中柱失效下外套板式钢框架梁柱节点性能研究

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建筑结构在其整个生命周期中,不仅要承受常见的外部荷载,还有可能遭受爆炸、地震、恐怖袭击等偶然荷载的作用,造成建筑结构的整体倒塌破坏。以框架结构为主要受力体系的建筑,梁柱节点是其传力的核心部位,对建筑结构抵抗连续倒塌发挥着至关重要的作用。外套板式节点是一种可以应用于装配式钢结构中的新型节点,外套板预先在工厂焊接在柱壁,梁柱在现场用全螺栓连接,节点区域无内隔板,整个节点构造简单、施工方便。然而,在中柱遭受偶然荷载作用突然失效工况下,外套板式节点的性能研究还是一片空白。本文将研究中柱失效下外套板式钢框架梁柱节点的性能。本文建立所有节点子结构的实体单元有限元模型,研究节点在建筑结构中柱失效后引发连续倒塌工况下的受力性能,并通过对现有试验现象和数据的比较,验证该模型的有效性。依据螺栓直径的不同,将节点分为两组,重点对比研究螺栓直径为16mm的基本节点和外套板式节点,通过分析两类节点的变形形态、破坏模式和梁端转动能力,考察节点的受力过程以及受力机制的转换过程,并进一步揭示节点核心区域柱壁外加套板对节点性能的影响。对外套板式节点进行变参分析,研究外套板厚度、T型件腹板厚度和T型件翼缘厚度以及螺栓孔径对节点性能的影响。研究表明,外套板式节点的塑性铰位置远离节点核心区域,但节点核心区域柱壁增加外套板后,节点刚度增大,变形能力和梁端转动能力被削弱,不利于悬链线机制抗力的发展,节点主要依靠弯曲机制提供的竖向抗力来承担上部荷载。外套板厚度和T型件翼缘厚度对节点的转动能力和抗力发展程度有较大影响,而T型件腹板厚度和螺栓孔径影响较小。对外套板式节点的各项尺寸参数提出了较为合理的建议,节点的研究成果可以用于框架结构抗连续倒塌能力的简化评估。
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