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在框架结构中,钢梁一般都采用H型钢,钢柱大多也采用H型钢,很少采用钢管,主要原因是后者梁柱节点连接比较困难。但是钢管柱框架的经济性比采用H型钢柱的好得多,尤其在住宅建筑中,采用矩形钢管柱(简称“RHS柱”)不仅可以减少用钢量,而且便于构建美观的室内环境。研究H型钢梁与RHS柱的连接节点,有很强的实用意义。
本文对现有连接形式做出改进,提出了适合于住宅结构的钢框架H型钢梁-RHS柱的新型节点。该新型节点主要通过对节点域局部加强,以实现梁端塑性较外移,进而提高节点抗震性能。本文采用非线性有限元分析、理论分析、试验研究相结合的方法,对新型节点的抗震性能进行了比较系统的分析与研究。
首先,设计了一组新型节点,利用非线性有限元程序ANSYS,分别对它们进行了单向静力加载和低周反复加载下的模拟分析,探讨了新型节点的滞回性能、极限承载能力、关键部位应力分布规律及节点破坏模式等,分析了不同构造对节点连接性能的影响。有限元分析结果表明,新型节点是一种有效的节点加强形式,可以显著地提高节点的屈服承载力和极限承载力,并具有良好的延性和耗能性能。
其次,本文制作了一组新型节点的足尺试件,对其进行拟静力试验研究。试验结果验证了有限元对新型节点抗震性能的研究结果,进一步证明了新型节点是一种有效的节点加强形式,它改善了梁翼缘的应力分布、节点的滞同性能和破坏模式。在严格焊缝工艺的情况下,新型节点可以使翼缘上应力峰值从梁根部的焊缝移至加强端外侧,降低了连接焊缝发生脆性破坏的可能性,并达到塑性铰位置向梁中偏移的目的。
经过对有限元和试验结果的比较,说明新型节点具有良好的抗震性能,且具有较好的适用性,值得在工程实际中予以推广。同时也证实了有限元是分析新型节点连接性能的有效方法,在一般情况下,可以代替试验来对新型节点进行设计和分析,以达到减少研究时间和费用的目的,这为后续研究奠定了基础。
最后,提出一些对工程设计和施工具有一定参考价值的结论与建议,同时也提出了一些有待进一步探讨的问题。