双拼冷弯薄壁C型钢梁柱节点力学性能研究

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近年来冷弯薄壁型钢以其优越的性能受到了国内外工程界的普遍关注,目前正在被越来越广泛地应用到建筑领域。本文利用大型通用有限元软件ANSYS对冷弯薄壁型钢梁柱节点的受力性能进行有限元模拟,采用的节点形式为:梁、柱由冷弯薄壁C型钢以背靠背的形式组合而成,双肢C型钢之间每隔一段距离用热轧钢板内插连接,内插的热轧钢板与双肢C型钢用摩擦型高强螺栓连接,节点区热轧钢板与梁、柱的连接选用八颗螺栓。本文用ANSYS建立了一个考虑接触的双拼冷弯薄壁C型钢梁柱节点模型,并与试验结果进行对比,验证了有限元模型的正确性。然后用此种建模方法建立了72个考虑C型钢厚度、截面尺寸、节点板厚度和螺栓间距的双拼冷弯薄壁C型钢梁柱节点模型,进行单调加载,对节点的破坏模式、应力变化、初始刚度和极限弯矩进行了分析。研究表明:破坏模式有两种,分别为螺栓孔附近板的承压破坏和C型钢梁弯曲破坏;极限弯矩随着螺栓间距、节点板厚度和C型钢厚度的增加而增加,其中C型钢厚度对极限弯矩的影响最大,节点板厚对极限弯矩的影响最小;初始刚度随着螺栓间距、节点板厚度和C型钢厚度的增加而增加,三者对初始刚度均有较大影响。最后给出节点设计建议如下:针对所研究的C型钢尺寸,建议节点板厚度取8mm~10mm,螺栓间距取200mm~220mm。基于对冷弯薄壁C型钢梁柱节点的分析,建立了两种弯矩—转角模型,分别为幂函数模型和线性模型。其中幂函数模型较精确,但是形式复杂;线性模型较简单,结果偏于安全,但是模型精确度有待提高。对部分节点进行循环加载,分析了节点的滞回性能。研究表明:此类节点的延性一般,耗能性能良好;随位移控制加载级别的逐级增加,刚度退化明显;节点加腋对耗能性能有一定影响,对最大承载力影响不大。
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