钢管柱在节点域出现变形过大的问题,本文拟采取外环板对节点域进行加固处理,以减小节点域变形。为了探究外环板对节点域加固的效果,设计制作加强型节点和普通焊接节点进行实验。通过研究对比发现,采用外环板加固在很大程度上减小了... 详细信息

针对钢管柱在节点域出现变形过大的问题,本文拟采取外环板对节点域进行加固处理,以减小节点域变形。为了探究外环板对节点域加固的效果,设计制作加强型节点和普通焊接节点进行实验。通过研究对比发现,采用外环板加固在很大程度上减小了节点域变形,同时有效地避免柱壁提前出现变形,且对节点的承载能力具有一定的提高作用。

关键词：钢管柱节点域剪切变形外环板