侧板加强式梁柱节点抗震性能的有限元分析

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钢结构梁柱节点连接是钢结构设计中重要而又复杂的环节之一。在1994年的美国Northridge地震和1995年的日本Kobe地震中,一直被认为具有良好抗震性能的钢框架刚性节点出现了大量的脆性破坏,梁并未有明显的或没有发生塑性变形,由此人们认识到对节点性能的研究还很不全面,有必要重新对钢框架梁柱节点进行深入的研究,探讨和寻求改善节点性能以避免脆性断裂的方法。本文以侧板加强式梁柱节点为研究对象,采用ANSYS有限元分析软件建立计算模型,对侧板加强式梁柱节点进行非线性有限元计算,并对这种节点的抗震性能进行了研究。在有限元分析中考虑了几何非线性、材料非线性的影响。为验证ANSYS有限元程序的有效性,采用ANSYS程序模拟了文献中相关试验的侧板加强式梁柱节点连接的滞回模型,将ANSYS绘出的滞回曲线与试验曲线进行比较,结果表明,本文建立的有限元模型可以很好的模拟梁柱节点在循环荷载作用下的性能。根据强柱弱梁的抗震设计原则,本文设计了不同宽度,不同长度的侧板加强式梁柱节点模拟试件,针对试件分别进行了单向荷载和循环荷载作用下弹塑性有限元分析,研究了节点的刚度、强度、延性及滞回性能、耗能能力,破坏形式。结果表明:侧板加强节点刚度好、强度高、延性好、滞回曲线稳定、饱满,表现出了较好的耗能能力;侧板加强节点滞回性能优于普通无侧板节点,节点承载力也大大得到提高。最后,通过分析对比试件节点应力云图,进一步讨论了塑性区的开展情况。研究表明,侧板加强式梁柱节点能够迫使节点塑性铰外移至侧板末端截面突变处,从而减少梁柱对接焊缝处的应力,达到“强节点,弱构件”的抗震设计宗旨。本文还探讨了侧板宽度和长度变化对节点关键部位受力性能的影响,主要考察了梁、柱连接焊缝处应力分布以及梁翼缘截面突变敏感部位的应力状况,进一步对节点的关受力性能进行了较深入的研究,得到了一些有益的结论。并根据研究结果,提出了侧板加强式梁柱节点抗震设计建议,可作为设计、施工的参考。
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