多高层金钢框架节点域力学性能分析

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钢框架结构受水平荷载作用时,框架整体性能受梁柱连接节点域的影响非常大。过大的节点域变形必须加以限制,而适度的塑性变形,可以耗散地震能量,减少对梁塑性变形的要求。通过对全球范围内几次大地震研究发现,众多钢结构建筑的破坏是由于梁柱节点断裂引起的,而设计中通常忽略混凝土楼板对节点承载能力和刚度的影响,这是不安全的。因此,研究楼板对钢框架节点域力学性能的影响,对明确钢框架节点的工作状况、提高钢框架结构的整体性能、改进现行规范的抗震设计方法具有重要的指导意义和理论价值。  本文采用理论研究与有限元分析相结合的方法,考虑楼板对钢框架节点域的影响,分析其力学性能和设计方法。建立考虑楼板影响的钢框架节点域有限元模型,利用ANSYS软件对模型进行弹塑性分析,得到节点在竖向反对称荷载作用下的受力及变形特征,并与对应不考虑楼板影响的纯钢节点进行比较。进行了节点性能影响参数的研究,分析楼板有效宽度、厚度、配筋率等对节点域受力性能的影响规律。在此基础上推导和总结了节点抗弯承载力及等效剪力计算公式。主要内容如下:  (1)介绍钢框架梁柱节点的构造及其分类、受力特点,总结国内外现有的关于节点域的计算方法和组合梁的相关计算理论,充分了解现有研究状况,对该课题的研究方法、规范、公式进行归纳对比。  (2)结合工程实例,利用ANSYS软件进行节点域有限元模拟,得到节点在竖向反对称荷载作用下的弯矩—转角关系及应力特征。  (3)选择有代表性的节点模型进行参数分析,分别研究楼板有效宽度、厚度、配筋率对节点域受力性能的影响规律,并与不考虑楼板影响的纯钢节点进行比较,得到其影响程度的大小,提出节点处楼板有效宽度的选取原则。  (4)分析节点域在梁端弯矩作用下的内力分布,利用力的等效原则,提出节点域在考虑楼板作用时的等效剪力计算公式,并与不考虑楼板作用的公式进行对比验证。参照组合梁抗弯承载力计算方法,引入0.8的折减系数,提出节点域在循环往复荷载下考虑楼板影响时的弹性、极限抗弯承载能力计算公式,并与有限元分析结果进行对比验证。  
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