装配式钢结构梁柱法兰盘组合螺栓连接节点抗震性能研究

摘要

装配式钢结构具有标准化、系列化、产品化的特点，可以达到住宅工业化发展的要求，并且抗震性能优越、施工周期短、综合技术经济指标好。发展预制装配式钢结构，扩大装配式钢结构市场占有率，将会加速住宅产业化进程，对我国建筑、冶金及相关产业的发展都具有重大意义。毋庸置疑，发展装配式钢结构其中的一个重要部分就是装配式梁柱节点的研发，但我国对其形式及性能的研究尚处于起步阶段，因而本文提出一种新型的装配式钢结构梁柱节点形式，即装配式钢结构梁柱法兰盘组合螺栓连接节点，并对其开展了节点构造设计、理论推导和试验研究，这既是对我国装配式梁柱连接节点的一种探索，也是对我国装配式钢结构半刚性设计方法的一种有益补充。 本文根据国内《钢结构设计规范》（GB50017-2017）和美国《钢结构抗震设计规范》（ANSI/AISC358.10）设计了装配式钢结构梁柱法兰盘组合螺栓连接节点，并对给出了基本节点的尺寸要求。然后，本文设计了4个T字形的装配式梁柱法兰盘组合螺栓连接节点试件，并对其进行拟静力试验，充分研究其抗震性能，并对试验结果和数据进行了分析。最后，结合试验分析结果，最终提出装配式法兰盘组合螺栓连接节点承载力的理论计算式。具体介绍如下： （1）本文提出了一种新型装配式螺栓连接节点，即装配式钢结构梁柱法兰盘组合螺栓连接节点，丰富了我国半刚性连接节点种类。本文给出了该节点的构造设计以及设计步骤，可为该种节点的实际应用和理论研究提供参考。 （2）本文设计制作了4个不同法兰盘厚度及长度的装配式法兰盘组合节点试件，将对其进行拟静力试验。在试验过程中，装配式法兰盘组合节点表现出足够的承载力、较好的刚度、延性及耗能能力，证明其具有良好的抗震性能。 （3）通过分析试验破坏现象及破坏形态，研究发现在保证焊缝质量的前提下，装配式法兰盘组合节点只要法兰盘厚度和长度相匹配，在加载过程中，随着加载位移的增加，法兰盘连接件出现屈服且形成第1个塑性铰，随着塑性铰继续发展，梁腹板出现屈服形成第2个塑性铰。由于梁端承载力相对节点域其他组件较弱，由于法兰盘对其长度范围内的梁翼缘起到了加强作用，试件塑性铰远离节点域，出现在距离柱壁1/3梁高上。 （4）当装配式法兰盘节点法兰盘厚度为8mm时，即节点区截面刚度较大时，增加法兰盘长度，即法兰盘节点区塑性铰区增大时，可以提高该种节点的屈服承载力和极限承载力，大大减小法兰盘连接件的变形，也大大提高了节点的延性及耗能能力，减小刚度退化程度。但是当法兰盘厚度为6mm时，即节点区截面刚度较小时，增加法兰盘节点塑性铰区时，并不能提高节点的承载力等。因此，当截面刚度较大时，增加法兰盘长度是提高节点的承载力、延性以及耗能能力的一种有效手段。但在对节点法兰盘参数进行选择时，还应考虑经济因素，来选择适宜的法兰盘厚度和长度。 （5）本文针对节点抗弯和抗剪两部分进行了分析，遵循着强剪弱弯的原则，根据节点各组件的受力特点提出了计算装配式法兰盘组合节点承载力的计算流程和计算方法，并按照这一流程和方法对试验工况A进行了节点极限弯矩承载力计算，计算结果表明，两组节点计算值与试验值吻合度较高，其比值在0.9左右，证明计算方法可靠可行，可为该种节点的实际应用和理论研究提供参考。

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摘　　要

目　　录

1 绪论

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 半刚性连接节点研究现状

1.2.2 管柱与梁连接节点现状研究

1.2.3 梁柱螺栓连接节点研究现状

1.2.4 国内外研究现状综述

1.3 本文研究目标与内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.4 研究方法及技术路线

1.4.1 研究方法

2 装配式法兰盘组合节点构造设计

2.1 引言

2.2 装配式法兰盘组合节点构造

2.3 装配式法兰盘组合节点尺寸设计

2.3.1 基本节点

2.3.2 法兰盘设计

2.3.3 高强螺栓设计

2.3.4 柱翼缘套板设计

2.4 装配式法兰盘组合节点设计步骤

2.5 本章小结

3 装配式法兰盘组合节点拟静力试验设计

3.1 引言

3.2 试件设计理论依据与原则

3.2.1 试件设计的原理依据

3.2.2 试验设计的原则

3.3 试验目的

3.4 试件的设计与制作

3.4.1 试件的设计

3.4.2 试件的制作

3.5.1 材性试验

3.5.3 测量内容

3.5.4 测试元件布设

3.6 本章小节

4 装配式法兰盘组合节点试验结果与数据分析

4.1 试验破坏形态及过程描述

4.1.1 FJD-1N破坏模式

4.1.2 FJD-2N破坏模式

4.1.3 FJD-3N破坏模式

4.1.4 FJD-4N破坏模式

4.2 滞回曲线分析

4.3 骨架曲线分析

4.4 节点承载力和延性分析

4.5 耗能能力分析

4.6 刚度退化分析

4.7 本章小结

5 装配式法兰套组合节点的理论设计计算分析

5.1 引言

5.2 装配式法兰盘节点区的传力特点

5.3 装配式法兰盘组合节点承载力的确定

5.3.1 节点受拉区的抗拉承载力

5.3.2 节点受压区抗压承载力

5.3.3 装配式法兰盘节点抗弯承载力计算

5.3.4 节点区抗剪承载力验算

5.4 装配式法兰盘节点承载力计算值和试验值对比

5.4.1 装配式法兰盘组合节点承载力理论值

5.4.2 理论值和试验值得比较

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文及研究成果