基于整体效能的不等跨半刚性连接钢框架梁柱子结构抗倒塌设计∗

不等跨半刚性连接钢框架梁柱子结构在连续倒塌工况下短跨节点由于变形较大而率先发生破坏,结构整体的承载力将快速下降,长跨因失去短跨支持,效能得不到充分发挥。基于增大短跨节点变形能力以提升长跨效能利用的设计理念,针对顶底角钢腹板双角钢半刚性连接节点,探究增加短跨顶底角钢厚度、改变短跨梁翼缘螺栓孔形式等对子结构长短跨抗力机制发展的影响,并通过引入协同工作系数,定量说明长跨效能的发挥程度。结果表明,短跨顶底角钢厚度的增加使得短跨梁机制和悬链线机制提供的抗力明显增大,由于长短跨的协同工作,长跨梁机制和悬链线机制得到进一步发挥;在短跨梁翼缘开设长圆孔,使短跨节点具备更大的变形能力,其倒塌抗力得到提升。针对短跨栓孔长度和顶底角钢厚度的设计可使不等跨梁柱子结构的整体效能得到充分发挥,实现了长短跨协同抵抗外载的理想状态。     

连续倒塌中基于顶底角钢-腹板双角钢节点组件模型的研究

钢结构的抗连续倒塌能力一般取决于其抵抗局部损伤的能力,但这种能力往往取决于许多因素,目前还没有一个稳定可靠的判定方法。基于组件法建模原理将顶底角钢-腹板双角钢节点离散为多个对受力有贡献的基本组件,然后通过集成组件来模拟节点的受力特性,并依此构建了顶底角钢-腹板双角钢半刚性节点梁柱子结构的连续倒塌数值分析模型。结果表明:通过与试验结果比较,节点组件模型能较为准确地反映节点的断裂路径和受力发展过程,同时降低了计算成本。说明组件法在连续倒塌研究中具有重要的理论意义和应用价值,可作为连续倒塌研究的有利工具。     

受火钢框架的落锤冲击响应数值模拟

运用有限元程序ABAQUS进行数值模拟,研究不同温度下受撞击载荷钢框架结构的动力响应和梁柱连接性能,重点考察了三种梁-柱连接形式:即全焊接连接、平齐式端板连接、外伸式端板连接等对钢框架抗冲击性能的影响。对于受火和自重作用的钢框架,比较了梁的跨中挠度和梁柱交点处沿梁方向的位移,以及结构在不同环境温度下的温度场;进而采用温度加载和落锤冲击共同作用,得出结构的梁柱节点破坏模式和钢梁的临界屈曲温度,以及落锤撞击过程中跨中挠度和撞击力的发展。模拟结果表明,外伸式连接框架高温作用下的抗落锤冲击性能最好。     

火灾下钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接的力学性能

为了研究钢管混凝土框架梁柱半刚性连接的抗火性能,利用ABAQUS软件进行了火灾作用下钢管混凝土柱与钢梁外伸端板连接节点的热力耦合性能的数值模拟。确定了高温下钢材和核心混凝土的材料本构关系模型,建立了考虑楼板影响的钢管混凝土框架外伸端板连接节点的有限元计算模型,对三面受火和外荷载共同作用下节点的受力全过程进行了分析。详细分析了荷载比、螺栓预紧力、防火保护层厚度、材料特性、构件几何尺寸等参数对节点耐火极限的影响。结果表明,荷载比、螺栓预紧力、防火保护层厚度和钢梁截面高度对组合节点耐火极限的影响较显著。该研究结果将为火灾下半刚性钢管混凝土框架的设计理论提供科学依据。     

内置超弹性SMA筋-端板梁柱节点数值模拟研究

为提升混凝土框架节点的变形耗能及自复位能力,提出了一种改进的内置超弹性SMA筋—钢端板梁柱节点设计方式。基于OpenSees有限元分析平台,建立了内置超弹性SMA筋—钢端板混凝土梁柱节点的有限元数值模型,对比了低周往复荷载作用下节点滞回和骨架曲线的试验与数值模拟结果,验证了数值模型的有效性。并进一步分析了SMA筋直径和屈服强度对该新型节点滞回耗能、刚度退化和残余变形等力学性能的影响。结果表明,SMA筋的直径对新型节点的承载力和自复位耗能性能有较大影响,在适筋前提下,SMA筋直径越大,节点承载力及自复位性能越高;在一定范围内,SMA筋屈服强度的提高对节点刚度整体影响较小,对残余变形的影响较大。     

