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钢框架腹板双角钢梁柱抗剪连接在循环荷载作用下的破坏机理及抗震设计对策

陈爱国  
【摘要】: 在实际工程中,腹板双角钢梁柱连接通常被认为是部分强度连接或更多地作为抗剪连接,仅传递梁端剪力。然而,许多研究发现这种连接具有一定的转动刚度和抗弯能力,对整个节点甚至整个结构的性能有很大的影响,一方面增大了结构的抗侧移刚度,另一方面,由于连接传递一部分弯矩给柱子,有可能使柱子因承受在设计中未考虑的附加弯矩而破坏。特别在地震作用下,这种连接承受着较大的循环转动,对结构的整体性能和动力反应产生显著影响,因而研究腹板双角钢梁柱连接在循环荷载作用下的破坏机理并提出抗震设计对策和建议,具有重要的理论和工程意义。 为了分析腹板双角钢连接的滞回性能并验证理论分析的可靠性,本文进行了4个腹板双角钢连接的循环加载试验。试验共分3个部分:材性试验;连接滑移系数试验和腹板双角钢连接循环加载试验。在循坏加载试验中,探讨了角钢长度、螺栓直径和螺栓排列布置对连接滞回性能的影响。试验结果表明,腹板双角钢连接具有良好的延性,增大角钢的长度,能提高连接的强度,增大螺栓间距,减小螺栓直径,能改善连接的延性。 本文首次采用考虑材料、几何和状态三维非线性的有限元法对腹板双角钢连接进行了循环加载分析,真实模拟了角钢与柱翼缘表面、螺栓头(帽)与各板件间、螺栓孔和螺栓杆间的接触问题。在将有限元计算结果与试验结果对比验证之后,本文系统地分析了15个系列共45个有限元试件。主要研究了摩擦系数、螺栓预拉力、螺栓线到与柱连接角钢肢背的距离、螺栓直径及级别、梁长、螺栓排列布置、梁高、柱翼缘厚度、角钢厚度、角钢长度、梁腹板只与角钢肢尖相焊接、钢材强度、角钢与梁柱均栓接、角钢与柱焊接与梁栓接、角钢与梁柱均焊接等参数对腹板双角钢梁柱连接滞回性能的影响,得出了一系列重要的结论。 最后,根据试验和有限元研究结果,提出了设计和施工建议。 本文系统、全面地分析了腹板双角钢连接在循环荷载作用下的破坏机理,对于修订国家相关规范、指导工程设计有重要的参考价值,也为进一步研究钢框架梁柱抗剪连接的抗震性能打下良好的基础。


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