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随着我国经济的高速发展,很多行业对货物安全储存和高效运转的要求越来越高,对钢货架结构的需求也在不断增加。Σ/C型横梁作为一种新的横梁形式有着其独特的优势,在钢货架结构中得到了越来越广泛的应用,但国内外关于该类横梁与立柱连接节点的研究还较为缺乏,本文对Σ/C型横梁与立柱连接节点的研究可以为该类横梁在实际工程中的应用提供指导。
目前常用的Σ/C型横梁与立柱连接节点主要有横梁通长连接和横梁断开连接两种形式,本文除对这两种节点的力学性能进行了研究外,还针对横梁断开式节点存在抗弯刚度小和整体性差等缺点,提出了刚度和承载力都得到有效改善的三种加强型断开式节点。首先,采用双悬臂梁试验方法对各节点进行了低周反复加载试验研究,通过对试验数据进行详细分析,研究了各节点的承载性能、抗弯刚度、延性性能和能量耗散等力学性能;其次,建立各节点的有限元模型进行了模拟计算,结合试验现象进一步研究了各节点在弯矩作用下的受力机理;最后,对弯折板加强型节点进行参数化分析,研究了立柱厚度、横梁厚度、螺栓端距、弯折板厚度和螺栓尺寸等参数对弯折板加强型节点力学性能的影响规律,为该种类型节点在实际工程中的应用提供了参考。
通过上述研究,可以得到以下主要结论:
(1)Σ型和C型两种横梁与立柱连接节点在弯矩作用下的受力机理基本相近。两类横梁与立柱连接节点的试验现象、破坏模式和应力分布都比较接近,但由于螺栓孔间距较大和存在腹板纵向加劲肋,Σ型横梁与立柱连接节点的抗弯刚度、极限承载力和总耗散能量都更大。
(2)横梁断开式节点和通长式节点的力学性能差别较大。断开式节点中横梁翼缘在加载过程中分布应力较小,基本没有发挥抵抗弯矩的作用,导致断开式节点的抗弯刚度和承载力都较小;通长式连接节点抗弯刚度和极限抗弯承载力都较大,但在横梁翼缘受压屈曲后,节点抗弯承载力会迅速下降,节点延性较差。
(3)三种加强措施可以有效地提高横梁断开式节点的刚度和承载力,对提高节点的抗震耗能能力的作用较小。三种加强措施都有效地限制了节点区横梁的转动,充分发挥横梁翼缘抵抗弯矩的作用,显著提高了节点刚度和承载力,但都没有改变节点中构件之间是通过剪切作用进行传力的本质,螺栓孔壁都容易由于挤压作用而产生较大的塑性变形,抗震耗能能力较差。
(4)增大横梁厚度、螺栓尺寸可有效提高弯折板加强型节点的抗弯刚度和极限承载力,但随着螺栓尺寸的增大,提高效果逐渐降低;增大横梁螺栓端距对节点极限承载力的提高效果较明显,但对节点抗弯刚度的影响较小;而立柱厚度对节点的力学性能基本无影响。
(5)弯折板厚度较小时会改变弯折板加强型节点的破坏方式,弯折板的经济厚度可取横梁厚度的1.25倍。当弯折板厚度较小时,在加载过程中容易产生“鼓曲”变形,弯折板会先于横梁发生破坏,对弯折板加强型节点的极限承载力造成不利影响;当弯折板可以很好的限制节点区横梁转动后,继续增大厚度对进一步提高节点刚度和承载力的作用很小。
目前常用的Σ/C型横梁与立柱连接节点主要有横梁通长连接和横梁断开连接两种形式,本文除对这两种节点的力学性能进行了研究外,还针对横梁断开式节点存在抗弯刚度小和整体性差等缺点,提出了刚度和承载力都得到有效改善的三种加强型断开式节点。首先,采用双悬臂梁试验方法对各节点进行了低周反复加载试验研究,通过对试验数据进行详细分析,研究了各节点的承载性能、抗弯刚度、延性性能和能量耗散等力学性能;其次,建立各节点的有限元模型进行了模拟计算,结合试验现象进一步研究了各节点在弯矩作用下的受力机理;最后,对弯折板加强型节点进行参数化分析,研究了立柱厚度、横梁厚度、螺栓端距、弯折板厚度和螺栓尺寸等参数对弯折板加强型节点力学性能的影响规律,为该种类型节点在实际工程中的应用提供了参考。
通过上述研究,可以得到以下主要结论:
(1)Σ型和C型两种横梁与立柱连接节点在弯矩作用下的受力机理基本相近。两类横梁与立柱连接节点的试验现象、破坏模式和应力分布都比较接近,但由于螺栓孔间距较大和存在腹板纵向加劲肋,Σ型横梁与立柱连接节点的抗弯刚度、极限承载力和总耗散能量都更大。
(2)横梁断开式节点和通长式节点的力学性能差别较大。断开式节点中横梁翼缘在加载过程中分布应力较小,基本没有发挥抵抗弯矩的作用,导致断开式节点的抗弯刚度和承载力都较小;通长式连接节点抗弯刚度和极限抗弯承载力都较大,但在横梁翼缘受压屈曲后,节点抗弯承载力会迅速下降,节点延性较差。
(3)三种加强措施可以有效地提高横梁断开式节点的刚度和承载力,对提高节点的抗震耗能能力的作用较小。三种加强措施都有效地限制了节点区横梁的转动,充分发挥横梁翼缘抵抗弯矩的作用,显著提高了节点刚度和承载力,但都没有改变节点中构件之间是通过剪切作用进行传力的本质,螺栓孔壁都容易由于挤压作用而产生较大的塑性变形,抗震耗能能力较差。
(4)增大横梁厚度、螺栓尺寸可有效提高弯折板加强型节点的抗弯刚度和极限承载力,但随着螺栓尺寸的增大,提高效果逐渐降低;增大横梁螺栓端距对节点极限承载力的提高效果较明显,但对节点抗弯刚度的影响较小;而立柱厚度对节点的力学性能基本无影响。
(5)弯折板厚度较小时会改变弯折板加强型节点的破坏方式,弯折板的经济厚度可取横梁厚度的1.25倍。当弯折板厚度较小时,在加载过程中容易产生“鼓曲”变形,弯折板会先于横梁发生破坏,对弯折板加强型节点的极限承载力造成不利影响;当弯折板可以很好的限制节点区横梁转动后,继续增大厚度对进一步提高节点刚度和承载力的作用很小。