留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点设计方法研究

王萌 毕鹏 李法雄

王萌, 毕鹏, 李法雄. 带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点设计方法研究[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 168-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0135
引用本文: 王萌, 毕鹏, 李法雄. 带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点设计方法研究[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 168-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0135
WANG Meng, BI Peng, LI Fa-xiong. DESIGN OF STEEL FRAME COVER PLATE CONNECTED JOINTS WITH LOW YIELD POINT STEEL “DUCTILE FUSES”[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 168-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0135
Citation: WANG Meng, BI Peng, LI Fa-xiong. DESIGN OF STEEL FRAME COVER PLATE CONNECTED JOINTS WITH LOW YIELD POINT STEEL “DUCTILE FUSES”[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 168-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0135

带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点设计方法研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0135
基金项目: 北京市自然科学基金项目(8182042);国家自然科学基金项目(51778042)
详细信息
    作者简介:

    王萌(1985-),女,黑龙江哈尔滨市人,副教授,博士,从事钢结构抗震研究(E-mail:wangmeng1117@gmail.com);毕鹏(1990-),男,山西省长治市人,硕士生,从事钢结构抗震研究(E-mail:bipengdeyouxiang@163.com).

    通讯作者: 李法雄(1983-),男,浙江温州市人,副研究员,博士,从事组合结构与钢结构研究(E-mail:lifaxiong.br@hotmail.com).
  • 中图分类号: TU391

DESIGN OF STEEL FRAME COVER PLATE CONNECTED JOINTS WITH LOW YIELD POINT STEEL “DUCTILE FUSES”

