新型梁柱端板连接装配式刚性节点力学性能研究

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外伸端板式节点是一种施工速度快,能适应标准化制造的钢结构梁柱节点。在传统的外伸端板式节点中,H型钢钢梁通过较窄的外伸端板与H型钢钢柱连接,在节点破坏时,因为梁柱构件的承载能力高于较窄焊缝和端板、螺栓的承载能力,节点破坏位置集中在节点核心域,不利于结构抗震设计。改进传统外伸端板式连接,参考刚性节点的加强方式,提出新型扩翼缘加强型端板节点,通过将扩宽梁端翼缘与扩大端板连接,增大节点连接部位的承载能力,改善其节点核心区应力集中的状况,来达到“强节点弱构件”的抗震性能目标。根据平面刚架的简化力学模型进行分析,参考美国钢结构行业规范,分析得出新型节点的设计方法,为该类节点的工程应用提供了参考。在传统外伸端板式节点与新型装配式节点的对照分析中,选用大型通用有限元软件ANSYS对节点进行力学分析。分析过程中,运用了ANSYS强大的非线型分析能力。通过改变两种节点的端板厚度与螺栓公称直径,设计了刚性端板、半柔性端板、柔性端板,三类不同端板厚度的分析。研究了单调荷载下的力学性能分析,研究发现,通过美国规范来判定刚性端板的厚度,该厚度端板的变形较小,刚性端板的判定结果基本正确;传统节点在端板较厚的情况下,会在端板与梁翼缘交接处产生应力集中;在欧洲规范下进行刚性节点的判定,刚性端板下的新型节点可判定为刚性节点。在单调加载的基础上分析了往复荷载加载下,节点的抗震性能。新型节点的承载力、延性系数、等滞阻尼系数等各项力学指标均好于传统节点,且滞回曲线更为饱满。进行力学分析,考虑螺栓受弯与端板外伸处撬力,将T形件简化为平面刚架模型,通过变形协调得出螺栓弯矩值,与已有试验数据进行对比验证,验证后发现,该计算方法有一定的准确性。参考平面刚架力学模型,设计了一种外伸端板流程化设计的方法,用新型节点的算例去验证设计流程,流程化设计的方法与有限元分析的结果基本吻合。
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