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中高强度钢框架梁柱组合节点抗震性能研究

奥晓磊  
【摘要】: 随着中高强度钢材逐渐应用在钢框架结构中,钢材强度的提高对梁柱组合节点抗震性能的影响成为研究者关注的焦点。在美国北岭地震和日本阪神地震中,钢框架梁柱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,而混凝土楼板的组合作用是该处发生应力集中很重要的原因。因此,在钢材强度提高后,组合节点承载力、刚度和延性以及混凝土楼板组合作用的具体变化需要进行相关的研究,但目前研究者对其受力性能和破坏机理的认识还很不足。为此,分析中高强度钢材梁柱组合节点在循环荷载作用下的受力特性具有重要的理论意义和工程实际应用价值。 本文是在国家自然科学基金(5057808350708051)的资助下完成的,主要研究了中高强度梁柱组合节点抗震性能,论文完成的工作及成果有: 使用通用有限元软件ANSYS,建立了栓焊连接组合节点数值模型,对模型进行了弹塑性分析,研究了钢材强度、混凝土标号、楼板配筋率、楼板厚度等参数对节点承载力的影响。 取混凝土楼板配筋率和加载方式为变量,进行了四个中高强度钢材组合节点的低周往复荷载破坏试验,分析了它们在循环荷载作用下的承载力、塑性变形能力、应力分布和破坏模式,总结了它们的延性特征和抗震性能,并与对应的普通钢材组合节点进行了比较,证明中高强度钢材组合节点可以在不降低延性的基础上显著提高节点承载力。 通过对节点滞回曲线包络线进行分段线性模拟,建立了节点在循环荷载作用下的三线型恢复力模型。根据四个节点表现出的破坏模式,借鉴“组件法”,综合节点各组件计算方法得出节点承载力和初始刚度设计公式,全面考虑了包括钢梁柱屈曲、混凝土局部受压等因素的影响。与现有试验数据的对比说明,该方法可以比较准确地计算节点的抗弯承载力和初始转动刚度,总体精度可以达到工程设计的要求。 本文所得数据、方法和结论均可为工程设计提供参考依据,也为在钢框架中进一步采用更高强度的钢材奠定了试验基础。


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