基于损伤控制的屈曲约束钢梁柱连接节点抗震性能研究

摘要

北岭地震和阪神地震发生后，发现传统的钢梁柱连接节点在地震中易发生脆性破坏，为解决这一问题，研究人员提出了各种类型的新型抗震梁柱连接节点，其中较为典型的是翼缘削弱式钢梁柱连接节点(Reduced Beam Section，RBS)。RBS节点虽然有较好的损伤控制能力，但其不具有可更换性。本文基于结构可恢复的设计理念，结合RBS节点损伤控制原理，提出一种基于损伤控制的屈曲约束钢梁柱连接节点(Buckling Restrained-Reduced Beam Section Connection，BR-RBS节点)，并介绍了BR-RBS节点的构造和基本原理。
　　为研究本文所提出的BR-RBS节点各关键参数对节点性能的影响，以及节点在低周往复荷载作用下的滞回性能，本文设计并制作了9组足尺节点试件进行往复荷载试验。试验参数主要包括L形板的加劲肋数量、削弱参数、切割方式和切割形状，以及屈曲约束盖板的有无。试验结果表明:所有试件的塑性转角均满足我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)的要求;采用圆弧形过渡切割、设置有屈曲约束盖板和3道加劲肋的节点各项性能优异;BR-RBS节点能较为理想地实现损伤控制，L形板起到了“保险丝”的作用，使节点能在震后快速修复。
　　采用有限元软件ABAQUS对BR-RBS节点进行数值模拟和参数分析，结果表明有限元模型能较好地模拟BR-RBS节点在低周往复荷载作用下的滞回行为。通过系统的参数分析，探讨了屈曲约束板间隙、摩擦系数、L形板削弱深度、屈曲约束盖板厚度等对节点滞回性能、耗能能力和承载能力的影响，并给出了关键参数的取值范围。
　　基于试验结果，本文提出了一种BR-RBS节点的抗弯承载能力计算方法，推导出了节点抗弯承载力与层间位移转角之间的理论公式，并给出了节点的构造建议和设计方法，供研究者和工程设计人员参考。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 损伤控制钢梁柱节点及研究现状

1．2．1 加强型节点

1．2．2 削弱型节点

1．2．3 其他类型梁柱节点

1．3 可更换损伤构件的结构及研究现状

1．4 屈曲约束的原理及应用

1．5 本文研究的主要内容

第2章 基于损伤控制的屈曲约束钢梁柱节点试验

2．1 BR-RBS节点介绍

2．2 试验目的

2．3 试验方案

2．3．1 试验装置

2．3．2 测量内容

2．3．3 加载制度

2．4 试件设计及加工

2．5 材性试验

2．6 试验现象

2．6．1 试验现象

2．6．2 破坏模式

2．7 试验结果分析

2．7．1 滞回曲线

2．7．2 骨架曲线

2．7．3 延性系数

2．7．4 能量耗散系数

2．7．5 累积耗能

2．7．6 刚度退化

2．7．7 位移测量结果分析

2．7．8 应变分析

2．8 本章小结

第3章 数值模拟及参数分析

3．1 有限元模型

3．1．1 ABAQUS简介

3．1．2 材料属性

3．1．3 单元选择及网格划分

3．1．4 边界条件及加载

3．2 有限元模拟结果

3．2．1 模型验证

3．2．2 变形情况及应力分布

3．3 参数分析

3．3．1 摩擦系数的影响

3．3．2 屈曲约束盖板与L形板间隙的影响

3．3．3 L形板削弱深度的影响

3．3．4 屈曲约束盖板厚度的影响

3．4 本章小结

第4章 节点强度分析与设计方法

4．1 BR-RBS节点强度计算方法

4．2 BR-RBS节点设计

4．2．1 RBS节点设计方法

4．2．2 BR-RBS节点受力分析

4．2．3 BR-RBS节点设计建议

4．3 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表成果