【摘 要】
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建筑结构设计中,专门针对钢结构和组合结构的抗连续倒塌设计规范尚未起草,因此需要更多研究加以补充。本文针对方钢管混凝土柱-H型钢梁下栓接贯通隔板上焊接外环板新型梁柱节点抗连续倒塌性能进行了试验研究、数值模拟和理论分析,具体的研究工作及结论如下:设计了钢管混凝土柱-梁节点试件和一整套试验装置。通过观察试验现象、分析荷载竖向位移曲线以及试件变形形态发展过程,得出试件破坏主要经历梁弯阶段、拉弯阶段和悬链线
【基金项目】
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国家自然科学基金青年科学基金项目《矩形高强钢管混凝土柱抗震性能及FRP增强机理研究》(基金号:51808182); 河北省自然科学基金重点基金项目《矩形钢管混凝土组合异形柱结构体系住宅产业化关键技术研究》(基金号:E2017202278);
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建筑结构设计中,专门针对钢结构和组合结构的抗连续倒塌设计规范尚未起草,因此需要更多研究加以补充。本文针对方钢管混凝土柱-H型钢梁下栓接贯通隔板上焊接外环板新型梁柱节点抗连续倒塌性能进行了试验研究、数值模拟和理论分析,具体的研究工作及结论如下:设计了钢管混凝土柱-梁节点试件和一整套试验装置。通过观察试验现象、分析荷载竖向位移曲线以及试件变形形态发展过程,得出试件破坏主要经历梁弯阶段、拉弯阶段和悬链线阶段。贯通隔板较强的拉结力和钢梁下翼缘处栓接方式提高了节点连接的冗余度,部件之间拉结更加可靠。对腹板连接板处开设圆孔和长圆孔的两个试件进行了对比分析。表明,腹板连接板处开设长圆孔在抗弯机制阶段并未削弱试件和降低屈服承载力,反而提高了试件在悬链线阶段的最终承载力和转动能力。同时,分析了试件上各部件的应变变化,结果表明,腹板连接板处设置长圆孔对外贴板应变的影响较小,但使外环板、贯通隔板和腹板连接板的应变增加较多,该优化构造有利于上述三个部件材料性能的发挥且对其材料性能提出了更高要求。建立并通过试验验证了有限元模型,对31组变量进行了参数化分析。结果表明,下翼缘厚度的增加对试件极限承载力影响较小,且不利于钢梁柱节点转动变形;当钢梁下翼缘宽度增加时,试件的极限荷载和转动能力均会提高。单排螺栓较双排而言不利于工程实际应用,双排螺栓排列越分散越有利于试件力学性能的提升。连接板处4孔错位连接对试件承载力和节点转动能力有较大影响。相同口径下的峰值荷载增幅会随切口深度的增加而降低。基于弹性理论分析和几何关系,得出试件不同抗力机制在不同阶段的抗力分担比例,钢梁不同截面轴向拉力相同验证了计算方法的正确性。通过对比试验结果和理论计算发现,规范JGJ99-2015可对该新型节点进行设计和屈服承载力预测。通过计算,本文得出了该节点用于框架结构分析的面荷载极限值。按照实际楼面荷载分布进行区域划分,对该新型梁柱节点作刚性连接假定更接近实际工况。
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