  • 摘要: 采用屈服点低、高延性、高耗能能力的低屈服点钢材制作钢框架节点的连接组件,实现耗散地震能量与震后可更换功能叠加,为震后可恢复功能结构提供一种优质解决方案。为提出带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点的设计方法,首先采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性计算模型,结合已有钢框架螺栓连接节点拟静力试验,验证数值模型的准确性和适用性。在此基础上,探讨不同影响因子对带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点工作性能的影响,获得各个影响因子与盖板“结构保险丝”作用的定量关系,最终提出了带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点的设计方法和设计流程,并采用实际工程设计算例进行验证。研究结果表明:拼接缝宽度、腹板盖板厚度与梁宽对节点实际承载力系数和盖板“结构保险丝”作用的影响较小;而拼接位置、梁高和翼缘盖板厚度是影响节点实际承载力系数的关键因子,设计不合理时会令“结构保险丝”作用提早失效;基于计算结果拟合得到节点设计承载力系数临界值与拼接位置和梁高的定量表达式,当设计承载力系数小于临界值时,低屈服点钢材盖板“结构保险丝”作用充分发挥;当设计承载力系数大于临界值时,随着设计承载力系数增大,低屈服点钢材盖板“结构保险丝”作用逐渐减弱。
  • [1] 陈以一, 贺修樟, 柯珂, 等. 可更换损伤元结构的特征与关键技术[J]. 建筑结构学报, 2016, 37(2):1-10. Chen Yiyi, He Xiuzhang, Ke Ke, et al. Characteristics and technical issues on structural systems with replaceable damage-concentrated elements[J]. Journal of Building Structures, 2016, 37(2):1-10. (in Chinese)
    [2] 吕西林, 陈聪. 带有可更换构件的结构体系研究进展[J]. 地震工程与工程振动, 2014, 34(1):27-36. Lü Xilin, Chen Cong. Research progress in structural systems with replaceable members[J]. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics, 2014, 34(1):27-36. (in Chinese)
    [3] 吕西林, 周颖, 陈聪. 可恢复功能抗震结构新体系研究进展[J]. 地震工程与工程振动, 2014, 34(4):130-139. Lü Xilin, Zhou Ying, Chen Cong. Research progress on innovative earthquake-resilient structural systems[J]. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics, 2014, 34(4):130-139. (in Chinese)
    [4] Castiglioni C A, Kanyilmaz A, Calado L. Experimental analysis of seismic resistant composite steel frames with dissipative devices[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2012, 76:1-12.
    [5] Shoeibi S, Kafi M A, Gholhaki M. New performance-based seismic design method for structures with structural fuse system[J]. Engineering structures, 2017, 132:745-760.
    [6] Dougka G, Dimakogianni D, Vayas I. Innovative energy dissipation systems (FUSEIS 1-1):Experimental analysis[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2014, 96:69-80.
    [7] Dimakogianni D, Dougka G, Vayas I, et al. Innovative seismic-resistant steel frames (FUSEIS 1-2):Experimental analysis[J]. Steel Construction, 2012, 5(4):212-221.
    [8] 王萌, 钱凤霞, 杨维国. 低屈服点LYP160钢材本构关系研究[J]. 建筑结构学报, 2017, 38(2):55-62. Wang Meng, Qian Fengxia, Yang Weiguo, Study on constitutive behaviors of low yield point steel LYP160[J]. Journal of Building Structures, 2017, 38(2):55-62. (in Chinese)
    [9] 王萌, 钱凤霞, 杨维国等. 低屈服点钢材与Q345B和Q460D钢材本构关系对比研究[J]. 工程力学, 2017, 34(2):60-68. Wang Meng, Qian Fengxia, Yang Weiguo, et al. Comparison study on constitutive relationship of low yield point steels, Q345b steel and Q460d steel[J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(2):60-68. (in Chinese)
    [10] 王萌, 毕鹏, 吴照章. 带低屈服点钢材"延性保险丝" 的钢框架连接节点受力行为研究[J].建筑结构学报. 2019, 40(11):131-142. Wang Meng, Bi Peng, Wu Zhaozhang. Study on behavior of steel frame connection with low yield point steel “ductile fuse”[J]. Journal of Building Structures. 2019, 40(11):131-142. (in Chinese)
    [11] 邵铁峰, 陈以一. 采用耗能角钢连接的组件可更换梁试验研究[J]. 建筑结构学报, 2016, 37(7):38-45. Shao Tiefeng, Chen Yiyi. Experimental study on steel h-beams with replaceable energy dissipation angle[J]. Journal of Building Structures, 2016, 37(7):38-45. (in Chinese)
    [12] 马人乐, 杨阳, 陈桥生等. 长圆孔变型性高强螺栓节点抗震性能试验研究[J]. 建筑结构学报, 2009, 30(1):101-106. Ma Renle, Yang Yang, Chen Qiaosheng, et al. Seismic performance testing study on high strength bolt connections with slotted holes[J]. Journal of Building Structures, 2009, 30(1):101-106. (in Chinese)
    [13] Eurocode 8, Design of structures for earthquake resistance, Part 1:General rules, seismic actions and rules for buildings, EN1998-1[S]. Brussels:European Committee for Standardization, 2004.
    [14] FEMA-350, Recommended seismic design criteria for new steel momentframe buildings[S]. Washington, DC:Federal Emergency Management Agency, 2000.
    [15] GB/T 11263-2017, 热轧H型钢和部分T型钢[S]. 北京:中国标准出版社, 2017. GB/T 11263-2017, Inspection and Quarantine of The People's Republic of China. Hot rolled H and cut T section steel[S]. Beijing:Standards Press of China, 2017. (in Chinese)
