新型工字型梁柱组合端板-扩翼型双向连接节点抗震性能研究

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钢结构是一种集节能、高强、方便等优点于一体的具有较好发展潜力的结构体系。自上个世纪两次严重的地震造成的破坏给传统钢结构体系带来巨大冲击之后,大量学者对如何提高钢结构体系的整体可靠性展开了研究。为了避免节点发生脆性破坏,许多学者提出一种提高节点延性和耗能的新型节点构想,其原理是将塑性铰远离节点域而形成于梁内。目前,对强轴梁端连接的方式已经开展了大量的研究工作,对弱轴连接的研究相对较少。本文对梁柱局部箱型节点强弱轴双向连接方式进行了有限元模拟研究。对节点采取端板栓接和梁端扩大翼缘的方式来加强节点域性能,使塑性铰转移至梁削弱段。弱轴上采用蒙皮板与柱腹板加劲肋和柱翼缘内侧焊接形成局部箱型节点域。运用ABAQUS有限元软件对新型梁柱双向连接节点BASE试件进行了单调加载和低周循环加载,基于BASE试件的基础上,对该节点进行了端板厚度、轴压比、削弱段长度、加强肋板形状和弱轴方向上蒙皮板厚度5个变参数分析,对各试件的破坏状态、滞回性能、力学性能、延性和耗能能力进行了研究。主要结论如下:(1)新型双向连接节点能提高节点域刚度,有效将塑性铰外移,保护节点域,避免其发生脆性破坏,符合“强柱弱梁”和“强节点弱构件”的原则。(2)对BASE试件单调位移加载后,强轴方向比弱轴方向的承载力大1.17%,梁翼缘未发生屈曲,最终未能形成塑性铰;低周循环位移加载后,应力和应变集中在梁翼缘削弱处,梁翼缘与腹板出现了明显的屈曲变形,形成塑性铰。(3)针对5个变参数分析后得出:端板厚度对节点的破坏模式有影响,端板厚度过小,易发生节点域先破坏,违背“强柱弱梁”的抗震原则;端板厚度过大,会增加造价,建议端板取值范围为0.7d≤0(8)≤d(d为高强螺栓直径);轴压比对节点受力影响小,但轴压比过大时会造成柱节点域屈曲破坏,建议取轴压比≤0.7;梁翼缘削弱段长度也对节点受力影响也小,但削弱长度过短会导致应力集中区域离梁端更近,可能会影响节点域的稳定性,因此建议削弱区长度取0.5?(7)≤7((7)≤0.9?((7)(?(7)为梁高;不同形状肋板对节点力学性能影响程度不同,梯形肋板和长边三角形肋板都能有效降低焊缝应力,防止节点域发生破坏,但梯形肋板对节点的加强效果强于三角形肋板;蒙皮板厚度对弱轴方向的受力性能有影响,蒙皮板越厚,蒙皮板所受的应力和应变值越小,综合分析建议蒙皮板厚度取25mm。
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