基于悬链线机制下栓上焊梁柱子结构抗连续倒塌性能分析

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近些年来,结构连续性倒塌的事故频发,梁柱节点处的构造形式作为钢结构抗连续倒塌能力的关键部位,逐渐获得越来越多学者的关注与研究。然而已有研究发现,钢梁的下翼缘和腹板处容易成为变形严重或断裂的区域,影响构件的承载能力,因此本文对该区域梁柱节点进行改良,提出一种新型梁柱节点连接方式,即梁的下翼缘处采用贯通隔板与高强螺栓栓接、梁腹板处采用腹板剪切板与高强螺栓栓接。通过室内倒塌试验,并结合数值模拟以及理论计算,对不同梁柱连接形式下节点的抗连续倒塌能力进行系统研究,主要工作内容如下:论文开展两根不同新型方钢管混凝土柱-H型梁下栓上焊梁柱节点构件的抗连续倒塌试验,结合已有文献研究,对比内隔板式、隔板贯通式(不同螺栓布置)、下栓上焊式以及全栓接式五种梁柱连接方式,分析不同梁柱节点构造形式对构件极限承载力和破坏形态的影响。研究结果表明,提出的新型梁柱节点形式具有更高的极限承载力,能够更好的发挥悬链线效应。采用有限元模拟软件ABAQUS建立新型方钢管混凝土柱-H型梁下栓上焊梁柱节点构件的数值建模,为真实反映模型最终失效模式,研究断裂应变、失效位移和应力三轴度三个因素对钢板断裂的影响,得到与实际试验相吻合的构件破坏形态以及承载力变化曲线。在验证模型合理性的基础上,建立不同跨高比、不同跨度比以及减缩型截面的有限元模型,分析不同影响因素下节点的承载力、破坏模式、内力发展情况以及抗力机制。研究结果表明:跨高比的提升有利于悬链线机制的发展,跨度比增加则不利于悬链线机制的发展,减缩型截面对构件承载力作用并不明显。借助材料力学计算方法,通过假定的力学模型,研究钢梁的梁端和梁内任一截面处的内力,根据钢梁不同截面处轴力相同验证了该计算方法的正确性。通过分析中柱失效下梁的抗力机制,研究梁抗弯机制作用和悬链线机制作用下抗力发展过程。研究结果为不同梁柱节点连接形式下构件的悬链线机制发展提供有益指导作用。
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