工程力学 ›› 2019, Vol. 36 ›› Issue (6): 164-174.doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0275

• 土木工程学科 • 上一篇    下一篇

一种改进型方钢管柱与钢梁连接节点抗震性能研究

牟犇1,2, 王君昌1, 崔瑶3, 庞力艺1, 松尾真太朗4   

  1. 1. 青岛理工大学土木工程学院, 青岛 266033;
    2. 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;
    3. 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室, 辽宁, 大连 116024;
    4. 九州大学人间环境学府, 日本, 福冈 8120053
  • 收稿日期:2018-05-24 修回日期:2018-11-28 出版日期:2019-06-25 发布日期:2019-05-31
  • 通讯作者: 崔瑶(1983-),女(满族),辽宁人,副教授,博士,主要从事钢结构抗震方面的研究(E-mail:cuiyao@dlut.edu.cn). E-mail:cuiyao@dlut.edu.cn
  • 作者简介:牟犇(1985-),男,山东人,讲师,博士,主要从事钢结构抗震方面的研究(E-mail:mb455828122@aliyun.com);王君昌(1995-),男,山东人,硕士生,主要从事结构抗震和结构损伤识别研究(E-mail:qutwang@163.com);庞力艺(1994-),女,山东人,硕士生,主要从事结构抗震研究(E-mail:2360920413@qq.com);松尾真太朗(1980-),男,日本关东人,副教授,博士,主要从事钢结构抗震方面的研究(E-mail:matsuo@arch.kyushu-u.ac.jp).
  • 基金资助:
    山东省中青年奖励基金项目(ZR2016EEB38);国家自然科学基金项目(51678106)

THE SEISMIC PERFORMANCE OF AN IMPROVED SQUARE STEEL HOLLOW COLUMN TO STEEL BEAM JOINT

MOU Ben1,2, WANG Jun-chang1, CUI Yao3, PANG Li-yi1, Matsuo Shintaro4   

  1. 1. School of Civil Engineering, Qingdao University of Technology, Qingdao 266033, China;
    2. Cooperative Innovation Center of Engineering Construction and Safety in Shandong Blue Economic Zone, Qingdao University of Technology, Qingdao 266033, China;
    3. State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China;
    4. Graduate School of Human-Environment Studies, Kyushu University, Fukuoka 8120053, Japan
  • Received:2018-05-24 Revised:2018-11-28 Online:2019-06-25 Published:2019-05-31

摘要: 该文主要讨论了一种改进型方钢管柱与钢梁连接节点的抗震性能。通过对3个试件进行低周反复荷载试验,研究了是否采用T型件和梁截面高度比两个设计参数对节点域剪切承载力和变形能力的影响。在试验基础上,采用MSC.Marc 2012有限元软件进行了数值模拟分析,有限元模型能够较好地模拟试验试件的各项性能。试验和有限元分析结果表明:改进型高低梁柱异型节点试件应力集中主要发生在T型连接件与梁2的焊接处;虽然两种节点各部分的变形分担率十分接近,但改进型高低梁柱异型节点的剪切承载力和耗能能力分别提高了20%和200%。文末提出了T型连接装置的计算模型和设计方法,为今后实际工程应用提供了参考依据。

关键词: 改进型钢管柱与钢梁连接节点, 梁截面高度比, T型连接件, 抗震性能, 非线性有限元分析

Abstract: This paper investigates the seismic behavior of an improved square steel hollow column to steel beam joint. Three cruciform specimens are subjected to low cyclic loading to investigate the influence of the T-shape connector and beam depth ratio on the shear strength and deformation capacity of the panel zone. For comparison with the experimental data, numerical analysis is carried out by finite element software MSC. Marc 2012. The finite element model can simulate the performance of the cruciform specimens with high accuracy. The results of the experiment and the finite element analysis indicate that the stress concentration of the improved joint occurs in the welds between the T-shape connector and Beam 2. The deformation contribution of the components is similar to each other for all specimens. The shear strength and accumulated energy dissipation of the improved joints are increased by 20% and 200%, respectively. A design method for the T-shape connector is proposed, which provides the design basis for engineering practice in the future.

Key words: improved square steel hollow column to steel beam, beam-depth ratio, T-shape connector, seismic performance, nonlinear finite element analysis

中图分类号: 

