不等高梁外环板式异形节点钢框架结构抗震性能研究

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钢框架由于其优越的延性、强度以及装配化施工等特点受到了广泛应用。节点构件的延性性能直接决定了整体结构的传力路径以及失效机制,因此对钢框架结构的抗震性能起到了关键作用。随着建筑使用功能的不断发展,结构体型趋于复杂,梁高不相等的异形节点开始大量出现在工业建筑与民用建筑中。然而在实际工程中,由于缺少理论支持与经验积累,只能按照常规节点规范对此类异形节点进行设计,导致相关结构的应用受到限制,因此有必要对这种钢结构异形节点的抗震性能进行分析,探讨其受力机理与抗震性能。  虽然目前国内外已经对这种梁高不相等的异形节点进行了一定的研究,但研究范围大多局限在了构件本身的弹塑性发展机制,无法全面判定局部节点特性对整体结构抗震性能的影响效果。根据上述情况,本文基于结构层次对梁高不相等的异形节点钢框架结构抗震性能进行了深入研究,主要工作如下:  (1)为了合理分配计算资源,本文基于尺度分离的方法,建立钢框架结构多尺度模型进行数值模拟。使用宏观模型建立梁柱杆件,使用细观模型建立节点构件,通过合理的连接方式将细部节点的受力特征和整体结构的宏观响应协同计算,在保留构件几何特征的同时,使数值模型的计算效率得到了有效提高;同时,通过一系列算例对多尺度模型的可靠性进行了验证。  (2)基于五种节点构造形式,对预设的三层、九层和十二层框架建立了不同节点参数下的钢框架结构模型,并对独立梁柱节点的弹塑性性能进行了分析。  (3)基于结构pushover分析方法对钢框架在罕遇地震下的抗震性能进行了数值模拟计算,得到了结构的能力曲线以及目标位移处变形特征。对侧向荷载作用下节点的塑性发展趋势和节点在关键路径下的应力状态进行了评估。  (4)对钢框架进行动力弹塑性时程分析,得到其在选定地震时程下的动力反应,并根据局部节点的受力状态以及节点域变形特征对各种节点构造下钢框架的抗震性能做出评估。
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