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考虑组合效应的钢结构梁柱节点抗震性能研究

苏迪  
【摘要】:焊接抗弯框架是一种应用广泛的多高层抗震钢结构,其梁柱连接节点多采用栓焊混合连接节点。在 Northridge 和 Kobe 地震中,众多钢结构建筑由于梁柱节点发生断裂而破坏,震后调查发现,节点的破坏大多是由于梁下翼缘与钢柱翼缘的对接焊缝断裂引起,忽略混凝土楼板对节点刚度和承载力的影响,被认为是造成断裂的重要原因。在此之后,研究者开始考虑组合效应对节点抗震性能的影响。 本文通过试验研究和有限元分析方法,对考虑组合效应的钢框架节点的承载性能、延性和设计方法等方面进行了研究。 进行了标准型和改进型组合节点共 4 个试件在低周往复循环荷载下的试验研究,考虑了钢节点类型和混凝土板配筋率等影响因素,分析了它们在循环往复荷载作用下的承载力、塑性变形能力、内力分布和破坏模式,比较了它们的延性特征和抗震性能,并与对应的纯钢节点进行了比较。考虑根据试验中四种节点型式建立了有限元模型,使用通用有限元分析软件 ANSYS,对模型进行了弹塑性分析,与试验结果进行了比较,并在此基础上开展了组合节点性能影响参数的研究。 通过深入总结分析试验和计算结果,组合效应能够显著提高节点的承载力和刚度,有助于实现“强节点,弱构件”的抗震设计思路。文中归纳了四个节点的延性特征和破坏模式,在有限元和试验结果对比的基础上,分析了节点不同的破坏模式以及影响节点破坏模式的主要因素。根据对节点滞回特性的探讨,通过对节点滞回曲线包络线进行分段线性模拟,建立了各种节点在低周往复循环荷载作用下的恢复力模型,并对模型表现出的节点刚度退化现象进行了讨论。针对节点的各自特点,提出了组合节点有效宽度的选取原则,对节点的弹性极限弯矩和塑性极限弯矩的计算公式进行了推导和总结,并得到了试验结果和理论分析的验证。 上述研究成果,为考虑组合效应后钢结构节点抗震理论和设计方法的研究,以及探索新型节点构造型式,提供了参考依据。


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