基于新型耗能梁柱节点的钢框架地震易损性分析

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在1994年北岭地震和1995年阪神地震中,许多钢结构遭受了严重破坏,经过震后调查,很多受灾钢结构的梁柱节点都出现了脆性破坏,自此,实现塑性铰外移的梁柱耗能连接节点成为国内外研究的重点。针对这些种类较多、形式构造各异的新型耗能节点,虽然国内外许多学者已经进行了非常深入地研究,但多数都局限于对单类节点进行参数化分析以及对节点本身塑性铰外移机制的研究,研究对象单一,并且较少将此类节点应用于结构进行整体结构的研究,这其中对结构整体抗震性能的研究也基本上局限于确定性分析,其求得的结果不能够全面地判定结构的抗震性能。本文对各类新型耗能节点的抗震性能进行总结、对比,再将比选出的性能优异的耗能节点应用于钢框架结构中,着重对结构进行基于性能的概率地震易损性分析,所得出的结论可为新型耗能节点的设计应用提供理论参考。研究时采用ABAQUS有限元软件建立结构的多尺度模型,选取地面峰值加速度(PGA)作为地震动强度指标,最大顶点位移角(RDA)、最大层间位移角(ISDA)作为地震需求参数,基于IDA与Pushover的分析方法对结构分别进行概率地震需求分析与抗震能力分析,在此基础上进行结构的地震易损性分析。研究结果表明,重点研究的腹板开圆孔削弱型节点与翼缘板加强型节点这两种节点对于钢框架抗震均有各自的优势。翼缘板加强型节点能够更有效地降低结构的地震易损性,适用于对结构安全性要求等级较高的建筑物中;而对于延性要求高的某些高层建筑则可以使用腹板开圆孔削弱型节点。在设计时要注意,对于梁端翼缘板加强的节点,要加深“强柱弱梁”的设计理念,进行梁端局部加强的同时还要验算柱的相对刚度,需要时可对柱适当加强,从而保证整体结构的延性水平;对于腹板开圆孔削弱型这一类节点,局部削弱过少不能使得梁端塑性铰有效转移,耗能效果较差;削弱过多,则会出现框架梁提前大量失效从而导致结构的整体损坏,所以对于梁的削弱必须恰当并且适量,尽量保证结构延性水平不降低的同时减小结构的易损性。
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