钢框架柱栓焊混合拼接节点初始刚度计算及有限元分析

发布时间：2021-10-17 05:16

　　以钢框架结构中常见的柱栓焊混合拼接节点为研究对象。首先研究了拼接节点的变形特征和破坏模式,基于分析结果提出节点初始刚度的计算方法。其次,建立还原工程实际的节点有限元数值模型并对其进行验证;同时,分析了截面尺寸及轴压比对节点初始刚度及变形特征的影响,并根据欧洲EC3规范和美国AISC规范关于连接节点初始刚度的定义及分类,判定钢框架柱栓焊混合拼接节点并非传统意义上的刚性节点。此外,基于腹板厚度对节点初始刚度有着显著影响这一结论,拟合了所采用的节点拼接形式对应的初始刚度简化计算公式,该方法可推广应用于其他拼接尺寸及螺栓布置形式下钢框架柱栓焊混合拼接节点初始刚度的计算。 

【文章来源】：建筑结构. 2020,50(15)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

Ki/EAH-Iw/I曲线

连接节点的初始刚度是指在弯矩作用下,M-θ曲线处于弹性范围内时连接节点所具有的刚度,通常用弹性极限对应的割线斜率描述节点初始刚度。节点刚度是衡量节点转动能力的重要参数,节点转动的根本原因是节点区域的变形,本文基于钢框架柱栓焊混合拼接节点的变形特征和破坏模式,提出节点初始刚度的计算模型。在弯矩作用下,假设钢柱截面变形符合平截面假定,如图1所示,对于H型钢柱,截面的正应力沿截面高度线性分布,翼缘部分的弯曲正应力最为显著。图2 H型柱栓焊混合拼接节点

图1 截面应力分布在拼接节点区域,由图2可知,翼缘采用全熔透坡口对接焊连接,且焊材可以实现与钢材等强,因此翼缘部分保证了拼接节点强度和刚度的连续性。在腹板区域,上下柱端不连续且没有接触顶紧,不能够传递荷载,只能通过拼接板实现协同受力和变形。《钢结构焊接规范》(GB 50661—2011)要求焊缝两侧腹板开孔,规定半径不小于35mm,以便加衬垫保证翼缘全焊透,从而限制了拼接板的宽度,不能实现腹板全尺寸拼接覆盖。因此拼接节点腹板处承受的弯矩相较于连续截面有所下降,从而造成翼缘较大的弯曲正应力和变形,两侧翼缘的变形差直接导致了螺栓群的转动,即节点域的转角θ。根据节点区域的变形及转动特征,对于常见双轴对称H型截面柱及对称螺栓群布置,现做出如下基本假定:1)螺栓群的转动中心与螺栓群的几何中心重合;2)螺栓群的几何中心位于截面中性轴上。

【参考文献】：
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硕士论文
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[3]带悬臂梁段拼接的梁柱连接节点初始转动刚度研究[D]. 郑霖强.华南理工大学 2013



本文编号：3441183