梁高不等的矩形钢管柱外传力式节点抗震性能及参数分析

发布时间：2020-06-30 20:47

【摘要】：20世纪以来,特别是近半个世纪,钢结构在国内外得到了各种工业与民用建筑的广泛工程应用。研究表明,梁柱节点是钢结构设计中十分关键的部分,直接关系到整个钢结构的力学性能。传统焊接连接节点由于容易出现脆性破坏,因此在地震发生过后,节点破坏常常也会导致整个钢结构变形甚至倒塌。因此,学者们对钢框架节点提出了多种新型的连接方式,其目的在于提高钢结构框架的抗震性能。本文研究的梁高不等的矩形钢管柱外传力式节点是基于工程加固提出的一种改进型节点,它通过对矩形钢管柱相邻的不等高梁梁翼缘间增设传力件来实现绕过柱子传递应力。本文系统的研究了该新型节点及其空间框架的抗震性能,为工程加固提供理论基础和应用基础。主要进行了以下工作:(1)对等高梁传统节点和外传力节点进行单调加载有限元模拟分析,得到两种节点的破坏模式与荷载位移曲线,并且与已有等高梁静力试验结果进行对比分析以验证有限元模型的正确性,此后用相同建模方式对不等高梁传统节点及外传力节点的角柱、边柱、中柱进行单调加载有限元模拟分析,对比其破坏形态及荷载位移曲线。结果表明:传统节点与外传力节点的有限元模型的破坏模式均与试验一致,两者的承载力均比试验值略有提高,验证了有限元模型的正确性;不等高梁外传力节点与传统节点相比,应力分布的均匀程度有明显的改善,而中柱节点的改善程度也最为明显,单调加载下达到有效延缓梁柱连接位置脆性破坏的目的。(2)使用ANSYS有限元软件,对不等高梁传统节点及外传力节点进行低周循环加载,得到了两者的von Mises应力云图、滞回曲线、骨架曲线、节点域的应力分布等,对比分析了两者的破坏形态、承载性能、耗能能力、强度及刚度退化系数、延性性能、塑性转动能力、应力路径等抗震性能的指标。结果表明:外传力不等高梁节点与传统不等高梁节点的应力分布相比,外传力节点出现了塑性应力重分布,应力分布不再集中在梁柱连接处,而是转移到外传力件上,并且其具有更好的耗能能力、延性性能及塑性转动能力,强度及刚度退化更慢,梁柱连接位置的应力明显下降,峰值应力外移至外传力件以外的地方,达到了延缓节点破坏的目的。(3)对不等高梁传统节点及外传力节点的断裂特性进行对比分析,分析节点的内隔板、梁柱连接端部、外传力件及外传力件梁连接区域的等效塑性应变指数,并取关键点进行对比分析。结果表明:增设外传力件后,梁柱连接区域的等效塑性应变指数有明显降低,峰值转移至外传力件及相连及其末端与梁翼缘连接的边缘,明显改善梁柱节点断裂特性。(4)使用ANSYS有限元软件,通过改变传力件宽度、盖板厚度、异形传力件腹板厚度以及传力件至矩形钢管柱距离的四种参数,对外传力不等高梁节点进行抗震性能有限元分析,得到了各参数改变下的应力云图、滞回曲线、骨架曲线以及应力分布状况等。为使得外传力不等高梁节点具有良好的抗震性能,通过对比同一参数变化下由上述结果得出的各项抗震性能的指标,确定了传力件宽度、盖板厚度、异形传力件腹板厚度以及传力件至矩形钢管柱距离的合理取值范围。(5)通过对梁高相等及梁高不相等的两组空间框架的中柱节点在增设传力件前与增设传力件后的抗震性能进行有限元分析,得到了两组空间框架的应力云图、滞回曲线、骨架曲线、应力路径等,对比分析由上述结果得出两组框架的各项抗震性能的指标。结果表明:增设外传力件后的空间框架的中柱节点出现了塑性应力重分布,应力峰值出现在外传力件以外的地方,延缓了节点的破坏,并且具有更好的耗能能力、延性性能以及塑性转动能力,表现出良好的抗震性能,可以为此后实际工程加固改造提供参考。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU352.11;TU392.3
【图文】：

梁柱节点,钢框架,刚性,连接节点

种方式 [20]：一般认为在连接受力状态下，梁柱轴线间夹转动，该连接不仅把梁端剪力传递给柱身，而且柱接弹性刚度不比构件弹性刚度小，在实际应用中，的 90%或以上，那么就可认为是刚性连接而传统为栓焊混合型连接节点和全焊接连接节点如下连接节点（b）全焊

狗骨,节点形式

影响成为了研究的热点，特别是新型延性节点的数值分析和试验研究而研究一般采取以下两种方法来改善钢框架梁柱刚性节点的连接性能一为加强型节点（即节点的局部加强），如盖板加强型腋板加强型肋板加强型等,第二种为削弱型节点，主要分为翼缘削弱和腹板削弱两大类该两类节点均能提高节点的延性性能，实现“强节点，弱构件”的延性设计理念 1.3.1 削弱型钢框架梁柱节点（1）梁端翼缘削弱型节点翼缘削弱式节点（Reduced Beam Section）,又称为狗骨式节点[29] 至 94 年北岭地震后，其研究一直非常活跃，是改善钢框架梁柱节点抗震性能的主要形式之一其原理是对在梁端一定距离的上下翼缘进行削弱，迫使塑性铰离开受力复杂而脆弱的焊缝区域，出现在梁段上，使钢材充分发挥其塑性性能，从而使梁柱节点的塑性铰增大，实现延性破坏狗骨式节点根据其的削弱形状的不同，主要分为 3 种类型[30]：锥型直线型圆弧型如下图 1-2 所示

【参考文献】