隔板贯通式箱型柱—工字钢梁钢框架节点抗震性能研究

摘要

钢结构节点是联系水平受力构件和竖向受力构件的关键部位,安全可靠的节点连接对结构形成有效的空间抗侧体系起到至关重要的作用。箱型截面柱在两个主轴方向刚度相同,并且抗扭刚度大,与H型截面柱相比更适合应用于双向抗侧的钢结构框架中。箱型柱与工字钢梁形成的框架结构体系成为新的发展方向。
　　本文对箱型柱与工字钢梁节点进行了试验研究和有限元分析。为了考察隔板厚度和隔板悬挑长度对节点受力性能的影响,并得到隔板厚度和隔板悬挑长度合理的取值范围,本文共设计了4个节点试件。JD1和JD2隔板厚度为8mm,隔板悬挑长度分别为25mm和50mm。JD3和JD4隔板厚度为10mm,隔板悬挑长度分别为25mm和50mm。在节点低周循环加载试验的基础上,通过试验数据的整理和分析,对节点的滞回性能、承载力、耗能能力、强度和刚度退化规律等进行研究。利用大型通用有限元软件ANSYS共建立8个模型,其中4个与试验试件相同,另外4个以JD4试件尺寸考虑轴压比的不同。模型考虑几何非线性、材料非线性进行仿真分析,阐明了节点在低周循环荷载作用下的受力性能和隔板的应力分布规律。对比分析表明有限元数值计算结果与试验结果能较好地吻合。
　　试验和有限元分析结果表明,通过高强螺栓连接的钢结构箱型柱与工字钢梁节点具有较好的受力性能,传力路径明确。承载力退化和刚度退化稳定,各试件的位移延性系数均大于3,等效粘滞阻尼系数介于0.161~0.215。隔板是主要传力部位,对节点的受力性能有显著影响。隔板厚度由8mm增大至10mm,节点的承载力提高了约30％。但是隔板悬挑长度从25mm增大至50mm,节点的承载力只提高了约6%,而且隔板悬挑的外围部分始终处于较低的应力水平,由此可知过大的悬挑长度在受力上没有必要,而且还会占用一定的建筑空间。而轴压比对节点受力性能影响较小。要保证足够的隔板厚度,建议大于梁翼缘厚度来保证节点传力的可靠性;隔板悬挑长度的增大对节点受力性能影响相对较小,但应避开焊缝热影响区,建议至少取25mm,但是不宜太大。隔板上距离柱表面最近的两个螺栓孔削弱截面处钢材应力水平较高,强度要予以保证。

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1绪论

1.1选题背景

1.2钢结构节点的特点

1.3节点的类型

1.4国内外研究现状

1.5课题的提出及本文的主要研究内容

2 隔板贯通式箱型柱–工字钢梁钢框架节点试验研究

2.1引言

2.2 试验设计

2.3 试验过程

2.4 破坏特征

2.5试验结果及性能评价

2.6节点区典型应变分析

2.7本章小结

3隔板贯通式节点非线性有限元分析

3.1引言

3.2有限元模型的建立

3.3节点受力性能参数分析

3.4有限元拓展分析

3.5本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