下栓上焊隔板贯通节点力学性能研究与参数化分析

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本文以矩形钢管混凝土柱-H型钢梁下栓上焊隔板贯通节点为研究背景。为响应国家装配化发展的号召,大力推进钢管混凝土柱-钢梁结构体系发展刻不容缓。传统翼缘与贯通隔板(以下简称隔板)采用焊接连接方式的节点因下翼缘焊接工作难度较大,导致焊缝质量较差,在地震作用下易发生焊缝断裂而导致结构坍塌。而全螺栓隔板贯通节点造价较高且对施工精度要求较高、现场施工难度较大,故提出下栓上焊新型隔板贯通节点即钢梁上翼缘与上隔板采用焊接连接,下翼缘与下隔板采用高强螺栓连接。本文针对下栓上焊隔板贯通节点开展系统研究,主要内容有:(1)本文为验证本文中大量参数化分析模型的可靠与准确性,在已完成的三个下栓上焊隔板贯通节点的低周反复加载试验、不同连接形式下四个节点试件的纯弯试验基础上,建立考虑材料非线性、接触非线性、几何非线性等要素的7个有限元模型,利用ABAQUS有限元软件进行数值分析,将有限元结果与试验的典型破坏现象、荷载-位移曲线等进行对比分析,以保证有限元模型中材料本构的选取、相互作用的建立、网格划分、边界条件的设置等正确与可行性。(2)为研究下栓上焊隔板贯通节点的抗震性能,本文对下栓上焊隔板贯通节点进行参数化分析,参数包括钢管柱壁厚、螺栓个数及等级、隔板厚度及强度、混凝土强度、上翼缘隔板外伸长度,结果表明:钢管柱壁厚、隔板厚度及强度、钢管柱内是否填充混凝土对节点承载力、耗能能力、延性有较大影响,满足等强设计原则下,螺栓选取宜等级高且个数少的原则,上隔板外伸长度不宜过大。(3)为研究连接形式不同节点的抗震性能,本文建立全螺栓隔板贯通节点、下栓上焊隔板贯通节点、栓焊混接隔板贯通节点、全焊接隔板贯通节点四个有限元模型,施加低周反复荷载,并对比滞回曲线、骨架曲线、承载力刚度退化、延性、耗能能力等抗震性能指标参数,同时考虑经济性与施工难易程度,得出下栓上焊隔板贯通节点各方面抗震性能优于传统翼缘焊接连接形式的节点,可在实际工程中大力推进应用的结论。(4)为研究下栓上焊隔板贯通连接节点核心区抗剪性能,本文建立了全螺栓、下栓上焊、栓焊混接、全焊接四个削弱核心区的隔板贯通节点有限元模型,得出节点核心区受剪破坏形式,总结和提出了下栓上焊隔板贯通节点抗震设计方法,其中包括“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的验算方法,核心区抗剪承载力计算方法,以及修正了强柱系数。
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