顶底角钢连接的自复位钢框架体系有限元分析

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顶底角钢连接的自复位节点是钢结构中新型的连接方法,它是在半刚性节点的基础上增添无粘结预应力钢绞束,改进后具备自复位能力的新型梁柱节点。国外对于该型节点已做过不少相关试验研究,但是国内对于自复位节点的基础系统研究及实际工程应用较少。因此,本文利用有限元理论对顶底角钢连接的自复位节点系统性的进行抗震性能研究,不仅有理论研究意义,并具有实际工程应用的参考价值。首先根据顶底角钢连接的自复位节点的结构特性和力学性能,建立四个非线性有限元计算模型,在梁端施加循环荷载得到节点的弯矩-转角(M-θr)滞回曲线,然后与已有的试验结果及自复位节点理论模型经过对比分析及验证,发现与有限元模型吻合较好。其次为了更加深入系统的研究该型节点,进行自复位节点在低周往复荷载作用下进行扩展参数分析。得到以下研究成果:钢绞束的预应力、角钢厚度和螺栓等级等越大,节点的刚度及承载力都会有所提高,并且节点的自复位能力也更好,但是却不可过大,否则梁、柱部分会提前进入塑性。钢绞束长度可以适当减少,对节点的刚度及自复位能力影响不大,但会提高节点的最大承载力。角钢采用低屈服钢,会使节点具有更好的自复位能力,但是却会降低节点的耗能能力。带加劲肋角钢使节点的耗能能力更强,使节点的刚度及承载力提高很多,但节点的自复位能力却有所降低。所有节点在加载及加载后,发现梁柱构件都处于弹性阶段,但是角钢和螺栓等发生塑性破坏,便于以后更换及维修非常方便。最后采用连接单元法将自复位节点的力学性能引入钢框架中,进行动力弹塑性时程分析,依据抗震规范要求需选取三种地震动时程曲线。与传统钢框架对比得到自复位框架的动力响应明显较小,且顶层层间位移,各层最大层间位移,基底反力均小于传统框架,发现自复位钢框架相较传统钢框架结构的主要构件(梁、柱)均处于弹性阶段,完好的体现出了自复位功能,可以达到“结构在中震后无需修理,大震时既保护生命又保护财产安全,大震后既可修又快修”的目标。
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