预制装配梁端钢板耗能铰节点及其弱梁强柱框架抗震性能

摘要

地震灾害自古以来就是人类面临的最严重的自然灾害之一，具有极强的随机性、不可预测性和大范围波及性，严重威胁着人类的生存和社会发展。近年来频发的强烈地震造成建筑结构大量破坏，导致大量的人员伤亡和财产损失。对于钢框架结构，梁柱节点的抗震性能对多层钢框架的抗震性能起着决定作用，人们一直寻求有效的节点设计，防止节点发生脆性破坏，以节点良好的延性和耗能能力有效提高结构的抗震性能。对于一些建筑，甚至要求其在大震作用下经过简单修复即可继续使用。
　　在此背景下，本课题提出了一种可用于装配式钢结构中的预制装配梁端钢板耗能铰节点，它的设计思路是：首先节点通过销轴连接，形成铰接机制，承担竖向荷载，然后铰接销轴四周通过螺栓连接钢板，四周钢板为节点提供了抗转动的能力。此节点各参数可独立于梁柱进行设计并易于调整，其中钢板兼有承载与耗能的功能，耗能能力强。对于采用此预制装配梁端钢板耗能铰节点的结构，通过合理的参数设计，容易实现“弱梁强柱”这种良好的抗震体系，实现在大震作用下，结构变形和耗能主要集中在节点上，节点组合钢板进入塑性耗能，节点其余部分和结构主体构件依然处于弹性或弱非线性阶段，地震作用后，可以更换四周钢板实现结构整体功能的快速恢复，修复简单较易实现。基于此本文研究了以下内容：
　　(1)基于节点的设计思路，进行了节点的构造设计。采用ABAQUS有限元分析软件建立了四种采用不同截面钢板的节点的有限元模型，分别对它们进行了单调位移加载和变幅循环加载模拟，研究了这四种采用不同截面钢板的节点的变形形式、应力应变分布、刚度、强度、耗能能力及疲劳性能，同时也为后续节点的足尺试验提供了设计参考。
　　(2)根据有限元分析结果，舍弃了其中一种性能较差的钢板组合方式，对采用其余三种钢板组合方式的节点进行了拟静力试验和疲劳性能试验，详细记录并分析了试验现象，得到了三种节点的滞回曲线，结合试验现象分析了这三种节点的变形形式、刚度、强度、耗能能力，通过等幅疲劳试验研究验证了三种节点均具有优异的疲劳性能。
　　(3)根据有限元分析和试验研究结果，对比采用不同钢板组合节点的力学性能，并考虑可装配性、可更换性，采用槽型截面钢板的节点是最优选择。基于薄板的小挠度理论和有限挠度理论，推导出采用槽型截面钢板节点的恢复力模型。然后基于本文提出的采用预制装配梁端钢板耗能铰节点结构的设计思路，具体设计了一个三层钢框架结构，分别对其进行静力非线性分析和动力时程非线性分析，验证了该设计思路的可行性。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 钢结构梁柱连接节点的研究现状

1.3 可更换构件结构体系研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 预制装配梁端钢板耗能铰节点的构造设计与有限元分析

2.1 引言

2.2 节点设计思路和构造设计

2.3 有限元模型的建立

2.4 节点的有限元分析

2.5 本章小结

第3章 预制装配梁端钢板耗能铰节点的抗震性能试验与结果分析

3.1 引言

3.2 试验目的

3.3 拟静力试验

3.4 疲劳试验

3.5本章小结

第4章 设置预制装配梁端钢板耗能铰节点的弱梁强柱框架抗震性能分析

4.1引言

4.2节点的恢复力模型的建立

4.3 实例设计

4.4 结构的静力非线性分析

4.5 结构的动力弹塑性分析

4.6 本章小结

结论与展望

参考文献

附录A 地震加速度时程曲线

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