装配式斜支撑加强型工字钢梁与钢管柱连接节点滞回性能仿真分析

发布时间：2020-07-26 22:55

【摘要】：目前国家正在大力推广装配式建筑,把装配式建筑作为实现建筑工业化的重要途径。由长沙远大集团开发的装配式斜支撑钢框架结构可以实现快速装配,是一种工业化建造房屋的形式之一,但由于其主板(桁架梁与楼面板的组合)是分块与斜撑柱组装在一起的,因此楼板在其平面内无限刚的计算假定就不能完全满足,因此本文提出将桁架梁改成普通工字钢梁,梁上采用叠合板现浇混凝土板,以符合楼板在其平面内无限刚的计算假定,而且还可以减少结构高度,适用范围更广。为了探讨装配式斜支撑柱与工字钢梁连接节点的抗震性能,本文采用了非线性有限元程序ABAQUS建立了装配式斜支撑梁柱连接节点模型,在考虑材料非线性和几何非线性等因素的基础上,对其进行了在低周往复荷载作用下的节点滞回性能分析研究。通过同类试验数据验证有限元模型的合理性,在此基础上,分析了参数变化对装配式斜支撑梁柱连接节点滞回性能的影响,得到了梁柱线刚度比、斜支撑与梁之间夹角的大小变化对节点滞回性能的影响规律。研究结果表明:(1)新型装配式斜支撑梁柱连接节点有良好的延性性能和耗能能力,抵抗水平荷载的能力强,结构的塑性变形均出现在工字钢梁和斜支撑上,满足“强柱弱梁”的设计要求;斜支撑作为支撑构件在抵抗荷载和变形方面起着关键作用;(2)斜支撑与钢框架梁之间的夹角大小是影响梁柱连接节点初始转动刚度的重要因素,随着斜支撑与钢框架梁之间夹角的增大,梁柱节点的初始转动刚度随之减小,结构的承载力最大值也随之减小;(3)斜支撑与钢框架梁之间夹角为45~?和60~?时,试件在低周往复荷载作用时的滞回曲线均饱满稳定,滞回环没有出现明显的捏缩,节点刚度和承载力没有出现突变,结构具有较好的的耗能能力和延性性能,且“塑性铰”出现在节点域外的钢框架梁上,满足“强节点,弱构件”的设计要求;(4)梁柱线刚度比是影响梁柱连接节点初始刚度的重要因素,随着梁柱线刚度比的增大,梁柱节点的初始转动刚度随之增大,结构的承载力最大值也随之增大,但梁柱线刚度比不宜过大,一般宜控制在0.6以下,否则容易导致斜支撑先于钢框架梁产生屈服。
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU391
【图文】：

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（d）现场施工图图 1.1 装配式斜支撑钢框架示意图的主要技术创新点：①梁、板在工厂制作为整体主板，作为采用桁架梁，截面形式不同于普通钢结构，便于设备管线的上、下弦杆采用槽钢，腹杆采用槽钢或单角钢。框架梁之间水平支撑，在距柱轴线 1/9、1/4 梁跨处各设一道。传统钢结斜支撑，仅跨本层柱上下端部约 1/3 柱高。斜支撑不跨层方筑设计更为灵活。经过构件、节点及机构抗震试验表明斜支但仍需要细致研究以编制到相应规范中；③梁与柱及柱与柱座，每层的柱均插入本层楼面梁的柱座中，下层的柱也插入强螺栓法兰实现梁与柱以及柱与柱之间的连接；④柱子采用同楼层改变壁厚。目前远大已完成数栋采用本技术建造的工框架结构计算中，一般将楼板在其平面内无限刚作为基本的

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- 4 -图 1.2 装配式斜支撑钢管柱与工字钢梁梁柱节点示意图节点作为钢框架结构的关键部位，是多高层设计中一个重要的环节，在力和协调结构变形方面起着重要作用，其性能对结构体系的刚度、承载直接影响，大量的工程实践证明梁柱节点是地震作用下最容易出现问题以来，将梁柱节点作为理想刚接或者铰接的假定在结构的分析和设计被实际工程中，节点具有一定的抗弯承载力和有限刚度，梁、柱构件间的制，是介于理想刚接和铰接之间的半刚接节点，节点的构造形式决定了大小[7][8]。本文基于该种新型节点形式，建立了装配式斜支撑梁柱连接节点有限元有限元计算结果—滞回曲线和 Mises 应力来研究该节点形式的抗震性能

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(a)理想弹塑性材料 (b)强化塑性材料 (c)软化塑性材料图 2.1 加-卸载准则对于强化塑性材料，由于加－卸载之间包含中性变载，如图 2.1（b）所示，因此在塑性状态时应力点始终存在于屈服面上，材料不会产生新的塑性变形。强化塑性材料的加－卸载准则可以用公式表示为：加载，中性变载卸载0,00,0, () dfflT（2.4）在加载初期，对于软化塑性材料，如图 2.1（c）所示，由于屈服面开始出现收缩，其应力增量和卸载时增量相同，应力指向屈服面的内侧，因此难以描述加载－卸载的关系式，在应力空间内也很难对软化塑性材料进行准确描述[39]。2.3.3 强化准则

【参考文献】