带垫板的双肢C型钢半刚性框架抗震性能研究

摘要

冷弯薄壁型钢结构自重轻、节能、环保、高效、制作安装便捷，截面性能优于传统的热轧型钢，已经被建筑工程界广泛推崇。目前对于冷弯薄壁 C型钢半刚性框架研究很少，并且对于半刚性节点多数按照刚性连接节点进行设计，与实际工程中差别较大。为了研究不同节点刚度对半刚性框架抗震性能的影响，选取截面形式为带垫板的双肢C型钢背靠背螺栓连接的多层半刚性框架进行结构试验和有限元抗震性能分析。
　　考虑螺栓直径、螺栓间距、连接板厚度和节点板加腋尺寸四个构造参数，对2榀双层框架进行了低周水平往复荷载试验，7榀双层框架进行ANSYS有限元模拟。分析了框架的破坏形态和不同参数对框架抗震性能指标的影响。结果表明：所有框架破坏均为伴有梁柱局部屈曲的框架平面内整体弯曲失稳。预紧力为80kN的8.8级M16连接螺栓不能给框架提供足够的节点承载力，发生滑移，当螺栓直径达到20mm后则不会发生滑移，在保证承载力能力的条件下也保证了框架的变形不超过规范容许值。节点板加腋尺寸对框架承载力影响最大。所有框架延性系数均大于3，说明该类框架具有较好的延性，连接板厚度和加腋尺寸对框架的延性影响较大。能量耗散系数在0.31～2.41之间，说明该类框架耗能性能较好，节点板加腋尺寸对耗能能力的影响较大。由参数分析可以得出，连接板厚度和加腋尺寸对各抗震性能指标的影响最大。
　　通过SAP2000有限元软件，以不同节点刚度为参数，对6榀足尺4层冷弯薄壁C型钢框架进行模态分析和 Pushover分析，分别计算在多遇地震和罕遇地震作用下结构的自振周期、荷载－位移和能力谱曲线，分析节点刚度对多层冷弯薄壁 C型钢框架抗震性能影响。结果表明：当节点刚度降低时，增大了结构的自振周期。随着节点刚度的逐渐增大，结构在地震作用下受到的底部剪力增大，顶点位移随之减小。框架层间位移随着节点刚度的增大而减小。
　　通过对多层冷弯薄壁 C型钢半刚性框架的研究，表明了节点刚度是框架抗震性能的主要影响因素之一。了解该类型结构的抗震破坏特性，对多层框架结构的研究和实际工程应用提供了一定的分析依据和设计参考。

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1 绪论

1.1 冷弯薄壁型钢结构体系的特点

1.2 冷弯薄壁型钢结构体系在房屋建筑中的应用

1.3 半刚性框架抗震性能

1.4 冷弯薄壁C型钢国内外研究现状

1.5 研究不足

1.6 研究内容

2带垫板的双肢C型钢框架抗震性能试验

2.1 试件设计

2.2 材性试验

2.3 试验加载装置及加载制度

2.4 试验量测内容和测点布置

2.5 试验现象

2.6 本章小结

3带垫板的双肢C型钢框架抗震性能分析

3.1 受力性能分析

3.2 应变分析

3.3 本章小结

4 带垫板的双肢C型钢框架有限元参数分析

4.1 有限元的研究目的

4.2 节点有限元建模过程

4.3 ANSYS有限元模拟结果分析

4.4本章小结

5 带垫板的双肢C型钢框架的Pushover分析

5.1节点刚度

5.2模型设计

5.3模态分析

5.4 Pushover分析

5.5本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