  • TU392.3
[1] 牟犇, 王玲玲, 张春巍, 等. 考虑楼板影响的外环板式梁柱节点抗震性能:试验研究[J]. 工程力学, 2018, 35(2):160-168, 213. Mou Ben, Wang Lingling, Zhang Chunwei, et al. Aseismic performance of beam-to-column joints with external-diaphragm considering slab effect:Experimental investigation[J]. Engineering Mechanics, 2018, 35(2):160-168, 213. (in Chinese)
[2] 牟犇, 井后凯, 张春巍, 等. 外加强环不等高H型钢梁-方钢管柱节点抗震性能试验研究[J]. 建筑结构学报, 2018, 39(8):80-89. Mou Ben, Jing Houkai, Zhang Chunwei, et al. Experimental investigation on seismic behavior of unequal-depth H-shape steel beam to column connection with external-diaphragm[J]. Journal of Building Structures, 2018, 39(8):80-89. (in Chinese)
[3] 隋伟宁, 孙希, 王占飞, 等. 左右梁高不同异形节点设计方法及力学性能研究[J]. 工程力学, 2013, 30(S1):83-88. Sui Weining, Sun Xi, Wang Zhanfei, et al. Research on design method and mechanical performance of the irregular joint with different beam depths[J]. Engineering Mechanics, 2013, 30(S1):83-88. (in Chinese)
[4] 薛建阳, 胡宗波, 彭修宁, 等.钢结构箱形柱与梁异型节点抗剪承载力分析[J]. 土木工程学报, 2011, 44(8):9-15. Xue Jianyang, Hu Zongbo, Peng Xiuning, et al. Analysis of shear resistance of irregular joint between steel box columns and beams[J]. China Civil Engineering Journal, 2011, 44(8):9-15. (in Chinese)
[5] Miller D K. Lessons learned from the Northridge earthquake[J]. Engineering Structures, 1998, 20(4-6):249-260.
[6] 胡方鑫, 施刚, 石永久. 基于断裂力学的高强度钢材梁柱节点受力性能分析[J]. 工程力学, 2015, 32(4):41-46. Hu Fangxin, Shi Gang, Shi Yongjiu. Fracture behavior of beam-column connections using high strength steel based on fracture mechanics[J]. Engineering Mechanics, 2015, 32(4):41-46. (in Chinese)
[7] ANSI/AISC 360-10, Specification for structural steel buildings[S]. Chicago:American Institute of Steel Construction, 2010.
[8] GB 50017-2003, 钢结构设计规范[S]. 北京:中国计划出版社, 2003. GB 50017-2003, Ministry of housing and urban-rural development[S]. Beijing:China Planning Press, 2003. (in Chinese)
[9] 日本建筑学会. 钢构造接合部设计指针[S]. 东京:日本建筑学会, 2012. Architectural Institute of Japan. Recommendation for design of connections in steel structures[S]. Tokyo:Architectural Institute of Japan, 2012. (in Japanese)
[10] Eslami M, Namba H. Elasto-plastic behavior of composite beam connected to RHS column, experimental test results[J]. International Journal of Steel Structures, 2016, 16(3):901-912.
[11] Kuwahara S, Kumano T, Inoue K. The elasto-plastic behaviors of joint panels at the connection of rectangular steel column and two H-shaped beams with different depth[J]. Journal of Structure Construction Engineer, 2000, AIJ (533):175-181.
[12] 刘洪波, 谢礼立, 邵永松. 钢结构箱形柱与工字梁刚性节点有限元分析[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2007(8):1211-1215. Liu Hongbo, Xie Lili, Shao Yongsong. Finite element analyses of the rigid connections with steel box columns and I section beams[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2007(8):1211-1215. (in Chinese)
[13] 曹正罡, 杜鹏, 李江东, 等. 低周往复荷载作用下可变梁高装配式钢框架节点力学性能研究[J]. 建筑结构学报, 2015, 36(4):1-8. Cao Zhenggang, Du Peng, Li Jiangdong, et al. Research on mechanical performance of bolted height adjustable steel beam-to-column connections under low cycle reversed loading[J]. Journal of Building Structures, 2015, 36(4):1-8. (in Chinese)
[14] 李刚, 陈以一. 钢框架圆管柱梁节点域的抗剪承载力[J]. 建筑钢结构进展, 2009, 11(6):33-39. Li Gang, Chen Yiyi. Shear resistance of panel zone of frame joint connecting CHS column and H steel beams.[J]. Progress in Steel Building Structures, 2009, 11(6):33-39. (in Chinese)
