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多层钢框架结构结构体系简单、受力性能良好,也具有较好的抗震性能,因而应用广泛。采用全焊或栓焊混合连接形式的钢框架节点在地震中常常发生源于焊缝的脆性破坏。为减少现场施工焊缝的使用、避免节点发生脆性破坏,本文设计了一种采用高强螺栓进行钢框架节点连接的新型箱形截面柱-H型钢梁节点(简称HB节点),由这种新型节点组装的多层钢框架结构称为装配式多层钢框架结构。
本文首先依据梁柱节点的弯矩-转角关系,将装配式多层钢框架结构分为铰接装配式、半刚接装配式和刚接装配式三类。然后依据我国相关设计规范的要求,按照等强度设计原则,从悬臂梁段与柱的连接设计、梁拼接段的设计和柱拼接段的设计这三个方面对本文提出的新型刚接装配式HB节点进行设计,设计结果表明,这种新型节点可以满足我国相关设计规范的要求。为了研究所设计新型HB节点的受力性能,本文设计了4个1/2缩尺的节点试验试件,并对4个试件进行了低周反复试验。试验结果表明,在地震作用下,新型节点梁拼接段上的高强螺栓会产生滑移,高强螺栓的滑移会导致摩擦面摩擦系数的降低和高强螺栓中预拉力的损失,由于这两个因素的影响,在梁拼接段上的高强螺栓滑移之后,梁拼接段的抗滑移承载力会降低到原先的35%左右。从试验中节点的等效粘滞阻尼系数可以看出,在节点屈服之后,新型节点的耗能能力会稳定在一个较高的水平上。另外,新型节点在地震中的破坏多是悬臂梁段中横隔板变截面处的断裂破坏。在节点破坏时,节点的塑性转角都超过了0.03rad,所以新型节点的破坏属于延性破坏。为了进一步研究新型节点梁拼接处、柱连接板上以及高强螺栓中的应力分布情况,本文在试验研究的基础上又对4个试验试件做了ANSYS有限元分析。将有限元分析结果和试验结果做比较,可以发现二者的结果较接近,说明本文在有限元分析模型中对试验试件所采用的简化模拟方法是可行的。有限元分析表明,在地震作用下柱连接板没有出现全截面屈服的现象,只是边缘局部进入了塑性。梁拼接段和柱拼接段的高强螺栓也都没有出现全截面屈服的现象,说明新型节点中的高强螺栓在节点受力过程中基本不会破坏,也不会发生节点因高强螺栓失效而破坏的情况。