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带悬臂梁段拼接的梁柱连接在循环荷载作用下的破坏机理及抗震设计对策

李启才  
【摘要】: 带悬臂梁段高强螺栓拼接的刚性钢框架梁柱连接在美国和日本的多高层房屋和工业厂房中有着广泛的应用,也是我国高层钢结构技术规程和建筑抗震设计规范的推荐形式。这种连接具有工厂焊接,工地高强螺栓拼接的综合优势,具有较好的耗能能力、塑性转动能力等优点。但由于传统上一直按照与梁截面等强来进行抗震设计,而没有进行较多的研究,其抗震优势也没有得到应有的发挥。对于这种连接抗震性能的利用,国际上只有少数学者提出了理论设想,而没有试验或有限元模拟研究的验证。因此,对这种连接形式在循环荷载作用下的响应和破坏机理进行试验和理论分析,提出抗震设计建议和对策,不仅具有重要的理论意义,更有重大的工程价值。 为了获得对带悬臂梁段拼接的梁柱连接抗震性能的感性认识,本文首次对这种连接进行了四个试件的循环加载试验,试验侧重于对拼接节点的研究。试验结果表明:螺栓拼接节点的延性远好于梁柱焊缝连接;较弱的拼接节点产生较大的塑性变形;接触面的滑移、螺栓与孔壁的挤压和翼缘拼接板的屈曲都具有良好的耗能能力。 然后,本文在考虑材料、几何和状态三重非线性的基础上,对该连接形式进行了全面的计算机模拟,主要考虑了带悬臂梁段全螺栓拼接的梁柱连接节点与无拼接的梁柱连接及翼缘对接焊接腹板拼接的连接节点的对比,各种设计方法之间的对比,以及翼缘拼接和腹板拼接的螺栓间距、直径和数量,拼接点与梁端之间的距离,梁和柱的翼缘、腹板厚度,柱的轴力,接触面的摩擦系数,翼缘和腹板拼接板的厚度等因素的影响。得出了一系列重要的结论。 最后,本文根据试验和有限元研究结果,提出了设计和施工建议。 本文的研究,填补了国内外在这一领域的空白。所得的结论,纠正了一些传统观念上的错误。采用本文建议的方法,不仅能够节约节点的材料用量和施工费用,而且抗震性能更好。本课题的研究对修订规范和指导工程设计有着较为重要的参考价值,也为进一步的研究奠定了基础。


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