新型方钢管柱-H型钢梁拼接外套筒式节点抗震性能研究

发布时间：2019-09-16 16:37

【摘要】：目前,装配式钢结构住宅产业高速发展,传统梁柱节点形式的焊缝过多、现场施工困难及抗震性能较差等问题已凸显出来,切实需要在新型节点这方面做出突破,并通过大量的试验和理论研究来促进新型节点的发展,以满足工程实践的需求。针对该现状,本文对一种新型方钢管柱-H型钢梁拼接外套筒式节点作了改进,并以足尺试验和数值模拟相结合的方式开展节点的研究工作,主要研究了节点在低周往复荷载作用下的滞回性能、承载力、刚度、强度退化、位移延性以及耗能能力等,分析了不同影响参数对节点抗震性能的影响,并针对节点构造形式提出了更合理的改进建议。通过对改进后的足尺寸梁柱节点进行的拟静力试验,研究了节点的滞回性能、刚度退化、强度退化、延性、耗能能力、节点各部位应力应变规律、破坏特征及机理,试验结果表明:该节点滞回曲线饱满,刚度退化比较平稳,延性较好,耗能能力出色,针对新型节点的改进措施比较有效;利用ABAQUS有限元分析软件建立了节点的非线性有限元模型,研究了节点破坏特征、滞回性能、节点承载力、刚度退化、强度退化、延性及耗能能力,并将数值模拟结果与物理试验结果进行了对比分析,分析结果表明有限元计算结果与试验结果较为吻合;新型节点破坏形式主要包括:柱壁屈曲破坏、外套筒翼缘屈曲及槽型梁翼缘连接焊缝破坏和梁截面突变处H型钢梁塑性铰破坏三种形式;通过有限元数值计算分析了不同参数对节点抗震性能和破坏形式的影响,主要包括以下五个分析参数:轴压比、封头盖板厚度、槽型梁板厚、角钢及加劲肋板厚和外套筒板厚,参数分析表明:关键影响参数是轴压比、角钢及加劲肋板厚和外套筒板厚。轴压比对节点极限承载力的影响较大,轴压比越小节点极限承载力越大;角钢及加劲肋板厚和外套筒板厚对节点刚度的影响较大,板厚越大节点刚度越大;轴压比、封头盖板厚度、角钢及加劲肋板厚和外套筒板厚对节点延性的影响较大;角钢及加劲肋板厚和外套筒板厚对节点耗能能力的影响较大;轴压比、角钢及加劲肋板厚和外套筒板厚对节点破坏形式的改变影响最大,增加板厚能有效地使塑性铰外移;最后结合试验和有限元分析结果,对新型节点提出了相关设计建议,包括控制柱轴压比、适当增大角钢及加劲肋板厚和外套筒板厚、外套筒与槽型梁一体成型化和角钢与加劲肋一体成型化,改善新型节点的力学性能和方便节点的装配化应用。
【图文】：

钢结构住宅,多高层

随着我国经济建设迅猛发展，近年来钢结构产业不断壮大，并以飞快的速度发展着，我国已成为全球钢结构用量最大、制造施工能力最强、产业规模第一、企业规模第一的钢结构大国。因为钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、工业化程度高、节能环保等综合优势，故而钢结构在建筑、铁路、桥梁和住宅等方面均有广泛应用，并且人们积极地投入钢结构领域的工程实践和科学研究之中。需要指出的是，发展绿色建筑的战略目标已经被明确写入国家的“十二五”规划之中，而钢结构在国际上被公认是绿色建筑的主要代表，这样为推动钢结构在我国建筑领域的广泛应用提供了极大的发展空间和难得的发展契机。我国钢结构住宅起步较晚，但是目前，随着国家钢结构产业政策的实施及钢结构用的钢材和配套建材的增多，钢结构住宅以其优良的结构性能和经济性能正被市场所接受，全国各地准备上马的钢结构住宅项目很多，如图 1-1。相对于传统的钢筋混凝土结构和砖混结构等住宅体系，钢结构住宅体系具有较好的社会和经济效益，其发展前景非常广阔。并且钢结构住宅还具有以下诸多优点：空间布置灵活、抗震性能良好、经济性好、工业化程度高、施工周期短、拆装方便、造型美观和有效使用率高等。

环板式,外肋,节点

图 1-5 外环板式节点[6]Figure 1-5 External diaphragm connection对于该节点形式的抗震性能研究，国外学者方面有 Chin-Tungcheng、Kub[34-35]。国内方面对该节点形式的研究有高峰、唐鸿初、王文达、应志慧、秦[36-42]。其中，2006 年南京工业大学的杜培源[43]对方钢管混凝土外隔板式节行了低周反复加载试验，研究了节点在反复循环荷载作用下的滞回性能、耗力、延性、应力分布规律和传力机制，并运用有限元软件 ANSYS 进行非线析。结果表明：外隔板式节点柱角附近的隔板存在严重的应力集中现象，梁矩一部分由柱腹板两侧外隔板传递到柱钢管腹板和核心混凝土。综上研究内容说明，此类节点不利于抗震，，存在应力集中现象。并且，外环的尺寸较大，尤其在钢管混凝土住宅中由于钢管混凝土柱截面较小，当外式节点环板的尺寸较大，往往给建筑上的处理带来不便，对住宅内部装饰有影响。4、外肋环板式节点
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU391;TU352.11

【参考文献】