装配格构式梁柱半刚性节点受力机理及初始刚度研究

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随着我国装配式钢结构的大力发展,各种新型装配式钢结构梁柱节点应势孕育而生,该类梁柱节点大多属于半刚性节点。现行钢结构设计规范(标准)对该类节点尚无明确的计算方法和规定,采用现行规范不仅无法充分利用节点特性,还容易造成资源浪费或可能结构安全。目前国内外对实腹式T型板连接半刚性节点研究甚多,对格构式梁柱节点研究明显不足。基于此现状,课题组通过拟静力试验与有限元模拟分析对所提出的装配格构式梁柱节点进行了研究,取得了一定的成果。考虑到槽钢变形较大以及格构柱尺寸过于富余,故本文在现有研究基础上将梁、柱槽钢改为不对称设计,设计了8组构件,以槽钢厚度及螺栓直径为控制参数,进行有限元模拟单调加载,研究改进后节点的初始刚度与极限荷载,对节点受力机理分析,提出节点的计算简化模型,基于组件法给出初始刚度的计算公式及承载力预测。本文研究主要结论如下:(1)节点的破坏主要出现在上端受拉端槽钢,梁工字槽钢的屈服从栓孔附近向四周扩散;槽钢内侧随着螺栓直径的增大,屈服出现的部位更加靠近栓孔。柱工字槽钢屈服是从两端向栓孔附近靠近。(2)增大槽钢厚度及螺栓直径的提高,能够提高节点的初始刚度及极限承载能力。槽钢在较大厚度时,增大螺栓直径对极限弯矩的提升没有小厚度时有效,但槽钢在小厚度时,极限承载力的提高损失了一定的延性。(3)本文提出改进后的节点按照欧洲规范属于半刚性节点,弹性阶段节点的转动中心位于腹部槽钢下部螺栓附近,在极限荷载下,转动中心位于下侧受压端槽钢螺栓附近。通过分析受拉槽钢截面的正应力和切应力分布,槽钢的计算不宜采用经典梁理论,应考虑剪力滞后效应,故应采用板壳理论计算。(4)本文采用组件法进行刚度组装,通过梁、柱上端受拉槽钢荷载变形关系推导出节点弯矩转角关系,与有限元解对比表明初始刚度在槽钢较小时误差较大,其它厚度下误差在1%至8%之间,对极限承载力的预测在槽钢厚度较大情况下误差约为12%。理论公式可以较好反映节点性能。
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