采用端板连接整体式组合梁的钢框架受力性能研究

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本文首先基于验证后的整体式组合梁有限元模型探讨了其在循环荷载下的力学性能和破坏过程;然后,探讨了循环荷载作用下整体式组合梁与传统端板连接组合梁在力学性能方面的差异,并以钢梁下翼缘有无设置加劲肋、板面钢筋直径和钢梁下翼缘宽度为变化参数,分别对7个整体式组合梁模型开展了参数化分析,探讨影响整体式组合梁受力性能的关键因素;最后,对采用整体式组合梁的整体式组合钢框架、传统端板节点连接钢框架和传统梁柱刚性连接钢框架三种不同的钢框架分别开展了动力弹塑性时程分析,并通过对比分析各类钢框架结构的自振周期、顶点位移、基底剪力、最大层间位移角等性能指标以及局部应力云图、损伤因子云图等内容,对整体式组合钢框架的综合抗震性能进行了评估,为其工程设计和应用提供理论依据。通过研究,本文可得到以下主要结论:(1)与传统组合梁类似,整体式组合梁的负弯矩承载力亦明显小于正弯矩承载力。在循环加载中,整体式组合梁在正、负方向的承载力都高于传统端板连接组合梁。(2)设置加劲肋的整体式组合梁承载力明显高于无加劲肋的整体式组合梁。增大板面钢筋直径可以显著提高整体式组合梁在负弯矩下的承载力,同时对正弯矩下的承载力提高也有一定贡献,但提高幅值不明显。通过加大钢梁下翼缘宽度,可以使整体式组合梁的材料分布趋向合理性;整体式组合梁的单位体积承载力与钢梁下翼缘宽度成正比,宽度越大,其单位体积承载力越高。(3)采用整体式组合梁,可以有效增大框架的整体刚度,减小结构自振周期。整体式组合钢框架的顶点侧移峰值、基底剪力峰值和最大层间位移角等指标均介于端板连接钢框架和刚接钢框架之间,具体差异与地震波类型和地震烈度有关。(4)与端板连接钢框架相比,强震作用下的整体式组合钢框架楼面侧靠近节点区的柱端应力会偏大,但其相应位置的钢梁上翼缘应力会明显降低,这与梁宽范围内的楼板钢筋能够有效传递荷载有关;在三种框架中,刚接钢框架的节点区受力最为不利。(5)整体式组合梁更能有效发挥翼缘混凝土的承压作用,且其在钢框架的受力全过程中始终能够保持组合效应的有效性。
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