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隅撑加强钢框架半刚性连接节点抗震性能研究

张永良  
【摘要】:本文提出一种新型组合节点,适用于半刚性连接钢框架结构,即隅撑加强端板连接半刚性节点,通过在梁、柱连接节点附近增设小型的屈曲约束耗能隅撑,用以提升框架节点的刚度和抗震能力,耗能隅撑体积较小,安装方便灵活,能满足多种建筑功能的需求。普通的外伸端板半刚性连接节点虽然延性较好且兼具一定的抗震耗能能力,然而在大震作用下会发生较大变形,且破坏形式多以端板拉断或螺栓孔拉脱为主,属于脆性破坏,这对结构的抗震性能不利,并且不符合抗震设计规范。因此本文提出在半刚性节点的基础上增设耗能隅撑,耗能隅撑是由隅撑耗能芯板,外围屈曲约束套筒,以及套筒与芯板之间的无粘结橡胶弹性垫三部分组成,增设耗能隅撑既可以有效的提升原有框架的侧移刚度及承载能力,同时耗能隅撑又可以在大震作用下先于梁柱主体发生屈服,起到消能减震的功能,从而保护梁柱主体结构,有良好的实用性。总体来说,隅撑加强端板连接半刚性节点具有优良的抗震耗能能力,且拥有布设方式灵活、现场连接方便、即使在大震作用下发生较大变形后易于更换等优势,在结构设计和实际工程应用中有着很好的前景。对于耗能隅撑与半刚性节点,国内外的学者都进行了大量的的研究,本文在总结已有研究现状的基础上,首先通过ABAQUS有限元软件探究了耗能隅撑对外伸端板连接半刚性节点各项力学指标的增强作用,同时还探究了不同端板厚度的半刚性节点和不同芯板截面尺寸的耗能隅撑共同作用下组合节点的承载能力、耗能能力及破坏机理,最后进行模拟参数分析,探究了隅撑加强半刚性节点的整体刚度与隅撑刚度、半刚性节点刚度之间的关系,引入最佳刚度比的概念,通过有限元模拟可以得到的半刚性节点与耗能隅撑的最佳组合形式,进而得到耗能隅撑与半刚性节点最佳刚度比,最后对各组最佳刚度比通过回归分析分别得到最佳刚度比K分别关于隅撑芯板截面积A_s和半刚性节点端板厚度b为自变量的计算公式,并提出了相关的计算方法。通过有限元分析结果可以看出,隅撑加强半刚性节点相较于传统的纯半刚性节点受力性能更加优越,破坏形式更为合理,增设耗能隅撑能够明显提高节点在大震作用下的刚度和承载能力,并且能够保护结构主体,充分发挥结构“保险丝”的作用。为实际工程中耗能隅撑与半刚性节点的综合应用提供一定的理论依据和设计指导,对后续的端板连接半刚性节点及屈曲耗能隅撑的组合应用奠定了基础。


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