钢框架梁下翼缘削弱型组合节点的滞回性能研究

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带混凝土楼板的钢框架梁柱节点(以下简称组合节点)因为混凝土楼板的存在,使结构刚度增加,延性性能降低。而组合节点的梁截面中和轴相比较于纯钢节点有所上移,导致节点在下翼缘梁端焊缝处应力集中,引起在下翼缘梁端焊缝处断裂。针对以上不足,本文提出一种梁翼缘上窄下宽仅对梁下翼缘削弱的单轴对称新型组合节点(以下简称新型组合节点)连接形式,以减小组合效应带来的不利影响,实现梁上塑性铰外移,减小梁下翼缘焊缝发生脆断的风险,从而提高组合节点的延性性能,减少中和轴的上移。本文对两个1/2缩尺的新型组合节点试件和标准型组合节点试件分别进行循环加载试验研究,并通过有限元软件ABAQUS对两个模型进行模拟以及变参分析。通过上述研究获得新型组合节点的抗震性能,提出高延性新型组合节点的抗震设计方法及构造措施,也是对钢框架组合节点结构设计理论的完善和发展。试验研究表明,混凝土楼板的存在使组合梁截面的中和轴显著上移,而采用单轴对称钢梁截面形式可以减缓中和轴的上移。新型组合节点在梁下翼缘削弱处出现明显的应力集中,说明采用梁下翼缘削弱形式有助于实现梁上塑性铰外移,减小组合节点下翼缘梁端焊缝处的应变集中程度,避免在在梁下翼缘梁端焊缝产生脆性断裂。通过有限元软件ABAQUS对新型组合节点模型和标准型组合节点模型进行了模拟,并与试验的滞回性能、梁上下翼缘焊缝处的应力、梁腹板应力进行对比,证明了本文有限元建模方法可以较好的模拟出试件在循环荷载作用下试验研究。运用有限元软件ABAQUS研究了梁翼缘削弱形式、上下翼缘宽度比、梁端削弱起始端距离柱端的距离a、削弱长度b以及削弱深度c五个参数的滞回性能,通过对滞回性能以及梁腹板应力等方面的对比,建议参数取值如下:上下翼缘宽度比为0.6~0.9;削弱起始点距梁柱连接面的距离a=(0.65~0.90)bf;削弱长度b=(0.65~0.90)hb;削弱深度c=(0.10~0.20)bf。其中bf和hb表示梁下翼缘宽度和钢梁截面高度。为了符合实际受力情况,本文推导了组合梁在正、负弯矩作用下的极限抗弯承载力计算公式,并对其进行验证,证明了本文提出的承载力计算公式可以较为精确地计算本文所设计的新型组合节点的极限抗弯承载力,为工程实际应用提供一个可参考的新型节点连接选择。
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