钢框架中柱与梁加腋连接节点抗震性能研究

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加腋型节点是一种使塑性铰外移的改进型加强节点,是通过局部加腋来加强梁截面从而促使塑性铰外移以达到保护梁柱连接焊缝的目的。仅下翼缘加腋的节点具有便于混凝土楼板施工的优点。本文围绕钢框架中柱与梁下翼缘加腋连接节点的抗震性能开展了理论、试验和数值分析研究。  采用理论分析的方法,在分析加腋节点计算模型的基础上对加腋节点进行了受力分析,探讨加腋翼缘板竖向分力系数β的取值对节点性能的影响。对比美国和我国规范,归纳出加腋节点的设计方法,同时指出两国规范在节点设计上的不同之处。采用理论计算得出了影响参数腋长、腋高和梁跨等对加腋节点受力的影响。研究表明β越大,梁端弯矩越小,更有利于保护梁端避免发生脆性断裂,但β>1时,β值越大,加腋区梁腹板和加腋翼缘板剪力会越大,设计时β取值接近1更合理但应小于2。随着腋长的加大,βmin、β逐渐变小;梁上、下翼缘坡口焊缝应力fwt、fwb逐渐减少;加腋翼缘所需的最小截面面积Ahf min、加腋翼缘板轴向应力σpd以及加腋腹板剪应力τhw变大。加腋翼缘板横截面面积的取值应使β更接近于βmin,以使材料得以更充分的利用;当腋高不变时,腋长取值靠近(0.5-0.6)倍梁高的中间范围内节点受力更合理。随腋高的增大,βmin、β值逐渐变大,梁上翼缘坡口焊缝应力、加腋翼缘所需的最小截面面积,加腋翼缘板轴向应力逐渐减少;梁下翼缘坡口焊缝应力、加腋腹板剪应力τhw变大;当长度不变时,将加腋高度适当加大更为合理。随梁跨度增大,βmin、β变大;梁上、下翼缘坡口焊缝应力fwt、fwb,加腋翼缘板轴向应力,加腋腹板所受剪应力τhw逐渐减少。  采用试验方法研究了十字型加腋节点的抗震性能。按照1:2比例设计了4个试件(3个仅下翼缘加腋,1个下翼缘加腋且上翼缘带压型钢板混凝土组合楼板),对其进行了低周反复循环荷载试验。通过试验研究加腋尺寸参数和楼板对抗震性能的影响,研究发现:加腋节点破坏时实现了塑性铰外移,塑性铰在离加腋端约1/3的梁高位置处;改进型加腋节点的滞回曲线均比较饱满,抗震性能良好。塑性转角和总转角均高于具有良好抗震性能的最低标准要求,塑性变形能力较强。楼板的存在使得试件承载力提高但塑性变形能力和耗能能力有所减小。  在理论分析与试验研究的基础上,采用ANSYS数值分析的方法研究了低周循环荷载作用下的加腋节点的应力分布、承载能力、塑性铰形成发展规律、延性性能、耗能性能、滞回性能等。系统研究了节点参数(腋高、腋长)及梁跨对节点抗震性能的影响,给出较为合理的节点参数尺寸范围为腋长取(0.54-0.58)hb,腋角为靠近300为宜。在满足设计要求的前提下,梁跨高比靠近12,抗震性能最优。另外研究了节点构造对性能的影响,对比研究了仅下翼缘加腋和上翼缘加盖板、上翼缘加翼缘板(本文提出的新的构造形式)的加腋节点和的抗震性能,三种构造节点塑性铰都发生外移,塑性铰均发生离加腋端约梁高的1/4--1/3处,抗震性能均良好。上翼缘盖板加强的加腋节点承载能力最大,仅下翼缘加腋节点次之,上翼缘翼缘板加强节点最小。最后在系统分析的基础上将塑性铰的位置取在离加腋端1/3hb处,修订了现行的加腋节点的设计公式。
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