    [16] GB 50017-2017, 钢结构设计标准[S]. 北京:中国计划出版社, 2017. GB 50017-2017, Code for design of steel structure[S]. Beijing:China Planning Press, 2017. (in Chinese)
    [17] GB/T 1228-2006, 钢结构用高强度大六角头螺栓[S]. 北京:中国标准出版社, 2006. GB/T 1228-2006, High strength bolts with large hexagon head for steel structures[S]. Beijing:Standards Press of China, 2006. (in Chinese)
    [18] JGJ 82-2011, 钢结构高强度螺栓连接技术规程[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2011. JGJ 82-2011, Technical specification for high strength bolt connections of steel structures[S]. Beijing:China Architecture & Building Press, 2011. (in Chinese)
    [19] 石永久, 王萌, 王元清. 循环何在作用下结构钢材本构关系试验研究[J]. 建筑材料学报, 2012, 15(3):293-300. Shi Yongjiu, Wang Meng, Wang Yuanqing. Experimental study of structural steel constitutive relationship under cyclic loading[J]. Journal of Building Material, 2012, 15(3):293-300. (in Chinese)
    [20] Manual of steel construction:load & resistance factor design[M]. 3rd ed. Chicago:American Institute of Steel Construction, 2003:(6-70)-(6-97).
    [21] Astaneh-Asl A. Seismic design of steel columntree moment-resisting frames[D]. California:Berkeley, 1997:15-26.
    [22] 李星荣, 魏才昂, 秦斌. 钢结构连接节点设计手册:第三版[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2014, 30-38. Li Xingrong, Wei Caiang, Qin Bin. Steel structure connection design manual:third edition[M]. Beijing:China Architecture & Building Press, 2014, 30-38. (in Chinese)
  • [1] 王萌, 郭勇超.  内嵌钢板及边缘框架相互作用对带连梁低屈服点钢板剪力墙结构受力性能的影响 . 工程力学, 2020, 37(9): 184-198. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0640
    [2] 于金光, 刘利明, 郝际平.  部分组合框架-钢板剪力墙边框柱设计方法研究 . 工程力学, 2020, 37(2): 98-110. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0110
    [3] 赵志鹏, 张瑞甫, 陈清军, 潘超, 王超.  基于减震比设计方法的惯容减震结构分析 . 工程力学, 2019, 36(S1): 125-130. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S022
    [4] 王萌, 柯小刚, 吴照章.  可更换延性耗能连接组件的钢框架节点抗震性能研究 . 工程力学, 2018, 35(12): 151-163. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0743
    [5] 王萌, 钱凤霞, 杨维国, 杨璐.  低屈服点钢材与Q345B和Q460D钢材本构关系对比研究 . 工程力学, 2017, 34(2): 60-68. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0051
    [6] 刘青, 李国强, 陆烨.  内嵌屈曲约束钢板剪力墙钢框架的性能参量及计算方法 . 工程力学, 2016, 33(10): 105-115,137. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0205
    [7] 金双双, 欧进萍.  考虑边缘框架贡献的钢板剪力墙结构设计 . 工程力学, 2014, 31(3): 18-26. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0800
    [8] 郭彦林, 王小安.  一种四角钢组合约束型防屈曲支撑外围连接的设计方法研究:理论推导 . 工程力学, 2014, 31(1): 56-63,84. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.01.0004
    [9] 郝际平, 袁昌鲁, 房晨.  薄钢板剪力墙结构边框架柱的设计方法研究 . 工程力学, 2014, 31(9): 211-218,238. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.10.0982
    [10] 施刚, 林错错, 周文静, 王元清.  460MPa高强钢箱形截面轴压柱局部稳定有限元分析和设计方法研究 . 工程力学, 2014, 31(5): 128-136. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0897
    [11] 王小安, 郭彦林.  一种四角钢组合约束型防屈曲支撑外围连接的设计方法研究:数值分析 . 工程力学, 2014, 31(2): 15-24. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.01.0005
    [12] 王维玉, 赵拓.  变桩长桩筏基础优化设计数值模拟分析 . 工程力学, 2013, 30(增刊): 104-108. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.03.S009
    [13] 马 宁, 吴 斌, 欧进萍.  全钢防屈曲支撑局部稳定性设计 . 工程力学, 2013, 30(1): 134-139. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.03.0152
    [14] 马宁, 吴斌, 欧进萍.  一字形内芯全钢防屈曲支撑设计方法 . 工程力学, 2012, 29(10): 137-141,148. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.01.0017
    [15] 胡宗波.  钢结构箱形柱与梁异型节点设计方法研究 . 工程力学, 2012, 29(11): 191-196,235. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.04.0187
    [16] 陈 誉, 唐菊梅.  平面K型主圆支方钢管节点力学性能数值分析 . 工程力学, 2011, 28(8): 219-225.
    [17] 聂建国, 李法雄, 樊健生, 蔡奇.  钢-混凝土组合梁考虑剪力滞效应实用设计方法 . 工程力学, 2011, 28(11): 45-051.
    [18] 吴 波, 徐玉野.  高温下钢筋混凝土异形柱的数值分析方法 . 工程力学, 2008, 25(6): 0-099,.
    [19] 季韬, 郑建岚, 林旭健.  钢纤维钢筋混凝土梁柱节点抗震设计方法 . 工程力学, 2006, 23(5): 94-98.
    [20] 季韬, 郑作樵.  软化桁架模型在梁柱节点设计中的应用 . 工程力学, 2001, 18(6): 76-80.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  71
  • HTML全文浏览量:  3
  • PDF下载量:  59
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-21
  • 修回日期:  2019-08-16
  • 刊出日期:  2020-05-27

