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高强度钢材板式加强型梁柱节点抗震性能及设计方法

陈学森  
【摘要】:高强度钢材钢结构是钢结构的重要发展趋势之一。可靠的梁柱连接节点是充分发挥高强度钢材强度优势、保证高强度钢材钢结构抗震性能的重要前提。论文以应用前景较好的高强度钢材板式加强型梁柱节点为研究对象,针对其抗震性能开展试验研究、数值模拟和理论分析,以期提出高强度钢材板式加强型梁柱节点的构造建议和抗震设计方法。论文的主要研究工作如下:(1)开展了8个盖板加强型和8个翼缘板加强型足尺梁柱节点试件的循环加载试验,考虑Q345、Q460两种强度钢梁与Q345、Q460、Q890三种强度钢柱的不同组合,变化加强系数、节点域强度系数等节点构造参数,分析了各试件的失效模式、承载力、刚度、耗能能力及节点域的力学性能,基于最大层间位移角、塑性层间位移角和延性系数评价了不同试件的延性。(2)建立了可准确考虑节点主要构造参数的高强度钢材板式加强型梁柱节点的有限元模型,利用试验结果验证了有限元模型的准确性和可靠性,完成了52个盖板加强型节点和56个翼缘板加强型节点的有限元参数分析,得到了不同钢材组合和构造参数条件下板式加强型梁柱节点的力学性能指标;提出了剪切板剪力反转现象,建议设计中对加强板进行弯剪综合作用下的强度验算。(3)基于试验和有限元结果讨论了现有的梁柱节点设计方法对高强度钢材板式加强型梁柱节点的适用性,提出了高强度钢材板式加强型梁柱节点的设计方法,包括:构造建议、刚度计算、承载力验算以及抗震设计。所提出的设计方法可为高强度钢材板式加强型梁柱节点在抗震设计中的应用提供参考。(4)提出了翼缘焊接梁柱节点的弯矩-节点域剪切转角曲线模型和考虑节点域变形的钢框架分析模型,编制了使用平行四边形模型、剪刀模型和柱侧弹簧模型考虑节点域变形的计算程序,通过算例分析对比了不同模型的计算结果,分析了在高强度钢材钢框架设计中考虑节点域变形影响的必要性,提出了在钢框架分析中考虑节点域变形的实用方法。


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