钢框架梁柱弱轴单向及双向连接翼缘削弱型节点的抗震性能研究

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根据国内外多次重大震害调查结果表明:钢框架梁柱节点连接处发生了大量的脆性破坏,此处是节点连接的薄弱环节。为避免这种脆性破坏的发生并给人类带来极大的伤亡和财产损失,国内外专家对梁柱节点的受力性能展开了深入的研究,但对钢框架梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点的抗震性能研究较少。钢结构框架中,与梁柱强轴连接相比,梁柱弱轴连接同样非常普遍,其构造和受力性能与强轴连接有所不同,并且理论分析和设计方面更加困难,因此研究钢框架梁柱弱轴连接在循环荷载作用下的抗震性能,具有重要的理论意义和工程应用价值。首先,本文采用有限元程序ABAQUS建立梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点模型,对其在循环荷载下的受力性能进行分析研究。模型考虑材料非线性及几何非线性等因素,选用牛顿-拉夫逊法进行非线性迭代求解,以便分析时能够精确地模拟梁柱弱轴连接在循环荷载作用下的受力性能。研究结果表明:梁翼缘对接焊缝两端存在着较为严重的应力集中且梁柱节点在较大位移下处于三向同号应力状态;节点域处的应力分布主要由梁端产生的正应力来控制,柱翼缘边缘处随荷载增加而产生明显的应力集中。连接板是梁柱弱轴连接中主要传力构件,为保证连接板能够可靠的传力应采取必要的构造措施减小此处应力突变。然后,本文以梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点为基础,通过改变梁高度范围内柱翼缘厚度、梁截面高度、柱轴向压力、梁翼缘连接板的厚度和伸出柱翼缘长度等参数设计了一系列梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点试件,应用有限元软件ABAQUS对试件进行分析,研究了以上参数改变对梁柱弱轴连接翼缘削弱型试件滞回性能、延性性能、承载力、节点破坏规律以及关键部位应力场等的影响,通过对比研究,得到了一系列改善节点力学性能的结论,并据此给出了改进节点抗震性能的建议。最后,本文建立梁柱翼缘削弱型节双向连接节点,并与弱轴单向梁翼缘削弱型节点进行对比,研究双向梁翼缘削弱型连接节点在循环荷载作用下对弱轴方向的力学性能的影响,发现双向连接节点中弱轴方向更容易发生破坏,双向节点更能真实反映节点的受力性能,建议在进行设计和研究时应采用双向连接节点。本文所建立的有限元模型能够较为真实地模拟梁柱弱轴连接在低周循环荷载作用下的受力行为,所研究的内容系统、广泛,所得结论对工程设计具有一定的参考价值,为深入研究钢框架梁柱弱轴连接的抗震性能打下了基础。
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