震后可更换钢结构节点力学性能模拟及足尺模型试验研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sadiori1383
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装配式钢结构建筑的构造方法和力学性能一直受到研究者的广泛关注。与传统的钢混住宅相比,装配式钢结构住宅具有空间利用率高和施工质量可靠等优点,发展钢结构住宅符合新时代绿色建筑以及建筑工业化趋势。对于钢结构建筑,梁柱节点是关键部位,其施工质量和力学性能直接影响整个结构的安全性。随着韧性城市这一概念的提出,越来越多的学者开始关注结构的震时低损伤以及震后可恢复性能,并开始研究新型的装配式钢结构节点。本论文基于“结构保险丝”的概念,提出了一种损伤时序可控的震后可更换钢结构节点,对其进行了一系列的理论计算、足尺模型试验研究以及精细化有限元模拟分析。得出了震后可更换钢结构节点的力学性能及其相关规律。主要研究内容如下:(1)完成了震后可更换钢结构节点的构造及初步理论设计。节点由上、中、下三部分节点板将钢梁和钢柱连接起来。上下部T形耗能件在震时参与耗能并率先进入塑性进而破坏,中部剪刀板以及销轴为钢梁提供竖向支承力,整个地震过程中梁、柱以及中部节点板均处于弹性状态。震后只需将上下部节点板更换即可使结构快速恢复功能,有效提高其全生命周期的经济性。(2)对震后可更换钢结构节点进行了足尺模型试验研究。基于耗能段长度这一参数设计了3组典型的钢框架足尺模型,并完成了单调加载和低周反复加载下的试验研究,通过观察试验现象、分析试验结果总结出了可更换节点的力学性能变化规律。(3)完成了震后可更换钢结构节点基于ABAQUS的精细化有限元模拟分析。建立了多组有限元模型进行数值分析,通过与理论计算以及足尺模型试验结果的对比更深入地研究了耗能段长度对节点力学性能产生的影响。(4)提出了一种基于屈塑双防原则的震后可更换钢结构节点设计方法。通过屈曲分析保证耗能件在达到极限状态时不发生局部屈曲,通过损伤时序设计保证主体结构在地震作用下不进入塑性状态。研究结果表明:合理设计后的震后可更换钢结构节点具有优秀的承载能力和耗能能力,可作为“结构保险丝”在震时确保主体结构的安全性,同时还具有震后可更换、施工快速方便、施工质量可控的优点。
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