【摘 要】
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随着时代的发展,空间网格结构在体育馆、机库以及车站等大型建筑中得到了广泛应用,该类建筑既可以满足人们的日常生活需求,又可以在震后为人们提供紧急避难场所。震害研究表明,部分空间网格结构在强震作用下会发生较大塑性变形的超低周疲劳破坏,且螺栓球节点连接处的断裂为主要破坏形式之一。螺栓球节点连接作为网格结构的重要组成部分,其破坏可能诱发网格结构坍塌,导致网格结构建筑无法发挥紧急避难场所功能。因此,研究螺栓
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随着时代的发展,空间网格结构在体育馆、机库以及车站等大型建筑中得到了广泛应用,该类建筑既可以满足人们的日常生活需求,又可以在震后为人们提供紧急避难场所。震害研究表明,部分空间网格结构在强震作用下会发生较大塑性变形的超低周疲劳破坏,且螺栓球节点连接处的断裂为主要破坏形式之一。螺栓球节点连接作为网格结构的重要组成部分,其破坏可能诱发网格结构坍塌,导致网格结构建筑无法发挥紧急避难场所功能。因此,研究螺栓球节点连接在轴向往复加载下的破坏机理与超低周疲劳性能对大跨度空间网格结构的防震减灾设计与未来韧性城市建设具有重大参考意义。本文的研究内容主要基于国家自然科学基金项目《强震下螺栓球网格结构超低周疲劳性能与评定方法研究》(51578358)。根据现有试验条件,参与课题组设计了超低周疲劳加载方案与加载装置,采用4种加载制度对12组Φ100螺栓球与Φ60×3.5圆钢管节点连接试件进行大位移轴向往复加载试验,通过试验现象与数据分析得到了试件在不同加载制度下的变形特征、破坏机理及滞回耗能、刚度退化、累积损伤等超低周疲劳性能。同时,利用ABAQUS有限元软件对试验过程进行了初步模拟分析,得到的研究成果如下:(1)不同加载制度下,螺栓球与圆钢管节点连接试件的破坏形态基本相同,破坏发生在试件的中部节点连接处,试件经历了弯曲失稳、中部螺栓球节点处高强螺栓裂纹萌生、裂纹扩展直到发生断裂等过程;破坏螺栓颈缩,所有螺栓螺纹丝扣磨损严重,套筒均发生明显的挤压变形,而螺栓球与圆钢管在试验过程中未发生明显的塑性变形;试件在4种加载制度下的平均寿命分别为34次、6次、18次、20次,且螺栓断裂面包含有裂纹起源区、裂纹扩展区以及瞬断区,具有明显的超低周疲劳破坏特征。(2)试件主要耗能部件为高强螺栓、封板及套筒,因三者塑性变形的体量均较小,其滞回曲线表现为捏拢类型、不饱满、不对称,耗能能力较差。(3)不同加载制度下试件的骨架曲线趋势基本相同,受拉区与受压区均基本重合,只是因损伤累积过程不同断裂点会有所不同。(4)加载制度对试件的损伤退化影响显著,拉压幅值的大小对试件的损伤、刚度及承载力退化均有较大影响。压幅值增大会导致高强螺栓弯曲变形增大、试件损伤加速、刚度与承载力均退化显著,疲劳寿命减小;拉幅值增大会使试件进入塑性的程度加深,累积损伤加速,刚度及承载力退化速率加快,疲劳寿命减小。(5)利用ABAQUS有限元软件对试验加载过程进行初步模拟分析,模拟结果与试验结果趋势基本一致。
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