循环荷载下半刚性梁柱节点组件法模型研究

摘要

在钢结构中，节点作为关键部位，容易出现应力集中现象，产生较大的变形或破坏，从而影响结构的适用性与安全性，因此节点成为钢结构中的重点研究对象。工程实践中，为了设计的简便性，一般把梁柱连接节点当作刚性或者铰接节点。随着研究的不断深入，学术界普遍认为钢节点具有一定的转动刚度。因此，传统的节点设计并不符合实际工程情况。常规研究节点的方式主要有三种，分别是试验研究、有限元建模和组件法。相对于组件法高效易操作和成本低的优点，试验和有限元建模研究节点存在着一定的缺陷与不足。然而目前组件法研究节点大多局限于梁柱单调加载静力研究部分，存在2点不足：(1)组件法研究局限于整个节点，对组成节点的连接件，如螺栓-角钢连接件的研究较少，且研究不够深入。(2)对于循环加载条件下节点的研究还较少。因此，运用组件法的思想，采用连接件-节点的研究思路，加深对半刚性梁柱节点的研究显得十分必要。 本文拟对螺栓-角钢连接件的静力与滞回性能开展试验和力学模型研究，并建立半刚性梁柱节点的组件法模型。首先，设计了4组24个螺栓-角钢连接试件，并对每组试件进行了单向拉伸与滞回性能试验，得到4组螺栓-角钢连接件的力学特性，包括单向拉伸下的荷载位移曲线、承载能力和变形能力、破坏模式以及滞回性能试验下的滞回曲线、骨架曲线与延性系数、累积滞回耗能和刚度退化。实验结果表明：螺栓等级、螺栓孔洞位置和角钢厚度3种不同力学参数对于螺栓-角钢连接件的力学性能有着重大的影响；无论是单向拉伸还是滞回性能试验中，都需要考虑试件大变形阶段对承载力和变形能力的提高。 其次，在试验的基础上，充分考虑不同参数，结合实验现象和理论力学分析，通过分析小变形和大变形2个不同阶段，提出了螺栓-角钢连接件的单向拉伸力学模型和滞回力学模型，并通过与实验结果进行对比，验证了模型的正确性。 最后，在充分研究螺栓-角钢连接件的力学特性和理论模型的基础上，运用组件法的思想，将半刚性梁柱节点(本文选用的是顶底角钢梁柱节点)拆分为刚性的梁和柱通过2个螺栓-角钢连接件进行连接，建立半刚性梁柱节点的组件法模型，并通过与现有试验结果进行对比，验证模型的正确性。

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