论文部分内容阅读
传统的螺栓梁柱节点在遭受地震作用时主要通过梁柱变形耗能，震后往往存在不可恢复的残余变形，这种变形修复起来十分困难，为震后修复工作带来巨大挑战。自复位节点则能很好地解决节点残余变形问题。形状记忆合金(SMA)是一种智能材料，具有形状记忆特性和超弹性，在遭受较大变形之后，通过加热或者卸载，其变形都能够得到恢复。将其应用到梁柱节点中，能使节点获得良好的自复位能力和可靠的滞回性能。
本文采用“强构件弱节点”的设计思路，将超弹性SMA螺栓应用到方钢管柱-工字钢梁节点中，使节点在卸载之后能够恢复变形。运用试验和有限元分析相结合的研究方法进行了以下工作：
(1)设计了3个不同螺杆长度的超弹性SMA螺栓方钢管柱-工字钢梁节点，对其进行滞回加载试验，分析比较节点的失效模式、强度、刚度、延性、自复位能力和耗能能力，试验结果表明：和传统的高强螺栓梁柱节点相比，这种节点残余变形小，节点自复位性能明显；在本文研究范围内，螺杆长度对这种节点承载能力影响不是特别明显，具有较长的螺杆的节点延性、自复位能力较好，具有较短的螺杆的节点能够获得较大的初始刚度和耗能能力。
(2)采用ABAQUS建立了超弹性SMA螺栓方钢管柱-工字钢梁节点有限元分析模型，将试验和有限元分析得到的滞回曲线、骨架曲线和累计耗能曲线进行对比，发现试验和有限元在初始刚度、屈服强度、极限强度和总耗能方面的平均误差分别为10.67%、11.14%、-3.56%和15.09%。总体来说有限元分析结果和试验结果吻合较好，说明这种建模方法是可靠有效的。
(3)在有限元建模方法得到验证的基础上，对这种节点进行参数分析，研究了梁端板厚度、SMA螺栓预紧力、SMA螺栓布置方式和将SMA螺栓与高强螺栓联合使用共5组参数对节点性能的影响。根据试验和参数分析结果，对此类节点提出相关设计建议，包括螺栓构造细节，螺栓布置方式、螺栓预紧力大小和梁端板厚度的选择。
本文采用“强构件弱节点”的设计思路，将超弹性SMA螺栓应用到方钢管柱-工字钢梁节点中，使节点在卸载之后能够恢复变形。运用试验和有限元分析相结合的研究方法进行了以下工作：
(1)设计了3个不同螺杆长度的超弹性SMA螺栓方钢管柱-工字钢梁节点，对其进行滞回加载试验，分析比较节点的失效模式、强度、刚度、延性、自复位能力和耗能能力，试验结果表明：和传统的高强螺栓梁柱节点相比，这种节点残余变形小，节点自复位性能明显；在本文研究范围内，螺杆长度对这种节点承载能力影响不是特别明显，具有较长的螺杆的节点延性、自复位能力较好，具有较短的螺杆的节点能够获得较大的初始刚度和耗能能力。
(2)采用ABAQUS建立了超弹性SMA螺栓方钢管柱-工字钢梁节点有限元分析模型，将试验和有限元分析得到的滞回曲线、骨架曲线和累计耗能曲线进行对比，发现试验和有限元在初始刚度、屈服强度、极限强度和总耗能方面的平均误差分别为10.67%、11.14%、-3.56%和15.09%。总体来说有限元分析结果和试验结果吻合较好，说明这种建模方法是可靠有效的。
(3)在有限元建模方法得到验证的基础上，对这种节点进行参数分析，研究了梁端板厚度、SMA螺栓预紧力、SMA螺栓布置方式和将SMA螺栓与高强螺栓联合使用共5组参数对节点性能的影响。根据试验和参数分析结果，对此类节点提出相关设计建议，包括螺栓构造细节，螺栓布置方式、螺栓预紧力大小和梁端板厚度的选择。