[15] Kubota J, Taki M, Tsukamoto K, et al. Elasto-plastic behavior of connection between concrete-filled square steel tubular column and steel beam using split external diaphragm[R]. Annual Report, Kajima Technical Research Institute, Kajima Corporation, 2007:65-70.
[16] Imai K, Yoshida Y, Saijo K, et al. An experimental report on elasto-plastics behaviors of beam-to-column connections with an offset in right and left beam positions[J]. Journal of Structure Construction Engineer, 1991, AIJ(425):27-35.
[17] Beedle L S, Topractsologlou A A, Johnston B G. Connection for welded continuous portal frames (part Ⅲ Discussion of test results and conclusions), Progress report NO.4[J]. The Welding Journal, 1952, 11(4):543-560.
[1] 李达, 牟在根. 内嵌VV-SPSW平面钢框架结构抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 210-216.
[2] 杨志坚, 韩嘉明, 雷岳强, 赵海龙, 胡嘉飞. 预应力混凝土管桩与承台连接节点抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 248-254.
[3] 张浩, 连鸣, 苏明周, 程倩倩, 关彬林. 含可更换剪切型耗能梁段-高强钢组合框筒结构静力弹塑性数值分析[J]. 工程力学, 2019, 36(S1): 78-85.
[4] 王宇航, 刘元九, 周绪红. 腹板屈曲约束钢连梁抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(6): 49-59,69.
[5] 杨参天, 解琳琳, 李爱群, 陈越. 足尺空腔式RC框架柱抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2019, 36(6): 60-69.
[6] 曾磊, 谢炜, 郑山锁, 陈熠光, 任雯婷. T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(5): 157-165.
[7] 种迅, 张蓝方, 万金亮, 王德才, 叶献国, 解琳琳, 邵徽斌. 两层带开洞预制剪力墙抗震性能试验研究与数值模拟分析[J]. 工程力学, 2019, 36(5): 176-183.
[8] 李腾飞, 苏明周, 隋龑, 马磊, 韩丹. 高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能混合试验[J]. 工程力学, 2019, 36(4): 100-108,124.
[9] 董金芝, 张富文, 李向民. 框架-预应力摇摆墙结构抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2019, 36(4): 167-176.
[10] 徐龙河, 武虎. 设置自复位耗能支撑的斜拉桥横向抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(4): 177-187.
[11] 王伟, 胡书领, 邹超, 陈越时. 节点性能对分层装配支撑钢框架抗震性能的影响研究[J]. 工程力学, 2019, 36(4): 206-213.
[12] 王景全, 王震, 高玉峰, 诸钧政. 预制桥墩体系抗震性能研究进展:新材料、新理念、新应用[J]. 工程力学, 2019, 36(3): 1-23.
[13] 陈云, 蒋欢军, 刘涛, 万志威, 鲁正. 分级屈服型金属阻尼器抗震性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(3): 53-62.
[14] 蒋庆, 王瀚钦, 冯玉龙, 种迅. 铰支桁架-框架结构抗震设计与性能研究[J]. 工程力学, 2019, 36(3): 105-113.
[15] 朱张峰, 郭正兴. 考虑竖向与水平接缝的工字形装配式混凝土剪力墙抗震性能试验研究[J]. 工程力学, 2019, 36(3): 139-148.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 于琦;孟少平;吴京;郑开启. 预应力混凝土结构组合式非线性分析模型[J]. 工程力学, 2011, 28(11): 130 -137 .
[2] 顾致平;和兴锁;方同. 微分对接条件对次谐共振影响的研究[J]. 工程力学, 2006, 23(4): 62 -66 .
[3] 李艺;赵文;张延年. 系统刚度可靠性分析的加速算法[J]. 工程力学, 2006, 23(3): 17 -20 .
[4] 熊渊博;龙述尧;胡德安. 薄板屈曲分析的局部Petrov-Galerkin方法[J]. 工程力学, 2006, 23(1): 23 -27 .
[5] 高阳;王敏中. 定常温度热弹性梁的精化理论[J]. 工程力学, 2006, 23(2): 34 -40 .
[6] 罗战友;夏建中;龚晓南. 不同拉压模量及软化特性材料的球形孔扩张问题的统一解[J]. 工程力学, 2006, 23(4): 22 -27 .
[7] 纵智育;辛克贵;王珊. 张力膜结构初始形态分析的曲面四边形单元[J]. 工程力学, 2006, 23(3): 32 -36,2 .
[8] 李永莉;赵志岗;侯志奎. 卷积型加权残值法求解薄板的动力学问题[J]. 工程力学, 2006, 23(1): 43 -46 .
[9] 钟阳;张永山. 矩形悬臂厚板的解析解[J]. 工程力学, 2006, 23(2): 52 -55,4 .
[10] 李雷;谢水生;黄国杰. 应变梯度塑性理论下超薄梁弯曲中尺度效应的数值研究[J]. 工程力学, 2006, 23(3): 44 -48 .
X

近日,本刊多次接到来电,称有不法网站冒充《工程力学》杂志官网,并向投稿人收取高额费用。在此,我们郑重申明:

1.《工程力学》官方网站是本刊唯一的投稿渠道(原网站已停用),《工程力学》所有刊载论文必须经本刊官方网站的在线投稿审稿系统完成评审。我们不接受邮件投稿,也不通过任何中介或编辑收费组稿。

2.《工程力学》在稿件符合投稿条件并接收后会发出接收通知,请作者在接到版面费或审稿费通知时,仔细检查收款人是否为“《工程力学》杂志社”,千万不要汇款给任何的个人账号。请广大读者、作者相互转告,广为宣传!如有疑问,请来电咨询:010-62788648。

感谢大家多年来对《工程力学》的支持与厚爱,欢迎继续关注我们!

《工程力学》杂志社

2018年11月15日