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《沈阳建筑大学》 2011年
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蜂窝式钢框架梁柱节点抗震性能研究

李红超  
【摘要】:蜂窝构件是将H型钢或工字型钢沿腹板上一定的折线或圆弧线切割成的两部分错位焊接后,所形成的腹板有孔洞的钢结构构件,也可以在型钢的腹板上按一定要求直接打孔所形成的钢结构构件。在我国,蜂窝构件多用于跨度较大的受弯构件,既节约钢材,又便于穿越管线,在多高层结构中还可以降低楼层高度。 蜂窝构件用于框架结构的梁和柱形成蜂窝式钢框架结构,将拓展蜂窝构件的应用。二十世纪六十年代,蜂窝式钢框架结构在欧洲一些国家以及日本的多高层钢结构中得到较多应用,并有相应的设计规范和工程建设标准。近几年,我国在轻型门式刚架钢结构中应用了蜂窝构件,取得了良好的社会效益和经济效益。为推广蜂窝式钢框架结构的应用,应对蜂窝式钢框架结构的关键技术进行广泛和深入的研究,为我国制定相应的设计标准及工程应用提供参考及依据。 本文通过试验研究和有限元分析方法,对蜂窝式钢框架梁柱节点的承载性能、滞回性能、延性和设计方法等方面进行了研究。 进行了原型钢和蜂窝节点共六组试件在低周往复荷载下的试验研究,扩张比K=1.5时,考虑了梁上第一个开孔中心到柱内翼缘的距离(d)和柱上第一个开孔中心到梁上翼缘的距离(e)等参数的影响,对其在低周往复荷载作用下的受力过程、破坏模式、极限承载力、和塑性变形能力进行了研究和分析,并比较了耗能性能和延性特征。同时,以原型钢节点为基础进行了相关性能的比较。对试验中的四种典型节点建立了有限元模型,通过有限元分析软件ABAQUS,对模型进行了数值分析,并与试验结果进行了对比,在此基础上开展对蜂窝节点性能影响参数的研究。 综合分析试验和有限元计算结果,可以得出蜂窝这种构造形式与原型钢相比,在显著提高节点的抗弯承载力和抗弯刚度的同时,还能有助于实现“强节点,弱构件”的抗震设计思路。本文总结了六个节点的破坏模式和延性特征,通过有限元与试验结果的对比,对节点不同的破坏模式以及影响节点破坏模式的主要因素进行了分析。根据对节点滞回性能的探讨研究,腹板扩高开孔形成蜂窝这种构造形式,可以迫使塑性铰外移至梁的截面削弱处,从而避开节点域焊缝密集区,避免了焊缝附近区域脆性破坏的发生,而且出现在梁截面削弱处的塑性铰及其发展可以更加充分的耗能和发挥材料强度。综合上述节点的特点,提出了梁柱腹板上开孔的取值范围,并得到了试验结果和有限元分析的验证。 以上研究成果,为蜂窝式钢框架梁柱节点抗震理论和设计方法的研究奠定了基础,也为工程应用提供了参考。
【学位授予单位】:沈阳建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU391

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