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建筑钢结构进展 2025年第2期27卷 91-103页

作者：李铭瑜杨怡亭王燕王梓旭青岛理工大学土木工程学院青岛266520

为实现模块化钢框架结构的高效装配,对所提出的新型模块化钢框架模块间全螺栓装配式内套筒连接节点进行了有限元与理论分析。采用经验证的ABAQUS有限元模型,分别对静力和拟静力作用下具有不同构造参数的新型模块间连接节点进行有限元参... 详细信息

为实现模块化钢框架结构的高效装配,对所提出的新型模块化钢框架模块间全螺栓装配式内套筒连接节点进行了有限元与理论分析。采用经验证的ABAQUS有限元模型,分别对静力和拟静力作用下具有不同构造参数的新型模块间连接节点进行有限元参数分析,研究了内套筒长度和厚度、连接板厚度以及模块柱间距等参数对新型节点承载能力的影响。结果表明:新型模块间内套筒连接节点的承载力及抗震性能表现良好;在梁影响域内,增加内套筒长度可显著改善新型节点的受力性能。基于分析结果,给出了新型节点的优化与设计建议,并建立了适用于该新型节点的简化恢复力模型,可为模块化钢框架结构的进一步推广与应用,以及实现建筑工业化、产业化发展提供参考。

关键词：模块化钢框架连接节点有限元分析力学性能恢复力模型

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模块化钢框架变摩擦摆隔震结构抗震性能研究

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建筑结构学报 2021年第11期42卷 1-12页

作者：尚继英谭平张亚飞戴淑丹李一明广州大学土木工程学院广东广州510006 广州大学工程抗震减震与结构安全教育部重点实验室广东广州510405 广州大学广东省地震工程与应用技术重点实验室广东广州510405 广州建筑湾区智造科技有限公司广东广州510730 广州建筑产业研究院有限公司广东广州510630

模块化建筑具有整体装配率高,施工绿色环保、高效等优点,然而其抗震性能相对较差,震后修复成本高。将隔震技术应用到模块化建筑中,可在不改动上部结构的前提下,改善其整体抗震能力。相比传统橡胶隔震技术,摩擦摆隔震技术具有承载力大、... 详细信息

模块化建筑具有整体装配率高,施工绿色环保、高效等优点,然而其抗震性能相对较差,震后修复成本高。将隔震技术应用到模块化建筑中,可在不改动上部结构的前提下,改善其整体抗震能力。相比传统橡胶隔震技术,摩擦摆隔震技术具有承载力大、工业化程度高、湿作业少等优势。为此,研发了一种自适应变摩擦摆隔震支座,分析了该支座力学特性,确定其有限元模拟方法。对变摩擦摆隔震支座进行不同工况下剪切性能试验,试验和有限元模拟结果相对误差均在10%以内,验证了有限元模拟方法的正确性。基于GB/T 51408—2021《建筑隔震设计标准》提出模块化钢框架变摩擦摆隔震结构一体化直接设计方法,以实际工程为背景,设计模块化钢框架摩擦摆和变摩擦摆隔震结构,并对非隔震结构和隔震结构的抗震性能进行对比分析。研究表明:相比摩擦摆隔震支座,所提出变摩擦方式可实现支座等效刚度增加11%左右,等效阻尼比增加18%左右;相比摩擦摆支座隔震结构,变摩擦摆支座隔震结构的楼板加速度、层间位移角、层间剪力和上部结构损伤程度略有增加,但隔震层位移明显减小,且这种特性随地震动强度的增加而愈明显,体现了变摩擦摆支座的自适应性。

关键词：模块化钢框架变摩擦摆隔震支座受剪试验一体化直接设计法抗震性能

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模块化钢框架模块间内套筒连接节点抗震性能试验研究

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建筑钢结构进展 2024年第5期26卷 1-11页

作者：张忠豪王燕安琦武文爽刘子良青岛理工大学土木工程学院山东青岛266520

设计了3个足尺模块化钢框架模块间内套筒连接节点试件,针对节点试件的抗震性能开展了拟静力低周往复加载试验,研究了节点试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、刚度退化、层间位移角和转动刚度等抗震性能指标,并对影响节点试件的抗震... 详细信息

