【摘 要】
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国内外学者对1994年美国北岭大地震和1995年日本阪神大地震灾后研究发现:钢框架梁柱传统栓焊混合连接节点都发生了脆性破坏,此后研究人员为提高梁柱节点的延性和抗震性能,研发了各种耗能装置。其中金属连接件因其耗能能力强、制作、安装更换简单、造价低等优点,在建筑结构中的应用逐渐增多。本文在已有研究的基础上改进提出了新型耗能金属组合件钢框架梁柱连接节点,通过在中震及大震作用下节点的各金属连接件的耗能和变
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国内外学者对1994年美国北岭大地震和1995年日本阪神大地震灾后研究发现:钢框架梁柱传统栓焊混合连接节点都发生了脆性破坏,此后研究人员为提高梁柱节点的延性和抗震性能,研发了各种耗能装置。其中金属连接件因其耗能能力强、制作、安装更换简单、造价低等优点,在建筑结构中的应用逐渐增多。本文在已有研究的基础上改进提出了新型耗能金属组合件钢框架梁柱连接节点,通过在中震及大震作用下节点的各金属连接件的耗能和变形,达到保护结构梁、柱构件及框架结构安全性的目的。首先,本文分别对U形金属连接件及其与软钢板组合形成的耗能金属组合件的力学性能进行理论分析并推导水平拉、压状态下连接(组)件的初始刚度与承载力公式。利用ABAQUS有限元分析软件在考虑截面参数的基础上建立七个U形金属连接件及连接组件的有限元模型,并进行单调加载分析。将有限元分析结果与理论公式计算结果对比,证明公式的可靠性。其次,将研究设计的耗能金属组合件用于传统工字钢梁柱框架节点,形成新型耗能金属组合件钢框架梁柱连接节点,利用ABAQUS有限元分析软件对该新型节点的承载力、破坏模式、滞回性能、刚度退化等性能进行分析,研究翼缘处耗能金属组合件、腹板U形连接件截面几何参数变化对本文的新型节点抗震性能的影响。最后,在有限元分析基础上提出计算假定,对本文所研究的新型节点进行理论分析,推导出该节点承载力计算公式并给出此种梁柱节点设计建议。在此基础上对本文的研究节点进行优化设计形成JD17构件,并将其与参考节点JD1有限元对比分析验证设计建议合理性。研究表明,该新型节点可以达到结构抗震设防目标、更好地保护主体结构,研究的主要结论为:(1)本文所推导的金属耗能组合件与节点的承载力以及刚度理论公式具有较好的精度,其与有限元计算结果误差均在5%以内。(2)金属连接件各参数对节点抗震性能影响较大,其中软钢平板厚度对耗能金属组合件与节点的承载力、初始刚度影响较大。软钢平板的承载力大于U形金属连接件的水平承载力时,节点滞回性能变差。软钢平板承载力小于U形金属连接件承载力一半时,软钢平板会在加载到0.05rad时弯曲;翼缘处U形金属连接件高度h取值应根据平板段厚度的大小来选取,h/t1=0.5~0.8之内,此时节点的滞回性能较好。U形金属连接件的半径不应大于3t2,也不易于小于2t2。U形金属连接件t1+h应接近d值,这样U形金属连接件U形段的高宽比逼近1如此该新型节点的破坏模式、承载力、滞回性能都有所改善。(3)本文研究的新型耗能金属组合连接节点在荷载作用下,耗能金属组合件中软钢板首先屈服,紧接着U形金属连接件发生屈服、破坏,梁、柱保持完好,在节点转角位移达到0.04rad后可以通过更换软钢板与U金属连接件来实现震后节点快速修复。
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