装配式内套筒连接的方钢管柱-H型钢梁削弱型节点滞回性能分析

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装配式钢结构体系具有强度高、刚度大、塑性变形能力强、自重轻的优点,同时也具备施工流程化、构件产业化、尺寸标准化的特点,是我国实现绿色建筑转型升级中的重要方式之一。目前,我国对全装配式钢结构梁柱节点主要集中于H型截面柱-H型钢梁节点的研究,对方钢管柱-H型钢梁节点的研究还相对较少,主要是由于方钢管柱截面封闭,并未提供合适的螺栓施工空间。采用长直内套筒连接上、下两侧方钢管柱是解决方钢管柱闭口截面最为有效的方法,但大量研究表明:采用长直内套筒在加载后期变形较大,致使节点域后续传力不强,钢梁难以充分发挥屈服耗能,造成严重的材料浪费;同时,由于长直内套筒因受力内凹,节点易形成“翘板”效应,高强度螺栓难以协调节点变形,容易造成套筒外排螺栓因应力过大而被拉断,难以满足“强节点、弱构件”的规范要求。为此,针对上述问题,本文做出了以下研究工作:首先,针对内套式连接节点的不足,结合规范和相关论文研究设计了一种变截面内套筒以减少节点的初始安装缝隙,此外,对H型钢梁进行削弱以此增大节点的延性性能,增强H型钢梁的耗能作用,从而减小对内套筒的挤压变形,增强节点域的传力作用。验算表明:钢梁削弱参数符合规范要求;同时节点也符合“强柱弱梁”的规范要求。其次,通过有限元软件ABAQUS建立起22个有限元模型进行计算,分析了在不同螺栓组合形式下、采用不同内套筒形式下、不同H型钢梁削弱方式下节点的破坏形态、初始刚度、延性性能、耗能能力的优劣。研究结果表明:节点域处于“多向”受压状态,节点域强度较强;在单调静力加载作用下,不同的螺栓组合会影响节点的力学性能;采用变截面内套筒所连接的节点比长直内套筒连接的节点性能更佳;当梁翼缘削弱与梁腹板削弱关系确定时,钢梁翼缘削弱的节点优于腹板削弱的节点。最后,在最佳螺栓组合形式与最优H型钢梁削弱方式的节点基础上,研究了在不同轴压比、不同内套筒强度、不同内套筒厚度、不同内套筒中加肋形式下,节点各自的破坏形态、刚度退化、等效粘滞阻尼比等抗震性能。研究结果表明:轴压比的增大,对节点性能提升并不大,加载后期承载力退化较快;内套筒的厚度、内套筒的强度能有效减小螺栓的应力,增加节点域的强度,提高节点承载力,但对内套筒受力改善不明显,其它抗震性能也提升不大,因此在实际设计中,通过提升内套筒的强度、厚度提升节点性能并不可取;对内套筒内进行加肋处理,有效地减小了内套筒的变形,增强了节点域的传力作用,对节点的耗能能力和延性性能也有所提升。
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