采用新型转动摩擦耗能梁柱节点的钢框架抗震性能研究

摘要

梁柱连接节点是钢结构中的关键部位，起着在梁柱之间传递弯矩和剪力的作用，其性能直接关系到结构的稳定和强度承载力。研究发现目前梁柱连接节点的耗能能力基本是由梁端形成的塑性铰提供，虽然一些节点在试验中表现出良好的抗震性能，但在实际工程中，由于震后出现的塑性变形及损伤使得对这些节点的修复变得困难而且费用较高。随着基于性能抗震设计理念的发展，具有复位能力和易于修复特性的新型梁柱节点正日益获得关注。
　　 本文提出了一种新型转动摩擦耗能梁柱节点，在强震作用下，当这种新型梁柱节点处的梁端弯矩超过设定值时，梁柱间将产生有摩擦的相对转动，它们能使结构体系的内力重新分布，使主要构件和梁柱节点的内力维持在适当的范围内，并利用节点处板件间的摩擦消耗地震能，从而改善建筑钢结构的抗震性能。当地震过后，适当调节这些新型梁柱节点处高强度螺栓中的预应力，并借助结构体系自身的弹性回复力和在框架的两锐角对角方向施加适当的拉力，使结构体系重新回复到正常工作状态。
　　 本文使用软件SAP2000对采用此新型节点的钢框架与普通钢框架进行罕遇地震作用下的Push-over分析和动力时程分析。在Push-over分析中，建立了两个不同层高的规则钢框架和两个不规则钢框架计算模型，选用两种加载模式，用位移控制法进行加载；在动力时程分析中，对在Push-over分析中建立的四个计算模型选取了EI-Centro波，Taft波和一条人工波进行分析。同时还分析了新型梁柱节点采用不同起始转动摩擦弯矩值及不同节点数量和布置位置对框架抗震性能的影响。动力时程分析结果表明，和普通框架相比，对于十二层规则框架，当耗能节点的起始转动摩擦弯矩取梁端屈服弯矩的0.6倍时，采用耗能节点框架的最大顶点位移最多可降低29.8％，薄弱层层间位移最多可降低23.3%，最大基底剪力最多可降低19.8%；对于十六层规则框架，当耗能节点的起始转动摩擦弯矩取梁端屈服弯矩的0.6倍时，采用耗能节点框架的最大顶点位移最多可降低22.7%，薄弱层层间位移最多可降低13.9%，最大基底剪力最多可降低19.4%；对于十六层竖向不规则框架，当耗能节点的起始转动摩擦弯矩取梁端屈服弯矩的0.6倍时，采用耗能节点框架的最大顶点位移最多可降低27.3%，薄弱层层间位移最多可降低24.3%，最大基底剪力最多可降低19.5%；对于十二层平面不规则框架，当耗能节点的起始转动摩擦弯矩取梁端屈服弯矩的0.6倍时，采用耗能节点框架的最大顶点位移最多可降低19.9%，薄弱层层间位移最多可降低22.3%，最大基底剪力最多可降低25.5%。