钢框架新型耗能梁柱节点抗震性能研究

发布时间：2020-09-10 08:29

　　 北岭地震中传统钢框架梁柱节点发生了大量的脆性破坏。为了防止脆性破坏的发生,研究人员通过设计将塑性铰远离梁端,并提出了相应的节点形式:梁端加强型节点、梁端削弱型节点和设置阻尼器的节点形式。这些节点形式能够有效防止脆性破坏发生,但也存在一些缺陷包括:节点屈服后承载力有较大幅度的下降;无法有效控制节点塑性区域的范围,震后结构难以修复。为了克服这些缺陷,本文提出了一种新型耗能梁柱节点:在靠近梁端处将梁打断并通过耗能段螺栓连接,耗能段翼缘处的耗能板作为主要耗能构件设置有外套约束。为了探究新型耗能梁柱节点的抗震性能,本文进行了以下探究:(1)对新型耗能梁柱节点进行了理论设计,包括力学指标和耗能构件的尺寸。通过建立节点的几何模型和承载力模型,给出了新型耗能梁柱节点的力学指标,包括极限承载力、屈服力、屈服位移和初始刚度。为了满足耗能梁柱节点的设计预期,给出了关键耗能构件尺寸的设计公式,包括耗能板的横截面积、耗能板自由变形长度、外套厚度、外套与耗能板的间隙和腹板连接板横截面尺寸。(2)对六种形式的节点循环加载,并对其承载能力以及耗能性能进行对比分析。试验结果发现:新型耗能节点能够保证在0.05转角下梁柱处于弹性,承载力在试件屈服后能够保持稳定,具有良好的耗能能力;与传统梁柱节点相比,新型耗能节点的承载力和初始刚度有一定的下降;外套对耗能板的约束作用能有效保证节点屈服后承载力的稳定;新型耗能节点腹板连接板采用钢铰连接时,耗能板的变形量更大,耗能能力更强;腹板连接板螺栓孔采用椭圆孔,节点剪切变形过大,耗能能力较差;新型耗能节点的耗能段采用螺栓连接和焊接连接时节点的性能基本一致,证明了耗能段螺栓连接的可靠性。(3)利用耗能节点的限元模型验证了节点理论设计并提出了四种节点破坏模式:耗能板中部断裂、耗能板与垫板凸出段连接处断裂、外套端部处耗能板断裂、腹板连接板边缘断裂。节点模型参数讨论表明:耗能板的自由变形段长度越大,耗能板的极限应力越小,屈曲波数量越多,应力越均匀;耗能板的宽厚比对节点性能基本没有影响;耗能板横截面积越大、外套厚度越大,节点承载力越高;耗能板与外套的间隙越小,能够提高节点的屈服力和耗能能力;腹板连接板宽度主要影响节点抗弯承载力,腹板连接板厚度主要影响节点抗剪承载力。(4)利用SAP2000对设置有新型耗能梁柱节点的三种层数的钢框架进行了pushover分析和动力弹塑性时程分析,结果表明耗能节点能够有效降低结构顶层位移、结构最大层间位移角、基底反力和结构残余变形。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU352.11;TU391

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本文编号：2815605