高强钢梁柱外伸端板连接节点静力性能研究

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梁柱外伸端板连接节点在钢结构中已经得到广泛使用,但在结构设计时常常因为结构空间限制或节约钢材等目的在柱和端板中采用高强钢;由于高强钢自身的优势,其今后的应用将更加广泛,钢材强度也在不断提升。然而目前对钢框架梁柱节点的研究大多基于普通强度钢材,而在梁柱外伸端板连接节点采用高强钢之后,由于高强钢屈强比高,屈服平台短等特点,势必会对节点力学性能产生一定影响。为规范该类节点的安全使用和优化设计,需要对高强钢节点做大量研究,清楚节点各参数变化对其性能影响的规律性,再对规律性进行总结并寻求理论和设计方法上的突破。因此,本文设计和完成了8个不同构造的T型件(4个高强钢,4个普通钢)和3个不同构造的高强钢梁柱外伸端板连接节点的静力加载试验,并利用试验结果验证ABAQUS有限元方法的正确性。并通过有限元模拟分析了34个不同参数变化的T型件和13个不同参数变化的高强钢梁柱外伸端板连接节点模型,探究不同端板厚度、柱翼缘厚度、柱腹板厚度及螺栓间距变化对节点力学性能的影响,结果表明:(1)高强钢与普通钢T型件在不同破坏模式区间的临界端板厚度上存在(?)的关系,且高强钢T型件承载力相比普通钢平均提高23%,但极限变形能力下降54%,破坏时表现为偏脆性的突然破坏。(2)建议高强钢T型件设计成B类且更偏向于A类的破坏模式,使端板厚度略大于临界厚度th,1时最优,同时应该采用更高强度等级的螺栓与之匹配。(3)建议将高强钢节点的端板厚度设计成端板屈服、螺栓破坏且更加偏向于端板控制的破坏模式,使端板厚度与螺栓直径的比值为0.6左右时最优。(4)在满足柱身承载力时,本文建议可适当减小柱翼缘或柱腹板的厚度,柱翼缘厚度或柱腹板与端板厚度比值可以达到0.625,使得节点极限弯矩基本不变而转动能力大幅增加。(5)在高强钢外伸端板连接节点中可考虑纳入第三排螺栓参与受力。同时,本文基于组件法对节点初始刚度和极限承载力进行理论分析,发现组件法可较好应用于高强钢节点中,但对端板起控制作用的T型件或节点极限承载力的预测偏低20%~22%;最后结合高强钢无明显屈服平台的特点,提出修正的极限承载力理论计算公式,并与大量有限元结果进行验证发现该方法的预测值偏低5%~16%,结果更加精确。
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