梁端扩大翼缘型节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接边框架节点滞回性能的有限元分析

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在美国北岭地震和日本阪神地震中,传统的钢框架梁柱节点产生了大量的脆性裂纹,研究结果表明焊缝处的裂纹制约了梁柱节点塑性发展,不能有效耗散地震能量。日本为改善强震作用对钢框架工字形柱梁柱节点的影响而提出了梁端扩大翼缘型连接节点。本文针对新型弱轴连接标准型节点和梁端扩大翼缘型节点开展了大量的有限元模拟分析,主要内容包括:1、通过梁端扩大翼缘型节点和标准型节点的对比分析,梁端扩大翼缘型节点的承载力、延性系数和塑性转动能力等指标均大于标准型节点,同时梁端扩大翼缘型节点通过梁端翼缘的扩大可以明显降低梁柱焊缝处的应力水平,并使设计塑性铰区段的应力得以充分发展,达到迫使塑性铰外移的目的。2、《建筑抗震设计规范》规定:梁端扩大部分的直角边比取1:2~1:3。本文在该直角边比范围内和范围外建立一系列有限元模型,可知,当三角形侧板短边尺寸取一定范围时,随着长边尺寸的增加,塑性铰逐渐外移,但只有当直角边比在1:2~1:3范围内时,塑性铰才出现在扩大部分的末端;可见,《建筑抗震设计规范》中的有关规定适用于本文节点。3、蒙皮板是本文新型节点的重要组成部分,蒙皮板高度和厚度的变化对本节点受力性能的影响略有不同:随着蒙皮板高度的变化,节点的受力性能基本不受影响;但蒙皮板厚度的变化对节点性能影响较大。就本文扩大翼缘型节点来说,当蒙皮板厚度减小到14mm时,蒙皮板自身发生了明显的鼓曲,不再符合“强节点,弱构件”的抗震要求。故提出了针对本文新型节点蒙皮板厚度的限值公式。4、考虑柱轴压比、摩擦面抗滑移系数、梁柱线刚度比、钢材材性等一系列参数变化对节点性能的影响,本文均建立了与之相对应的有限元模型,分析了参数变化对节点性能的影响,并给出了具有一定价值的建议。
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