装配式方钢管内套筒端板梁柱连接节点力学性能研究

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近年来,矩形钢管柱由于具有整体稳定性好、便于施工及装修等优点,得到了越来越广泛地应用,钢管柱与H型钢柱相比,两个主轴截面刚度相同,截面惯性矩大,承载力比较接近,特别是在钢-混凝土组合结构中,采用钢管混凝土柱可以充分发挥钢与混凝土材料的各自优点,抗火性能好,结构承载力高,其应用范围更广。矩形钢管柱与H型钢梁通常使用焊接方式进行连接,但焊缝质量难以保证易发生脆断。因此装配式连接形式逐渐得到了人们的重视。针对目前装配式钢管柱梁柱连接节点的发展形式,本文提出了装配式方钢管内套筒端板梁柱连接节点的形式,对其力学性能进行分析。根据国内现行的规范及美国的相关规范,给出了装配式方钢管内套筒端板梁柱连接节点的设计过程,为工程设计提供参考。针对装配式方钢管内套筒端板梁柱连接节点,选用结构分析有限元软件ansys对节点进行单向静力加载作用下的力学性能分析,通过改变节点的螺栓组合形式、内套筒厚度、柱壁与内套筒间隙,研究了节点在静力加载作用下力学性能的影响。研究发现,螺栓组合形式仅对柱壁上应力的分布存在影响,对节点的承载力及刚度变化影响并不大;内套筒厚度的增加使柱壁上应力减小,同时梁翼缘上塑性发展充分,可以有效增加节点的刚度,但内套筒厚度不宜过大;柱壁与内套筒之间的间隙对节点刚度影响较大,间隙过大刚度明显减小,为了保证节点连接所需要的刚度,在加工制作过程中应尽量减小柱壁与内套筒间隙。在单向加载静力分析基础上,对梁端施加循环往复荷载,研究了节点的抗震性能。通过改变螺栓的组合形式及内套筒厚度,对梁端施加循环位移荷载,研究节点抗震性能的变化,研究结果表明:组合螺栓连接、全对拉高强度螺栓连接及全高强度螺栓三种连接形式中,采用全高强螺栓连接形式节点的力学性能最优,其滞回性能、屈服承载力、极限承载力均比其他两种组合形式的连接节点要高;随内套筒厚度增加,节点的滞回性能、屈服承载力、极限承载力及耗能能力均提高,说明内套筒厚度的增加,可以有效改变节点的抗震性能。
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