设计了3个足尺模块化钢框架模块间内套筒连接节点试件,针对节点试件的抗震性能开展了拟静力低周往复加载试验,研究了节点试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、刚度退化、层间位移角和转动刚度等抗震性能指标,并对影响节点试件的抗震性能参数进行分析。研究结果表明:节点试件的滞回环呈梭形,且形状较为饱满,其具有较强的耗能能力;3个节点试件均出现明显的刚度退化现象且下降坡度平缓;3个节点试件的层间位移角分别为0.085 rad、0.082 rad和0.096 rad,节点试件均具有良好的转动能力和延性性能且满足节点抗震设计要求。试件破坏特征表明,在模块柱内梁的上、下翼缘对应位置设置内隔板对节点的抗震性能有显著改善作用。

关键词：模块化钢框架模块间内套筒节点滞回性能层间位移角内隔板

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模块化钢框架单元新型盒式连接节点及其设计方法

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土木与环境工程学报（中英文） 2021年第3期43卷 37-43页

作者：秦佳俊谭平尚继英李一明戴淑丹广州大学工程抗震研究中心广东省地震工程与应用技术重点实验室工程抗震减震与结构安全教育部重点实验室广州510405 广州建筑产业研究院有限公司广州510405

提出一种模块化钢框架单元(以下简称“模块单元”)的连接方法,采用盒式连接组件(BCC-1和BCC-2)、连接板即可实现2、4、8个模块单元的全螺栓连接。分析节点的受力机理,并基于中国规范给出模块单元新型盒式连接节点(以下简称:“盒式节点”... 详细信息

提出一种模块化钢框架单元(以下简称“模块单元”)的连接方法,采用盒式连接组件(BCC-1和BCC-2)、连接板即可实现2、4、8个模块单元的全螺栓连接。分析节点的受力机理,并基于中国规范给出模块单元新型盒式连接节点(以下简称:“盒式节点”)的设计流程和设计方法。以某11层模块化钢框架办公楼为例,分别对一角节点和边节点进行设计,并采用有限元软件Abaqus对节点进行循环往复加载,以验证节点的抗震性能。结果表明:角节点、边节点的塑性铰均先在BCC-1、BCC-2腹板上形成,可以在震后快速更换BCC-1、BCC-2,以恢复节点使用功能;角节点和边节点均符合ANSI/AISC 360-10规范对半刚性节点的要求,且节点滞回曲线均饱满,抗震性能好;节点极限抗弯承载力预测值与有限元结果的比值均大于90%,说明盒式节点构造、设计理念以及提出的连接设计方法合理。

关键词：模块化钢框架盒式连接节点节点刚度抗震性能设计方法

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足尺柱承重模块化钢框架稳定承载力试验研究

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同济大学学报（自然科学版） 2023年第3期51卷 375-384页

作者：曹轲翟思源李国强王卫永吕一凡陈琛重庆大学管理科学与房地产学院重庆400044 重庆大学土木工程学院重庆400044 同济大学土木工程学院上海200092 新加坡国立大学土木与环境工程系新加坡119077

为研究竖向荷载作用下柱承重模块化钢框架的受力性能、破坏机理及模块间节点对结构整体受力性能的影响,进行了模块间节点静力受弯试验与足尺2层单跨模块化钢框架竖向静力加载试验,分别得到模块间节点的刚度属性及模块化钢框架的整体稳... 详细信息

为研究竖向荷载作用下柱承重模块化钢框架的受力性能、破坏机理及模块间节点对结构整体受力性能的影响,进行了模块间节点静力受弯试验与足尺2层单跨模块化钢框架竖向静力加载试验,分别得到模块间节点的刚度属性及模块化钢框架的整体稳定承载力与破坏模式。最后,考察了模块间节点对模块化钢框架结构整体性能的影响,并验证了结构稳定承载力理论计算模型与数值分析模型。结果表明:模块间节点的半刚性属性对模块化钢框架的稳定承载力影响较大,设计时应加以考虑;竖向荷载作用下模块化钢框架破坏模式为上下层模块角柱整体失稳;子结构模型能够较好地计算柱承重模块化钢框架的整体稳定承载力。

关键词：结构工程半刚性节点模块化钢框架足尺静载试验子结构模型

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模块化钢框架-开洞冷弯薄壁型钢组合墙体结构抗震性能

模块化钢框架-开洞冷弯薄壁型钢组合墙体结构抗震性能

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作者：陈旺西安建筑科技大学

学位级别：硕士

冷弯薄壁型钢房屋在国外的应用已经有数十年历史,因其抗震性能好,结构自重轻,生态环保,结构灵活以及便于装配化施工等优点受到广泛关注。与传统钢框架建筑相比,模块化钢框架的半刚性节点是模块间连接节点,连接区域具有“多柱多梁”相交... 详细信息

