箱形节点域工字形柱弱轴顶底角钢连接的抗震性能研究

发布时间：2020-04-02 13:36

【摘要】：在美国北岭地震和日本阪神地震中,大量的钢框架刚性节点因延性较差出现了脆性破坏。对刚性连接节点的抗震性能产生的怀疑,使抗震性能更好的半刚性连接逐渐成为学术界和工程界的研究热点之一。顶底角钢连接是一种典型的半刚性连接,但目前的研究多集中在工字形柱的强轴连接,弱轴连接则相对较少。因此,开展对工字形柱弱轴顶底角钢连接抗震性能的研究具有重要的理论意义和实际工程应用价值。采用有限元程序ABAQUS对箱形节点域工字形柱弱轴顶底角钢连接进行了非线性模拟分析,研究了该连接在低周反复荷载作用下的抗震性能。首先通过与传统弱轴顶底角钢连接的对比,得出箱形节点域弱轴顶底角钢连接的优缺点;而后,系统地研究了角钢厚度、角钢肢长、受拉螺栓到梁翼缘的距离、柱轴压比、蒙皮板厚度以及梁截面高度等参数对于连接节点抗震性能的影响。研究发现:(1)箱形节点域弱轴顶底角钢连接节点属于典型的半刚性节点,但该连接的强度和刚度较弱。节点的变形主要是顶或底角钢拉伸变形,最终的破坏表现为顶或底角钢水平肢与梁翼缘相接触的区域塑性变形较大。(2)箱形节点域弱轴顶底角钢连接与传统弱轴顶底角钢连接相比,连接的承载力、刚度、延性和耗能能力等均有所提高;另一方面,箱形节点域弱轴顶底角钢连接用蒙皮板来代替柱腹板与角钢连接,将力直接传递给了柱翼缘,避免了柱腹板的破坏,改善了节点的受力性能。(3)角钢厚度、受拉螺栓到梁翼缘的距离、蒙皮板厚度以及梁截面高度对箱形节点域弱轴顶底角钢连接的抗震性能影响较大。角钢厚度的增加可以提高节点的承载力、刚度,但降低了延性和耗能能力;受拉螺栓到梁翼缘的距离的增加可以提高节点延性,但明显降低了节点承载力、刚度以及耗能能力;蒙皮板厚度的增加可以明显提高节点的刚度、延性能力、耗能能力,但厚度过大或过小均会降低节点的承载力;梁截面高度的增加对于节点的承载力、刚度、耗能能力均有所提高,但延性能力却有所降低。通过ABAQUS数值模拟分析结果,给出了部分参数取值建议:角钢厚度t=(0.75~0.88)t_m,其中t_m为蒙皮板厚度;受拉螺栓到梁翼缘的距离s=(3.18~3.64)d_0,其中d_0为螺栓孔直径。(4)角钢肢长和柱轴压比的变化未能影响箱形节点域弱轴顶底角钢连接节点的抗震性能。
【图文】：

半刚性连接,底角,腹板

吡嘭印⑽藜泳⒗吡嘭恿嘭臃绞搅嘭游恢糜形藜泳⒗咄?1.1 工字形柱钢框架的梁柱连接分类图1.2.2 半刚性连接的类型及其界定标准由螺栓和连接板件组成的螺栓连接，其转动刚度处于刚性连接和铰接之间，即为半刚性连接。常见的半刚性连接类型主要有：单/双腹板角钢连接、顶底角钢连接、双腹板及顶底角钢连接、端板连接、T 型钢板连接等[12]，图 1.2 为这几种半刚性连接的示意图。(a) T 型钢连接 (b) 外伸端板连接 (c) 顶底角钢连接(d) 带双腹板顶底角钢 (e) 腹板单/双角钢连接 (f) 矮端板连接图 1.2 半刚性连接的构造示意图欧洲的 EC3 规范按照框架有无侧移对连接进行分类。节点初始转动刚度S "g25EIb/Lb（无支撑）、8EIb/Lb（有支撑）时为刚性节点，，当S "f0.5EIb/Lb时为

曲线,分类标准,刚度,绪论

第一章绪论铰接点，其中E 为弹性模量、Ib为梁截面的惯性矩、Lb为梁的跨度、EIb/Lb为梁的线刚度，处于两者以外范围的连接都属于半刚性节点[1]，EC3 规范还要求半刚性连接仍然要以相应的弯矩-转角曲线作为设计依据。图 1.3 为 EC3 规范的分类标准，相应的三段线分别对应于弹性、弹塑性和塑性状态。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU391;TU352.11

【参考文献】