外部加强方钢管节点静力性能与设计方法研究

来源 :沈阳建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cool_1944
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本文研究的外部加强方钢管节点是一种改进型钢框架梁柱节点,通过在相邻H型钢梁上下翼缘之间增设T型部件对节点域进行加强。目前关于节点及框架结构的力学性能研究大多集中在平面内,很少考虑节点和结构的空间受力特性,但由于地震作用方向的不确定性,钢框架梁柱节点表现为空间受力特点尚未广泛研究。因此本文分析了外部加强方钢管空间中柱节点在平面荷载和空间荷载作用下的静力性能。通过改变方钢管柱板厚度、梁柱线刚度比、T型部件腹板长度、T型部件翼缘高度、T型部件腹板厚度、T型部件翼缘厚度、T型部件角边长度探究T型部件外部加强方钢管柱空间节点在平面对称荷载作用下的静力性能。研究发现T型部件加强节点绝大多数均可实现塑性铰外移,应力首先出现在T型部件与方钢管柱焊接位置,随着位移的增加,应力沿T型部件向外扩展,T型部件翼缘与梁翼缘连接处应力发展较快,梁翼缘首先屈服,应力向腹板传递,位移继续增加,全截面进入屈服阶段,形成贯穿于梁全截面的屈服铰线。采用欧洲规范EC3界定节点的刚性程度,T型部件加强方钢管柱空间节点在平面对称荷载作用下绝大多数为刚性节点。依据全过程分析得到的初始刚度与承载力结果,共考虑了7个参数的影响,提出了外部加强方钢管空间节点初始刚度与承载力计算表达式。对外部加强方钢管空间节点在四向梁端部加载作用下的有限元模型进行全过程分析,得到了节点在单调荷载作用下的应力发展云图、弯矩-转角曲线、极限荷载等,对比分析了节点的初始刚度、塑性极限弯矩、梁柱相对转角等静力性能。研究发现与平面加载相比,节点的应力发展趋势与平面加载相同,节点的塑性极限弯矩基本保持不变,而节点的初始刚度有所提高,T型部件加强方钢管柱空间节点在四向梁端荷载作用下均为刚性节点,进而提出了节点在空间荷载作用下初始刚度表达式,经验证表达式计算结果与有限元模拟结果差值较小,可以用于节点初始刚度与承载力的估算。对部分未能实现塑性铰外移的节点提出节点改进措施,改进后的空间节点破坏形式发生明显的塑性铰外移,节点域外侧梁翼缘与T型部件连接端部全截面屈服。基于改进后空间节点的静力性能,提出了外部加强方钢管空间节点在空间荷载作用下的初始刚度与承载力计算表达式,确定了T型部件加强方钢管柱节点的构造要求,建议当柱壁宽度300mm,建议方钢管柱壁厚度不得小于12mm,若采用其他规格方钢管柱,建议柱截面宽厚比不得大于25,梁柱线刚度比值建议不大于2.30,T型部件腹板长度大于1/2柱腹板宽度,T型部件翼缘高度不小于柱腹板宽度的1/6,T型部件腹板厚度与H型钢梁等厚即可,T型部件翼缘厚度不小于T型部件腹板厚度,T型部件角边长度取值不得小于柱腹板宽度的1/8。
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