冷弯薄壁型钢房屋在国外的应用已经有数十年历史,因其抗震性能好,结构自重轻,生态环保,结构灵活以及便于装配化施工等优点受到广泛关注。与传统钢框架建筑相比,模块化钢框架的半刚性节点是模块间连接节点,连接区域具有“多柱多梁”相交的特点。目前主要研究都集中在单元件连接节点上,同时规范中对于开设大尺寸洞口的冷弯薄壁型钢组合墙结构的抗剪承载力计算公式还不算完善。本文通过ABAQUS有限元软件建立模块化钢框架-开洞冷弯薄壁型钢组合墙体结构(Modular Steel Structure-Hole Cold Formed Steel Wall,简称MSS-HCFSW结构),在此基础上改变门窗洞口的相关参数,通过有限元分析对此类结构进行抗震性能研究,提出大开洞组合墙的承载力计算方法,主要工作如下: (1)基于课题组已有的试验成果,采用连接器单元模拟自攻螺钉连接,建立模块化钢框架-开洞冷弯薄壁型钢组合墙的有限元模型,通过对比破坏形态、骨架曲线和滞回曲线等,得到的数值模拟结果与试验吻合较好,验证了有限元模型的准确性。 (2)基于上述有限元模型,对结构进行参数分析,研究结构的抗震性能,改变开设门洞的宽度、窗洞的宽度和高度、开洞率、门洞和窗洞的位置,以及半刚性节点转动刚度和抗弯承载力等。研究表明结构抗剪承载力随着开设洞口的宽度增大而减小,对结构的抗剪承载力削弱明显,随着开洞率的增大,钢框架的剪力分担率增大。增加半刚性节点中的转动刚度对结构的初始刚度提升明显,增加节点抗弯承载力对结构的初始刚度影响小,在刚度退化曲线中,其初始刚度点重合在一起。 (3)模块化钢框架冷弯薄壁型钢组合墙体的结构抗剪承载力由钢框架和冷弯薄壁型钢组合墙两部分组成,而规范中对大开洞冷弯薄壁型钢组合墙体的抗剪承载力计算方法偏于保守,本文基于有限元分析结果和规范中的相关规定进行了修正。同时采用整体分析法进一步研究开设洞口的冷弯薄壁型钢组合墙抗剪承载力计算公式,将其和钢框架抗剪承载力叠加得到整个结构的抗剪承载力,与试验结果对比验证,其误差在5%以内,验证了抗剪承载力计算公式的可靠性。

关键词：模块化钢框架冷弯薄壁型钢组合墙抗剪承载力开洞墙体剪力分配

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模块化钢框架模块间内套筒连接节点抗震性能及受力机理分析

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钢结构(中英文) 2024年第12期39卷 49-60页

作者：许晓潇王燕安琦青岛理工大学土木工程学院

为研究模块化钢框架模块间内套筒连接节点的抗震性能和受力机理，基于内套筒连接节点抗震性能试验研究，建立了与试验节点试件相同尺寸和荷载工况的有限元分析模型，并验证了有限元模型的有效性。通过改变节点构造参数，研究了内套筒长... 详细信息

为研究模块化钢框架模块间内套筒连接节点的抗震性能和受力机理，基于内套筒连接节点抗震性能试验研究，建立了与试验节点试件相同尺寸和荷载工况的有限元分析模型，并验证了有限元模型的有效性。通过改变节点构造参数，研究了内套筒长度、内套筒高度以及柱内隔板对节点抗震性能影响；推导了考虑轴向压力作用下内套筒与柱壁之间的接触力计算公式，并与有限元计算结果对比验证，验证了接触力理论计算公式的有效性。研究结果表明：建立的有限元模型能够有效模拟内套筒连接节点的工作状态和极限承载力；内套筒连接节点具有较好的抗震性能，且通过合理构造可改善节点受力状态，促使梁端塑性铰外移实现节点的延性破坏；增加内套筒厚度和内套筒长度对节点承载能力影响不明显；设置内隔板可显著提升节点承载能力及耗能能力；钢管柱弯曲变形与内套筒产生的接触力使柱截面在原有荷载状态下的应力有所增大并产生局部应力集中现象，设计中应考虑其不利影响。

