多层钢框架梁柱连接节点抗震性能研究

【摘要】： 钢结构以其明显的优势在各类工程中得到越来越多的应用,多层钢框架结构房屋已成为建筑业重点推广的十大技术之一。地震区的多层钢框架结构需要具有较好的延性以满足抗震设计的要求。发生在美国北岭和日本阪神地震都发生不同程度的梁柱节点脆性破坏,可见梁柱节点在多层钢框架结构抗震设计中占有非常重要的地位。因此,钢框架梁柱节点抗震性能的研究对多层钢框架改善结构延性、防止节点发生脆性破坏、提高结构抗震能力有着重要的理论意义和工程意义。 改善钢框架结构延性的做法之一是将塑性铰的位置外移,从而提高结构抗震能力。本文根据钢框架强柱弱梁的抗震设计原则,按照有效控制梁上塑性铰位置的思路,提出在梁腹板上开孔削弱的节点形式,进行了反复荷载历程下的五个试件的破坏试验,探讨了梁柱节点区域内梁柱截面应力分布规律、节点滞回性能、破坏模式及极限承载力,并利用ANSYS进行计算和对比分析。结果表明,采用腹板开孔的节点形式,可以使梁的塑性铰位置由梁根部向中部偏移,达到了有效控制塑性铰位置的目的;同时,采用这种节点构造可以改变节点附近的梁截面应力分布状态,降低了节点脆性破坏的可能性,使节点的破坏模式从脆性破坏转变为梁的局部屈曲破坏,很大程度上改善了结构的延性。 改善钢框架结构延性的另一种途径是半刚性节点的研究与利用,半刚性节点是通过角钢和连接件的变形吸收能量达到延性的目的。本文进行了四个半刚性连接节点的试验研究,实测了构件的应力应变分布,分析了节点约束关系和滞回性能。研究发现,连接角钢厚度和螺栓预拉力是保证半刚性节点刚度的重要因素,梁腹板开孔对半刚性节点滞回性能的有一定的影响,且与开孔的位置及大小有关。 本文同时探讨了节点刚度及塑性铰位置对框架结构延性的影响,结果表明通过在梁上合理控制塑性铰位置,可以提高结构的延性,而承载力也降低不多,这对于结构提高抗震能力是一个很好的措施;对于半刚性节点的框架结构,由于节点的刚度降低导致结构变形增加,承载力有所下降,