钢框架梁柱节点腹板双角钢连接的抗震性能研究

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钢结构由于其良好的延性、塑性和韧性,一直被认为是抗震性能最为可靠的结构形式。但在相继发生的1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震中,许多钢结构建筑出现了不同程度的脆断破坏,表明采用刚性连接的梁柱节点延性较差,容易发生脆性破坏,而非刚性连接由于其较强的耗能能力,能提供更多的屈服容量和延性容量,同时可节省节点的用钢量,其经济性和可靠性较好。钢结构梁柱节点腹板双角钢连接属于非刚性连接的范畴,目前为止国内的工程试验研究几乎处于空白状态,有关这方面的研究报道主要是强轴方面的,对于弱轴方面的介绍很少,我国的现行规范对于梁柱弱轴方向的柔性连接也没有具体的规定。有鉴于此,本文借助通用有限元软件ANSYS6.1进行了三维有限元弹塑性分析,系统和全面地研究了腹板双角钢弱轴连接的受力特性。建立了比较精确反映实际构件受力特性的分析模型,构建模型时首次综合考虑了材料非线性、几何非线性以及状态非线性的影响,并考虑了高强螺栓的预紧力和柱轴力的影响。本文主要进行了两方面的工作:⑴进行单向加载弹塑性有限元分析和低周反复循环荷载作用下弹塑性有限元分析的研究对比,研究各自受力性能的相似及不同之处,揭示两者之间的有机联系。⑵对7个衍生系列试件进行单向加载弹塑性的有限元分析,分别研究了摩擦系数、螺栓预拉力、柱的轴力、焊缝强度、螺栓强度、连接角钢强度以及螺栓级别等参数对于梁柱连接受力性能的影响。 上述分析研究成果表明双角钢弱轴连接具有很好的延性,且在循环荷载作用下的受力性能和耗能能力较单调荷载作用下的要强一些,角钢和螺栓的塑性变形是节点域延性的必要保证,但节点域的刚度明显不足,柱腹板和连接角钢在破坏前均出现翘曲,设计时应控制好角钢、螺栓以及焊缝之间材性的相对关系,并通过设置加劲肋来加强节点域的刚度和强度。 本文对于梁柱节点双角钢弱轴连接的受力性能和破坏机理进行了深入的分析研究,为钢框架梁柱节点连接的理论和设计方法的研究以及探索新型的节点形式提供了有价值的数据和参考依据。
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