钢管混凝土柱—钢梁外加强环螺栓连接节点受力性能研究

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目前,钢管混凝土柱-钢梁连接节点最常用的连接方式有外加强环连接,且普遍为栓焊混合连接方式。但是,连接节点采用现场焊接作业,焊接条件差、工作量大;外环板形状不合理,节点柱壁及梁端产生应力集中,易出现脆性断裂破坏等问题。自北岭地震和阪神地震中钢结构梁柱焊接连接出现的严重的断裂破坏之后,尽量减少工地焊接已成为建筑工程界的共识,形成了“工厂焊接、工地螺栓连接”的施工指导思想,这是一种先进的制造理念,也符合“装配式”和“可拆卸式”的可持续建造发展趋势。外加强环连接是一种传统而广泛使用的连接方式,适应螺栓连接应成为下一阶段的研究重点。本文提出一种新型装配式钢管混凝土柱-钢梁外加强环螺栓连接节点,外环板与钢管混凝土柱焊接,与钢梁翼缘螺栓连接。采用有限元模拟分析方法及试验研究方法研究该节点的性能,主要研究工作如下:(1)查阅国内外文献,对传统钢管混凝土梁柱节点及装配式钢管混凝土梁柱节点的相关研究进行分类与归纳,总结传统焊接节点及装配式节点研究的不足,阐述了文本研究的意义。(2)运用有限元分析软件ABAQUS建立节点模型。建立了传统的钢管混凝土柱钢梁外加强环空间节点模型,建立了钢管混凝土柱钢梁外加强环螺栓连接节点模型。通过两种环板节点的数值模拟分析,确定合理的环板形状,优化节点构造,分析环板厚度、宽度对节点受力性能的影响。确定环板合理形状后,进一步分析钢管径厚比、轴压比、梁截面尺寸、螺栓孔距等因素对节点性能的影响,确定合理节点参数。除螺栓孔距外,其他因素对节点受力性能影响较大。对于钢管混凝土柱钢梁外加强环螺栓连接边柱节点,随着外加强环板厚度增大,其斜直边与轴线的夹角限值可以逐渐减小。(3)通过五个装配式钢管混凝土梁柱节点试验研究,分别为两个节点的静力加载,主要分析节点连接处环板的强度和节点的延性、承载能力;三个节点的拟静力加载,研究节点试验现象、加载曲线,分析节点延性耗能能力,结构的刚度退化、强度退化,通过上述抗震性能评价指标评价该节点的抗震性能。以钢管混凝土柱钢梁外环板螺栓连接节点试验为基础,建立有限元数值分析模型,对比试验研究结果与数值模拟分析结果。研究表明,节点承载能力高,抗震性能好,数值模拟分析结果与试验加载曲线吻合较好。
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