带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点设计方法研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0135
    基金项目:  北京市自然科学基金项目(8182042);国家自然科学基金项目(51778042)
    作者简介:

    王萌(1985-),女,黑龙江哈尔滨市人,副教授,博士,从事钢结构抗震研究(E-mail:wangmeng1117@gmail.com);毕鹏(1990-),男,山西省长治市人,硕士生,从事钢结构抗震研究(E-mail:bipengdeyouxiang@163.com).

    通讯作者: 李法雄(1983-),男,浙江温州市人,副研究员,博士,从事组合结构与钢结构研究(E-mail:lifaxiong.br@hotmail.com).
  • 中图分类号: TU391

摘要: 采用屈服点低、高延性、高耗能能力的低屈服点钢材制作钢框架节点的连接组件,实现耗散地震能量与震后可更换功能叠加,为震后可恢复功能结构提供一种优质解决方案。为提出带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点的设计方法,首先采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性计算模型,结合已有钢框架螺栓连接节点拟静力试验,验证数值模型的准确性和适用性。在此基础上,探讨不同影响因子对带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点工作性能的影响,获得各个影响因子与盖板“结构保险丝”作用的定量关系,最终提出了带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点的设计方法和设计流程,并采用实际工程设计算例进行验证。研究结果表明:拼接缝宽度、腹板盖板厚度与梁宽对节点实际承载力系数和盖板“结构保险丝”作用的影响较小;而拼接位置、梁高和翼缘盖板厚度是影响节点实际承载力系数的关键因子,设计不合理时会令“结构保险丝”作用提早失效;基于计算结果拟合得到节点设计承载力系数临界值与拼接位置和梁高的定量表达式,当设计承载力系数小于临界值时,低屈服点钢材盖板“结构保险丝”作用充分发挥;当设计承载力系数大于临界值时,随着设计承载力系数增大,低屈服点钢材盖板“结构保险丝”作用逐渐减弱。

English Abstract

王萌, 毕鹏, 李法雄. 带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点设计方法研究[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 168-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0135
引用本文: 王萌, 毕鹏, 李法雄. 带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点设计方法研究[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 168-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0135
WANG Meng, BI Peng, LI Fa-xiong. DESIGN OF STEEL FRAME COVER PLATE CONNECTED JOINTS WITH LOW YIELD POINT STEEL “DUCTILE FUSES”[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 168-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0135
Citation: WANG Meng, BI Peng, LI Fa-xiong. DESIGN OF STEEL FRAME COVER PLATE CONNECTED JOINTS WITH LOW YIELD POINT STEEL “DUCTILE FUSES”[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 168-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0135
参考文献 (22)

目录

    /

    返回文章
    返回