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钢结构是目前广泛应用的一种建筑结构。与其他建筑结构相比,它具有强度大,重量轻,承载力高,抗震性能好,施工周期短,工业化程度高等一系列优点,因此特别适用于高层建筑、大跨建筑、重型厂房、桥梁以及要求重量轻、可移动的承重结构。在钢结构的设计中,钢框架横梁与柱的连接起着在两种构件之间传递弯矩和剪力(剪力与轴力的转换)的作用,是框架的主要组成部分,因此,节点连接良好是保证结构安全的重要一环。在施工现场,经常会出现由于加工误差导致的钢框架中的梁长度过长或过短,从而无法安装。如果可以在梁端板与柱翼缘之间加入垫板进行连接,将会减少由于加工误差而引起的经济损失,避免施工时间的延长。本文对垫板对半刚性节点的性能影响进行了理论分析和试验研究,验证在梁端板与柱翼缘之间加入垫板进行连接这一做法的可行性和安全性,主要包括以下内容:(1)对有无垫板以及不同厚度垫板对节点的刚度、强度、转动能力影响的研究;(2)对有无垫板以及不同厚度垫板对节点的滞回性能影响的研究;(3)对有无垫板以及不同厚度垫板对节点的受力特性与破坏模式影响的研究。
首先,本文设计并完成了一个包括9个试件的半刚性端板连接梁柱节点的足尺模型试验,并对试验结果进行了分析。其中包括节点刚度、转动能力、耗能能力与破坏形式的研究和比较。通过分析后,本文得出结论,在梁端板和柱翼缘之间加入不超过梁端板厚度的垫板对节点的性能没有影响。之后,本文使用ANSYS软件对之前完成的试验进行了数值模拟,并与试验结果进行了比较。经过比较后,得出了ANSYS可以较好的模拟此类节点的结论。同时也再一次验证了试验分析中得出的垫板对节点性能没有影响的结论。最后,本文使用EUROCODE3种的组件刚度法对节点的刚度进行了理论计算,得出了与试验分析一致的结果。本文通过理论计算中的公式,从数学角度,进一步呈现了垫板的加入对节点转动刚度的影响。
在采用试验、有限元分析与理论计算相结合的方式进行分析后,本文对在半刚性端板连接梁柱节点中加入垫板这一做法提出了设计建议。