方钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓连接隔板贯通节点抗震性能研究

摘要

我国主要运用的矩形钢管混凝土柱—钢梁连接节点包括以下四种:内隔板式连接,外环板式连接,外肋环板式连接,隔板贯通式连接,且均为栓焊混接节点。而从1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震的震害情况来看,钢结构栓焊混接节点的破坏情况十分严重,对破坏的连接所作的调查表明,焊缝容易存在质量缺陷,且裂缝多起始于下翼缘焊缝处,该处的下翼缘焊缝是中断的,不易进行超声波检查。针对目前工程中存在的不足,国内外学者提出了大量的螺栓连接节点,比较常用的有端板螺栓连接、角钢螺栓连接、穿芯式螺栓连接、盖板式螺栓连接等等。本文在总结以上节点的基础上创新性的采用了全螺栓连接的隔板贯通式节点,我国相关规范中尚未提出全螺栓连接的隔板贯通式节点的相关技术指导,国内对该种节点的构造及性能的研究几近空白。为了解全螺栓连接节点的受力、抗震等性能,本文进行钢管混凝土柱-钢梁全螺栓连接节点的抗震性能试验和有限元研究,为结构设计提供充分的参考依据。
　　为了研究方钢管混凝土柱与H型钢梁全螺栓连接的隔板贯通式节点的抗震性能,对6个足尺节点试件进行了低周反复荷载试验,分析了各试件的破坏过程及特征,并对节点的承载力、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标进行了深入的研究与分析。结果表明,全螺栓连接隔板贯通节点在允许螺栓滑移的情况下表现出较强的延性,较好的耗能能力;偏心节点及焊接型节点运用在实际工程中安全、可靠并且非常经济;该节点塑性铰出现在外伸隔板最外端处钢梁翼缘,达到塑性铰外移的设计目的;节点域剪切变形非常小,实现了―强柱弱梁‖、―强节点,弱构件‖的结构抗震设计原则。
　　采用ABAQUS有限元软件,建立了实体单元模型,分析了该节点抗震性能。分析表明,节点梁柱连接安全可靠,各连接部位均发挥较好的受力性能,节点受力较大部位为外伸隔板根部和外伸隔板端部处翼缘,塑性铰最终出现在外伸隔板最外端处钢梁翼缘,达到塑性铰外移的设计目的;节点在荷载作用下,不同位置处高强螺栓受力并不相等,甚至同一高强螺栓在隔板处和翼缘处受力也不相等;运用非线性有限元模型能较好的模拟出全螺栓连接隔板贯通节点的受力性能,同时采用有限元和理论推导相结合的修正滞回曲线的方法能得到与实验结果相符合的滞回曲线。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究概况

1.3课题来源、研究目的及意义

1.4本文的主要研究内容

第二章 方钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓连接隔板贯通节点抗震性能试验研究

2.1试验方案设计

2.2试验过程及破坏特征

2.3应力应变分析

2.4节点抗震性能分析

2.5本章结论

第三章 方钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓连接隔板贯通节点三维非线性有限元分析

3.1三维非线性有限元分析基本理论

3.2节点有限元模型的建立

3.3节点的应力分析

3.4节点抗震性能研究

3.5本章结论

第四章 节点抗震性能试验与有限元结果的对比

4.1节点应力分布规律对比分析

4.2节点破坏特征对比分析

4.3滞回曲线对比分析

4.4骨架曲线对比分析

4.5节点延性与耗能能力对比分析

4.6刚度退化分析对比

4.7本章结论

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

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