关键词：模块化钢框架模块间连接节点内套筒接触力

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新型模块化钢框架模块间内套筒全螺栓装配节点力学性能研究

新型模块化钢框架模块间内套筒全螺栓装配节点力学性能研究

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作者：李铭瑜青岛理工大学

学位级别：硕士

随着国家和社会对绿色环保的重视及“十四五”规划的发布,钢结构技术在建筑中得到更为广泛的应用。模块化结构作为一种由多个独立钢结构箱型模块单元组合而成高度集成的建筑形式,具有受力性能好、工期短、工业化程度高,绿色环保等优点,... 详细信息

随着国家和社会对绿色环保的重视及“十四五”规划的发布,钢结构技术在建筑中得到更为广泛的应用。模块化结构作为一种由多个独立钢结构箱型模块单元组合而成高度集成的建筑形式,具有受力性能好、工期短、工业化程度高,绿色环保等优点,成为了建筑工业化、产业现代化发展的重要方向。模块单元间连接作为模块化建筑的关键部分,其连接刚度等性能对整体框架结构的稳定性和抗侧能力有着重要影响。基于目前模块化连接装置安装复杂、通用性较低的现状,课题组提出一种新型模块化装配式钢框架模块间拼接技术,并获批发明专利。本研究对该新型拼接节点细部构造进行了优化设计,并基于有限元分析、理论分析方法对新型节点的各项力学性能进行分析,初步给出适用于工程设计的节点设计建议,建立适用于新型节点的恢复力模型。主要研究内容如下: (1)对国内外模块化节点的相关研究以及规范和实际使用条件的相关要求进行了归纳总结,对课题组所提出的新型模块化装配式钢框架模块间连接节点进行了细部构造优化设计,详细介绍了本研究新型模块间连接节点不同位置构造情况和施工顺序,并给出了新型模块间全螺栓装配节点各构件尺寸设计的理论依据。 (2)采用经验证的ABAQUS有限元模型,建立了具有不同构造参数的新型模块间连接节点进行有限元参数分析,研究了内套筒长度和厚度、连接板厚度、角钢厚度以及模块柱间距等参数对新型节点静力性能的影响。研究表明:新型模块间连接节点的承载力表现良好,最终破坏形式表现为梁端翼缘破坏;其中,内套筒对模块柱柱壁具有加强作用,增加内套筒长度和厚度对新型模块间全螺栓装配节点承载力的影响最为显著。 (3)根据内套筒长度和厚度、连接板厚度、角钢厚度以及模块柱间距等参数建立新型模块间连接节点ABAQUS有限元模型,研究了在循环往复加载作用下,不同参数构件对新型节点的破坏形态、承载能力、滞回曲线、刚度退化以及耗能能力等力学特征的影响。研究表明:新型模块间内套筒全螺栓装配式节点滞回曲线较为饱满,具有较好的抗震性能。在梁影响域内,内套筒长度变化对节点的抗震性能影响较为显著;内套筒具有单独受力区域,其厚度选取不宜过小,应具有足够的刚度和承载力;增加连接板厚度可以提高节点水平向连接强度;角钢厚度和模块柱间距的变化对节点整体性能影响较小。 (4)基于数值分析结果,将具有不同构造参数节点的骨架曲线和刚度退化曲线进行无量纲化处理,总结并提出了本研究新型节点的骨架曲线发展趋势和刚度退化规律,初步建立了适用于该新型节点的简化恢复力模型,并验证了该模型的可靠性,为模块化钢框架结构进一步推广应用,实现工业产业化发展提供依据。

关键词：模块化钢框架模块间节点有限元分析静力分析滞回分析恢复力模型

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基于多尺度有限元模块化钢框架力学性能研究

基于多尺度有限元模块化钢框架力学性能研究

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作者：马俊青岛理工大学

学位级别：硕士

装配式模块化钢结构建筑具有施工效率高、施工周期短、工厂化预制程度高、绿色环保等显著优点。我国大力倡导建筑工业化发展,针对装配式模块化钢结构的研究也迅速发展成为一个前沿的研究领域。装配式模块化钢结构是一种广泛应用的装配... 详细信息

