基于统计分析的T形件理论模型评估及修正

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自美国北岭地震和日本阪神地震爆发以来,钢框架结构中节点的转动变形能力逐步得到重视,而半刚性节点因其能兼顾承载能力和变形能力也逐步受到设计人员的青睐。在半刚性节点的众多研究方法中,组件法因其物理含义明确、适用性强、计算效率高等优点而被欧洲钢结构规范Eurocode 3所采用并推广。其中,受拉区的等效T形件为整个节点贡献了最为显著的转动变形能力,是半刚性梁-柱节点的核心组件,因而具有显著的研究意义。然而,目前对于T形件张拉性能的研究仍有不足:其一,螺栓预紧力对于T形件初始刚度的影响往往被忽略;其二,对于T形件极限承载力和极限变形能力的预测模型,缺乏模型准确性和适用范围的评判标准;其三,学者们各自的试验数据往往只被用于验证和评估各自的理论模型,试验数据并未得到充分利用。为此,本文拟建立受拉T形件试验数据库,利用此数据库对现有理论模型进行评估,并做出一定程度的模型修正。首先,本文从现有文献中选取了53个T形件试件,对文献中的未给定参数进行合理假定,将各试件的初始刚度、极限承载力和极限变形能力作为力学性能评判指标进行统计,从而建立了T形件拉伸试验数据库,为现有理论模型的评估以及模型修正提供了基础。其次,本文从Eurocode 3采用的Jaspart经典梁理论模型出发,详细介绍了Jaspart、Piluso、Beg、Spyrou、Yu、Yang和Lin等学者提出的分析模型,梳理了其力学推导过程和计算流程,并利用试验数据库对Jaspart、Piluso、Beg、Spyrou和Yang的模型进行评估,分析其在计算T形件初始刚度、极限承载力和极限变形能力时的准确性。结果表明,螺栓预紧力会显著影响T形件的初始刚度,在刚度分析时应予以考虑。此外,现有理论模型对于T形件极限承载力的预测精度在不同失效模式下并不完全一致,且均无法准确预测T形件的极限变形能力。最后,本文结合Jaspart、Piluso、Spyrou和Yang等学者的分析模型,通过考虑螺栓预紧力的影响,修正了T形件的初始刚度计算方法。同时,通过考虑联合屈服失效模式下螺栓从屈服到断裂的拉力增长,修正了Yang增量法模型的螺栓承载力计算公式。之后利用试验数据库对修正后模型进行验证,结果表明,修正模型在计算有/无螺栓预紧力T形件的初始刚度时均有着较好的准确性,同时也能准确预测T形件在各个失效模式下的极限承载力,表明该修正模型在评估T形件的强度和初始刚度时有其优势,具有一定的工程实用性。但是修正模型对于极限变形能力的预测值较试验结果偏小,后续还需进一步研究和完善。
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