循环荷载作用下焊接及螺栓连接钢框架的破坏机理研究

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梁柱全焊接属于刚性节点,而螺栓连接因具有一定的柔性大部分属于半刚性节点。上个世纪末以前,学术界和工程界普遍认为全焊接刚性节点具有良好的抗震性能,但在1994年美国Northriget地震和1995年日本阪神地震中,大量的全焊接刚性节点发生了破坏,而具有一定柔性的半刚性节点则破坏较少,这引起了学术界的广泛关注,有关刚性及半刚性节点抗震性能的研究在全世界范围内展开。随着半刚性节点M-θ关系计算模型的逐步精确,刚性及半刚性钢框架破坏机理的研究也逐步展开,但相关研究资料还很少。研究循环荷载作用下刚性及半刚性钢框架的破坏机理,探讨节点转动刚度对整体框架结构性能的影响,具有重要的工程意义。 为了探讨全焊接及螺栓连接钢框架的破坏机理并验证理论分析的可靠性,本文分别对焊接连接、端板螺栓连接、角钢螺栓连接钢框架进行了循环加载试验。试验分为2部分:钢板的材性试验;刚性及半刚性钢框架的循环加载试验。试验结果表明:焊接连接、端板螺栓连接钢框架都具有良好的抗震性能;节点的转动刚度是影响刚性及半刚性钢框架破坏机理的重要因素。 在试验的基础上,为了进一步的探讨刚性及半刚性钢框架的破坏机理,本文结合工程实际设计了10个系列,共50个有限元试件。通过对这10个系列有限元试件的分析,来探讨框架层数、框架跨数、梁柱连接节点的转动刚度、节点类型等参数对刚性及半刚性钢框架破坏机理的影响。最后根据试验和理论分析得出结论,以期为进一步推动钢框架的抗震研究和应用提供参考。 试验和分析表明:刚性及节点转动刚度大的半刚性钢框架具有良好的抗震性能,增大节点的转动刚度是提高半刚性钢框架抗震性能的好的措施;在循环荷载作用下刚性及半刚性钢框架破坏大多发生在底层柱的下部。
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