【摘 要】
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模块化钢结构建筑是当下钢结构建筑领域预制化程度最高的建筑形式,标准化的钢结构模块于加工厂内进行预制加工,运输至施工现场后仅需对预制钢结构模块进行装配连接即可,装配效率极高,实际工程应用也越来越广泛。对于模块化钢结构建筑而言,梁柱节点作为连接各模块单元的关键位置,决定了整个模块化建筑结构的抗震性能。因此本文提出了一种新型模块化建筑的梁柱节点形式,通过改变节点的拼接区连接方式及梁段削弱形式制作了三个十
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模块化钢结构建筑是当下钢结构建筑领域预制化程度最高的建筑形式,标准化的钢结构模块于加工厂内进行预制加工,运输至施工现场后仅需对预制钢结构模块进行装配连接即可,装配效率极高,实际工程应用也越来越广泛。对于模块化钢结构建筑而言,梁柱节点作为连接各模块单元的关键位置,决定了整个模块化建筑结构的抗震性能。因此本文提出了一种新型模块化建筑的梁柱节点形式,通过改变节点的拼接区连接方式及梁段削弱形式制作了三个十字型节点试件,采用试验研究和有限元模拟的方法对该种新型节点的抗震性能进了全面分析,探究了不同的拼接区连接形式及梁段削弱形式对节点抗震性能的影响。(1)对三个新型模块式方钢管柱-H型钢梁连接节点进行了拟静力试验研究,分析三个试件的试验现象,破坏模式及相关抗震性能指标,结果表明:三个试件滞回性能良好,采用单面翼缘拼接盖板连接的试件MC1,MC2滞回曲线形状呈“Z”字形,采用双面翼缘拼接盖板的试件MC3滞回曲线呈“梭形”,均具有较好的耗能能力;三个试件的延性系数均满足抗震规范相关要求,且采用单面翼缘拼接盖板连接形式的节点具备更好的延性性能;三个试件在终止加载时塑性转角均超过了0.03rad,这说明新型模块化装配节点具备良好的转动能力,能够满足“大震不倒”的抗震设计要求;三个试件的粘滞阻尼系数变化规律均表现为弹性阶段等效粘滞阻尼系数较小,进入滑移阶段后显著增加,在承载力强化阶段和弹塑性阶段则基本保持平稳,说明节点的主要耗能方式为拼接区滑移耗能及翼缘拼接盖板和贯穿隔板的塑性变形。(2)通过对比三个试件的试验现象及相关抗震性能参数,探究了不同的模块梁段削弱形式及拼接区连接形式对节点的抗震性能的影响。试验结果表明:模块梁段削弱形式的改变对节点的抗震性能影响不大,狗骨型截面削弱方式梁截面塑性发展要优于腹板开洞型,但狗骨型削弱截面的腹板处应变值始终较小,截面塑性发展不够充分,未能在模块梁段削弱位置形成良好的塑性铰;拼接区采用双面翼缘拼接盖板的连接形式相较于单面翼缘拼接盖板连接能够有效提高节点的承载能力,减少拼接区连接件的滑移,但同时也会使得节点在加载前期受力更大,破坏现象出现更早,延性性能和后期变性能力有所降低。(3)对新型方钢管柱-H型钢梁模块化连接节点进行了有限元数值模拟,针对节点各组成部件的应力分布及削弱位置塑性发展情况进行详细分析,为实际工程应用及后续节点改进提供理论依据。并将有限元模拟得到的节点破坏模式,变形特征,抗震性能指标与试验结果进行对比,结果显示有限元模拟结果同试验结果拟合良好,验证了有限元分析方法探究新型模块式节点抗震性能的可行性与准确性。
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