新型方钢管柱—槽型钢梁模块化内插件节点受弯性能研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangwz2005
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目前,国家对建筑工业化提出了更高的要求,现有的装配式建筑已经无法满足,模块化建筑能够顺应时代发展速度,是建筑工业化值得提倡的一种建造方式。模块间的连接是模块化建筑的关键部位,对结构整体受力性能影响显著。现存的模块间节点存在缺乏足够的施工空间,现场施焊影响建造效率,组装节点无法高效协同工作等问题,影响着模块化建筑的发展。为此,本文研发一种新型模块化内插件节点,通过足尺静力试验和数值模拟来研究了新型节点的破坏模式和受弯性能,分析了平面内竖向荷载作用下不同参数对模块化节点受弯性能的影响,总结了新型节点的受弯机理。在此基础上,提出了节点弯矩-转角关系的数学模型,为新型模块化内插件节点在工程应用中提供参考。对三个不同参数的新型模块化节点进行平面内受弯性能试验,来研究新型模块化节点的破坏特征、弯矩-转角关系、受弯设计承载力、极限承载力、初始刚度和节点重点区域应力应变关系,并对比叠合梁刚度比、加腋板对节点受弯性能的影响,试验结果表明:无加腋板的新型模块化节点的破坏特性为模块内梁-端板-柱连接焊缝开裂,加腋板存在的节点破坏模式为叠合梁受压翼缘局部屈曲;叠合梁刚度比的降低和节点域增加加腋板对新型节点的初始刚度、受弯设计承载力和极限承载力均有较大程度的提高。采用ABAQUS有限元软件建立3个不同节点模型,模型完全与试验试件相同,对比验证了有限元模型与试验试件的破坏模式和受弯性能,并根据节点域的应力云图,分析了各部件的应力分布情况,结果表明:有限元模型在破坏形态与弯矩-转角关系方面均与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的可靠性。利用ABAQUS建立41个有限元模型进行参数分析,分析了叠合梁刚度比、梁端板与柱壁厚度比、内插件与柱壁厚度比、内插件长度和内插件与柱壁的缝隙对新型模块化内插件节点的受弯性能的影响,分析表明:叠合梁刚度比影响了节点的受弯性能及梁柱的相对刚度;柱壁厚度是影响模块化节点受弯性能的关键因素并决定了模块化节点的破坏模式;梁端板与柱壁厚度比、内插件与柱壁厚度比对模块化节点破坏模式、应力分布及受弯性能的影响受柱壁厚度影响较大,节点柱壁厚度为6-8mm时,不同厚度比对其影响较为明显;内插件长度对节点的受弯性能未有明显影响;内插件与柱壁的缝隙对节点的初始刚度有显著的影响。综合试验与有限元分析结果,对新型节点的受弯破坏模式和重要因素进行机理分析。破坏模式主要分为焊缝开裂、柱壁鼓曲和梁翼缘受压屈曲三类;天花板梁高度的增加,增加了梁截面的承载力;柱壁的厚度和端板-柱壁-内插件的厚度关系决定柱体的刚度及受力性能;内插件与柱壁的缝隙影响内插件与柱壁的协同受力。提出了节点的弯矩-转角关系的数学模型,分析了模型参数受叠合梁刚度比、端板-柱-内插件截面刚度的影响,并将模型结果与有限元结果进行对比验证,结果误差在20%以内,可靠度较高。本文有图67幅,表23个,参考文献93篇。
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