一种新型可修复装配式钢结构节点力学性能研究

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装配式钢结构节点是装配式钢结构设计的重要内容。近些年来,基于结构韧性理念,众多学者围绕装配式钢结构节点的震后可修复性进行研究,试图通过不同的连接形式,将节点的损伤控制在便于更换的构件上,从而保护主体结构构件。节点可修复性能的研究对于结构抗震和震后重建具有重要的经济与社会价值。本文在已有研究的基础上提出了一种新型的便于震后修复的装配式钢结构节点连接形式,利用有限元方法对新型节点进行深入分析。分别研究了该新型节点在单调荷载和低周往复荷载作用下的力学性能;并对其耗能梁段翼缘厚度1、耗能梁段腹板厚度2、狗骨削弱深度c和狗骨削弱区距离柱面距离D进行了参数化分析,通过对节点滞回曲线、骨架曲线、延性系数和耗能系数等力学指标进行分析,给出各参数的建议取值范围;最后,将新型节点应用于整体框架结构中,对比分析了装配式钢框架结构与采用传统节点形式的钢框架结构破坏模式的差异。主要结论如下:(1)提出了一种新型的便于震后修复的装配式钢结构节点连接形式。利用ABAQUS软件对Base(试设计)试件进行力学分析。结果表明,节点塑性铰产生于可更换耗能梁段狗骨削弱处,节点域未发生塑性变形,满足“强柱弱梁”和“强节点,弱构件”的设计理念,试件具备良好的抗震性能。(2)增加耗能梁段翼缘厚度t1可以提高节点的承载能力,翼缘厚度太大则不利于塑性铰的形成,降低节点的延性,综合考虑耗能梁段翼缘宽厚比应控制在6.2-7.8范围内;增加耗能梁段翼缘厚度t2同样可以提高节点的承载能力,但是随着t2增大则不利于节点耗能,建议耗能梁段腹板高厚比应控制在28.6-37.2范围内。(3)狗骨削弱深度c对于塑性铰的产生的具有重要意义,削弱深度太小不利于翼缘截面发生屈服,太大又不利于截面的承载力和稳定性。狗骨削弱区距离柱面距离D对于塑性铰产生的位置同样具有重要影响。通过综合分析力学性能指标,建议狗骨削弱深度c与翼缘宽度比值控制在0.18-0.24范围,狗骨削弱区距离柱面距离D与梁高的比值控制在0.6-0.85范围。(4)对装配式钢框架和三种类型焊接钢框架进行了推覆分析。结果表明,装配式钢框架的塑性变形集中在可更换的耗能梁段,焊接钢框架在梁柱节点焊接区域则出现复杂的塑性变形,应用该新型可修复装配式节点的框架具备良好的力学性能和震后可修复性。
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