L形钢异形柱框架梁柱节点的力学性能研究

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“异形柱框架结构体系”是国家建设部力求推广的住宅结构形式之一。在以往地震当中,钢结构建筑的破坏表明,节点经常发生脆性破坏。因此节点设计在整个结构体系的设计当中是非常重要的一步,它关系到整个结构的抗震安全性;而目前钢异形柱结构体系的研究刚刚起步,其节点方面的研究更是空白,因此研究掌握钢异形柱框架节点的力学性能是一个亟待解决的问题。掌握其力学性能将对工程设计有重要的现实意义。本文在前人的研究工作基础上,选择L形截面钢异形柱框架节点作为研究对象,对其力学性能进行研究分析。本文采用目前国际上比较流行的大型通用有限元软件ANSYS,对钢异形柱框架节点进行三维实体非线性有限元分析,有限元模型中采用了较复杂的带有中间节点的10节点实体单元SOLID92、接触单元CONTA174、TARGE 170和PRETS179四种单元类型,充分考虑了材料非线性、几何非线性以及状态非线性的影响,根据规范已有的节点相关规定设计了7个钢异形柱节点(柱子的腹板厚度和翼缘厚度变化),对这七个节点都进行了有限元分析,得到了节点的应力应变分布,节点在单调荷载作用下的承载力极限,受力性能及破坏机理;节点在循环荷载作用下,力与位移P-△滞回性能曲线及相应刚度退化曲线,节点的滞回模型,以及耗能系数。通过本文的研究发现,L形截面钢异形柱框架体系的节点具有良好的抗震性能,其破坏基本都发生在梁根部往外的盖板附近,破坏模式都是梁翼缘屈曲破坏;柱子的腹板厚度对节点力学性能具有决定性的影响,柱子翼缘厚度对其性能虽有一定影响,但相对就小得多。根据所得的滞回曲线,本文还提出了此类节点的滞回模型,对此类节点的工程设计提供参考模型和理论分析依据。
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