【摘 要】
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装配式钢结构建筑是装配式建筑的重要发展方向,外挂墙板是装配式钢结构建筑一种重要的外围护构件,钢框架与外挂墙板之间的连接节点是影响装配式钢结构建筑抗震性能的重要因素。目前国内外针对连接节点的研究虽已取得一些成果,但连接节点大多不具备足够的耗能能力,且容易造成外挂墙板在地震中过早地损坏,引发震害。为优化连接节点的设计,本文提出了一种环形耗能连接节点,并从节点构件、钢框架-外挂墙板体系、采用此耗能节点的
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装配式钢结构建筑是装配式建筑的重要发展方向,外挂墙板是装配式钢结构建筑一种重要的外围护构件,钢框架与外挂墙板之间的连接节点是影响装配式钢结构建筑抗震性能的重要因素。目前国内外针对连接节点的研究虽已取得一些成果,但连接节点大多不具备足够的耗能能力,且容易造成外挂墙板在地震中过早地损坏,引发震害。为优化连接节点的设计,本文提出了一种环形耗能连接节点,并从节点构件、钢框架-外挂墙板体系、采用此耗能节点的高层钢结构建筑这三个层面,探究了此节点的耗能能力及保护墙板不致其过早损坏的能力,给出节点参数的设计建议值,以及节点的优化布置建议。本文的研究内容包括以下三个部分:(1)为探究环形耗能节点的耗能能力,采用ABAQUS有限元软件建立了节点的有限元模型,对耗能节点进行拟静力分析。在对此耗能节点的低周往复加载试验验证了该有限元模型可靠性之后,进一步探究了节点钢板厚度、高度、弯曲段直径、螺栓孔形状等参数对节点滞回性能的影响。(2)为探究环形耗能节点在钢框架-外挂墙板体系中的耗能作用及其保护墙板的作用,采用ABAQUS有限元软件建立了采用此耗能节点的钢框架-外挂墙板体系模型,并进行拟静力分析,验证了耗能节点相比于传统节点的优势,分析耗能节点取不同参数时对体系抗震性能的影响,研究节点的耗能比例及节点与墙板的相互作用机制,确定节点参数的最优值。(3)为探究设置环形耗能节点的高层钢结构建筑的抗震性能,采用ETABS软件建立高层钢结构模型,选取地震波进行多遇及罕遇地震下的时程分析,以探究在不同地震波的时间历程内,耗能节点对结构动力响应的影响。同时进行Pushover分析以验证时程分析结果的准确性,并针对不同层数的结构,给出节点的优化布置建议。本文主要得到了如下结论:(1)节点构件层面:环形耗能节点的滞回性能良好,节点试验与有限元分析结果较为吻合,有限元模型能够较好地模拟真实情况。有限元参数研究表明节点滞回性能受钢板厚度及螺栓孔形状的影响最大。(2)钢框架-外挂墙板体系层面:相比于设置传统刚性节点的模型,在钢框架-外挂墙板体系中设置环形耗能节点,耗能能力有明显提升,墙板受损情况得到有效改善。在体系中,环形节点耗能比例始终高于墙板的耗能比例,可有效减少墙板在地震中的损伤。通过合理设置节点参数,使节点屈服发生于墙板受压破坏之前,可有效发挥节点的耗能能力。(3)设置耗能节点的高层钢结构建筑层面:设置耗能节点,可以有效减小建筑的层间位移角,相比于空钢框架,层间位移角减幅为14%~35%。相比于设置传统刚性节点的模型,外挂墙板的应力水平明显降低,可见设置耗能节点可以发挥保护墙板的作用。在层间位移角较大的楼层布置耗能能力更强的节点,可以明显减小结构的层间位移角,优化抗震性能。
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