装配式模块化钢结构建筑具有施工效率高、施工周期短、工厂化预制程度高、绿色环保等显著优点。我国大力倡导建筑工业化发展,针对装配式模块化钢结构的研究也迅速发展成为一个前沿的研究领域。装配式模块化钢结构是一种广泛应用的装配式结构体系,目前国内对于装配式模块化钢结构的研究主要集中在模块间节点连接处。模块间节点作为模块化结构体系的重要组成部分,其连接的可靠性是决定模块化整体结构受力性能的关键因素。而在工程设计中通常忽略模块间节点的构造细节,将其简化为刚接或者铰接,这样做可能会导致整体结构进行计算分析过程中无法真实反映其力学性能。虽然全部采用实体单元建模可以更准确地反映模块化整体结构的力学性能,但这种建模方法计算效率低,需要大量的计算机资源。因此本文采用多尺度建模分析方法对模块化钢框架结构进行了静、动力分析,探讨了计算分析方法及节点构造类型差异对模块化钢框架结构力学性能的影响。主要研究内容如下:(1)基于板式内套筒节点为研究对象,根据模块化建筑结构节点的实际构造建立多尺度、实体单元和梁单元模型,通过对比3种计算模型的荷载-位移曲线以及节点应力分布情况可知,多尺度与实体单元模型的应力分布情况及最大应力基本吻合,且二者的荷载-位移曲线趋势基本一致,验证了多尺度模型的可靠性。(2)采用有限元软件ABAQUS建立多尺度平面钢框架模型进行静力分析,并与实体单元、梁单元模型进行对比,得到3种计算模型下的模块梁、柱内力。计算结果表明:梁单元模型的计算结果具有较大的离散性,计算结果不稳定。相较于梁单元模型,多尺度模型的计算结果离散性较小,计算结果趋于稳定,且多尺度与实体单元模型的模块梁、柱内力差异较小,绝大部分误差都小于2%,说明二者具有相当的计算精度。此外,相比实体单元模型,多尺度模型的计算效率提升约40%。(3)基于6层装配式模块化住宅楼分别建立多尺度和梁单元模型进行罕遇地震下的动力时程分析,探讨了多尺度与梁单元模型的动力响应随着楼层变化的规律,得到不同楼层下多尺度和梁单元模型的顶层位移、楼层位移及层间位移角。研究表明:模块化结构层数在10层及以下时,梁单元与多尺度模型的差异较小,两种模型对于模块化结构薄弱层所在位置的预测均相同,但梁单元模型的计算结果不够稳定;当模块化结构层数超过10层时,梁单元模型的计算精度大幅度降低,而多尺度模型的计算精度呈稳定趋势。(4)在ABAQUS有限元软件中分别建立带有内套筒连接节点、单向螺栓连接节点、角件旋转式连接节点的模块化平面钢框架模型,分别对3种模型进行模态分析和动力弹塑性时程分析。研究结果表明:模块间节点的构造类型差异对模块结构的自振周期影响较小,且对模块结构的振型没有明显影响,但对于模块结构在罕遇地震下的动力响应具有较大影响,不同节点构造类型的模块结构动力响应差异最大为33.29%;相较于MGKJ-TT模型,罕遇地震作用下MGKJ-LS与MGKJ-XZ模型的层间位移角均超过了“中等破坏”限值,建议在工程设计时对该结构的层间刚度进行加强,提高结构的抗震性能。

关键词：板式内套筒节点模块化钢框架多尺度模型抗震性能模块间节点构造

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新型模块化钢框架板式内套筒连接节点力学性能研究

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钢结构 2018年第1期33卷 1-5,10页

作者：刘明扬王燕郏书朔青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033

采用ABAQUS有限元分析软件建立7个新型模块化钢框架板式内套筒连接节点有限元计算模型,通过改变连接板和内套筒厚度,对节点试件关键位置应力路径进行分析。研究结果表明:模块化钢框架板式内套筒连接节点在静力荷载作用下钢梁与方钢管柱... 详细信息

采用ABAQUS有限元分析软件建立7个新型模块化钢框架板式内套筒连接节点有限元计算模型,通过改变连接板和内套筒厚度,对节点试件关键位置应力路径进行分析。研究结果表明:模块化钢框架板式内套筒连接节点在静力荷载作用下钢梁与方钢管柱连接区域形成塑性铰,连接板孔洞边缘区域有应力集中现象,建议在孔洞四周做圆弧处理;改变连接板厚度和内套筒厚度对节点承载力影响不大;增加内套筒厚度可以改善内套筒局部应力状态,减小内套筒区域的应力集中现象。

关键词：模块化钢框架板式内套筒连接节点 ABAQUS

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