装配式方钢管柱—桁架梁连接节点性能研究

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装配式钢结构体系具有施工周期短、劳动强度低、节能环保、综合效益好等优点。伴随我国经济不断发展以及国家政策的大力推进,装配式钢结构体系已呈现出良好的发展势头,成为钢结构发展的重要方向。梁柱节点是钢结构体系中的关键部位,是结构构件的传力枢纽,节点的好坏直接关系着结构的安全及稳定。节点的好坏体现在节点的连接方式、极限强度、节点刚度、延性、耗能等方面。在节点正常工作时,能抵抗自身恒荷载、风荷载等作用,避免结构在使用时产生较大的变形和位移。装配式方钢管柱-桁架梁体系中的方钢管柱具有较好的抗扭性能,且较小的柱子截面可隐藏于墙内,增加建筑物的使用空间,桁架梁内部空间便于管线的穿插和安装。在国内外对节点的研究中,该体系研究较少。因此,本文对7个装配式方钢管柱-桁架梁体系的力学性能进行研究及参数分析。本文针对节点的构造、需要研究的内容,对试验进行设计,通过试验现场图像采集及采集的数据对试件的破坏模态进行分析,根据滞回曲线对节点的屈服点进行确定,并对国内外常采用的6种确定屈服点的方法进行对比,得出工程力学法最合适;其次,根据确定出的承载力,对装配式方钢管柱-桁架梁的延性、耗能进行分析,得出该类节点在发生柱破坏时,延性较好,满足“强柱弱梁”的抗震设计原则,再基于曲线对试件加载过程中的刚度退化规律进行分析。基于有限元软件ABAQUS对试件建立有限元模型,并与试验的破坏模态及承载力等进行对比,校核有限元模型的正确性,再对节点破坏的具体过程进行分析。基于上述有限元模型,对装配式方钢管柱-桁架梁通过改变试件中方钢管柱的厚度尺寸、桁架梁弦杆的厚度尺寸、桁架梁腹杆的厚度尺寸、轴压比的大小以及加载方式,提取各参数下的位移、梁端支反力,分析各参数下试件的破坏模态、滞回性能、承载力、延性及耗能。从试验结果中得出如下结论:确定屈服点的方法中,经过计算误差比较,工程力学法确定下的方法误差最小,适用该类节点,确定破坏点时,采用第二种方法;从屈服点来看,第一组试件J1-4-C、J1-6-C的屈服点明显低于第二组和第三组,对应的屈服荷载也低于第二组第三组试件;从荷载极大值来看,第一组试件的最大承载力最低,第二组次之,第三组最大承载力最高,而到达荷载最大值的位移相差不大,可见试件的承载力与柱壁厚有关,厚度越大,承载力越高;从破坏点来看,第一组破坏点的值最小,第二组次之,第三组最大,而达到破坏点的位移,第一组小于第二组与第三组达到破坏点的位移,但第二组达到破坏点的位移与第三组达到破坏点的位移相差不大;从初始刚度来Ki看,KJ1-4-C<KJ1-6-C<KJ2-2-C<KJ2-4-C<KJ3-2-C;耗能方面,第3组试件的耗能系数最大,第2组次之,第1组最小,且除试件J1-6-C外,其他试件东西两侧的耗能系数相差不大,基本一致;在试件两侧,试件J3-2-C的刚度最大,第二组试件的J2-2-C与试件J2-4-C次之,第一组试件刚度最小;第一组试件中的延性系数最低,第二组试件中的延性系数次之,都稳定在2.0左右,第三组试件中的延性系数最高;建立的有限元模型经过验证,能较好的用于后续的计算分析;在试件的参数分析中,从试件经济性考虑,柱采用20mm,弦杆采用8mm,腹杆采用8mm为最佳,加载方式的影响,单调加载的承载力高于循环加载下试件的承载力。
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