钢结构梁柱节点抗火性能研究进展与展望∗

钢结构不耐火,在一定程度上制约了钢结构的应用和发展。为了探明钢结构在火灾下的工作性能,对钢结构基本构件的抗火性能进行了大量研究,提出了相应的设计理论与方法。梁柱节点是钢结构中十分关键的部位,在火灾下的可靠连接是保证钢结构火灾安全的重要前提。为了全面了解钢结构梁柱节点在火灾下的受力性能和破坏机理,从试验研究、有限元模拟和组件分析法三个方面系统地梳理了国内外关于节点抗火性能的研究进展。比较了高温下不同类型节点的力学性能,探讨了多种关键参数对节点在火灾下工作性能的影响规律,介绍了不同类型节点的高温组件分析模型以及弯矩―转角曲线数学模型。分析表明:节点构造形式对钢框架火灾安全有较大影响;通过设置柱腹板加劲肋、提高螺栓强度等级以及增加连接件的厚度等可以有效地提高节点的抗火性能。最后剖析了钢结构梁柱节点抗火研究中存在的不足,对未来值得关注和重视的关键问题提出展望。     

方钢管混凝土柱—钢梁节点抗震性能数值分析

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作了两类带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点,即栓焊连接和全对焊连接。建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,通过低周反复加载有限元分析,研究两类节点的抗震性能,并对两类节点的滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能指标等进行对比分析。结果表明:栓焊连接节点由于螺栓的滑移致使节点的刚度较全对焊连接节点小,螺栓的滑移导致节点的屈服荷载较全对焊节点低,且全对焊节点与栓焊连接节点相比,承载力较大;两类节点滞回曲线均比较饱满,具有较好的耗能性能,由滞回曲线分析得出的耗能指标均满足结构抗震设计的要求,且全对焊连接节点的耗能能力大于栓焊连接节点的耗能能力,抗震性能优于栓焊连接节点。为钢管混凝土结构设计提供了理论依据。     

外包钢板加固混凝土框架节点应用与抗震分析

结合工程实例介绍了外包钢板加固混凝土圆形截面柱与矩形截面梁框架节点的施工方法,参照相关规范探讨了加固前后节点核心区的抗剪承载力计算公式,利用ABAQUS软件分别对工程实例的框架梁柱十字形节点、节点核心区进行了低周反复荷载作用下的抗震性能分析,结果表明:节点核心区的抗剪承载力加固后比加固前提高40%以上、并且有限元软件分析结果与理论公式计算结果比较吻合;在低周反复荷载作用下加固后与加固前相比,滞回曲线更加饱满、延性系数更大,说明加固后框架梁柱节点的耗能能力、塑性变形能力和抗震性能均比加固前得到了明显的提高,相比而言,用节点核心区的滞回性能更能准确反映节点的抗震耗能能力。     

垂直撞击下混凝土框架结构振动响应及其影响因素分析

采用ABAQUS有限元分析软件建立了三层三跨混凝土框架结构,研究了撞击位置、撞击质量和初始撞击速度对框架结构动力响应的影响。研究结果表明:撞击力峰值受初始撞击速度影响最大,其次是撞击质量,而撞击位置影响最小;梁跨中最大挠度和最终挠度受初始撞击速度的影响较大,而撞击位置和撞击质量对其影响较小;当撞击力作用于同层边跨梁时,相邻梁柱节点混凝土拉伸损伤较为严重,而当撞击力作用于同层中跨梁时,整个框架梁柱节点混凝土拉伸损伤相对较轻,但损伤分布相对较广;随着撞击质量和初始撞击速度的增大,整个框架结构损伤越来越严重,框架梁和梁柱节点是主要耗能部位。     

预制装配式结构梁柱节点被动耗能减振技术研究现状及展望∗

由于预制装配式建筑在高烈度地震区的抗震性能较差,限制了其推广使用。预制装配式框架结构作为一种常用的抗震体系,核心部位梁柱节点的连接是影响其抗震性能的主要因素。被动耗能减振技术作为一种成熟的结构振动控制技术应用于预制装配式结构中,可以显著提高结构的抗震性能。将耗能器放置于梁柱节点外部或者内部,既与节点形成新的整体部件,又实现自身被动耗能减振,形成“承载‐耗能”双功能的新型节点。总结了目前常用的被动耗能减振技术中已经成熟的摩擦阻尼器和金属阻尼器复合形成的预制装配式结构梁柱节点,梳理了本课题组首次提出的预制梁柱耗能铰节点后的研究发展现状以及局限,提出了一种预制装配式结构梁柱摩擦-金属屈服两级耗能节点,形成了高性能预制装配建筑结构抗震体系,对提高我国装配式结构设计要求和推广装配式结构的实际工程应用,具有重要的参考意义。结合作者在该领域的研究工作和成果,给出了该领域的研究方向和未来的发展趋势。