新型梁柱装配式节点弱轴连接受力性能分析

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钢结构由于具有施工速度快,可循环利用等优点被广泛应用于工业与民用建筑中,而钢框架体系是钢结构建筑主要的结构形式。钢框架梁柱连接节点对整个结构的刚度、强度和稳定性具有重要的影响。国内外学者们对钢框架梁柱连接节点的研究主要集中于强轴方向,对弱轴方向的连接研究相对比较少,本文研究一种新型带悬臂段装配式梁柱连接节点梁与柱腹板连接时的受力性能。本文研究的是一种新型梁柱装配式节点。该节点是通过在悬臂梁与框架梁的上下翼缘交互布置拼接板,并且预先在钢结构加工厂里完成两侧拼接板与梁的连接。在节点的现场安装过程中,两侧已经焊牢的拼接板充当定位耳板的作用,用高强度螺栓完成拼接板与另一侧梁上下翼缘以及腹板的连接。这种连接形式克服了焊接节点对施工环境敏感、对焊工技术条件要求高的缺点,现场安装过程迅速就位,施工效率高,安全性好。本文在考虑节点几何非线性、材料弹塑性以及状态非线性的基础上利用ABAQUS软件对新型梁柱装配式节点基本试件及一系列衍生试件进行单调加载和循环加载,深入研究了改变腹板连接板厚度、悬臂梁段长度以及翼缘连接板长度和厚度对节点受力性能、破坏形态、耗能能力等力学性能的影响,并得出一些重要结论,为新型梁柱连接节点的工程应用和设计提供理论指导。相应的研究成果概述如下:(1)改变翼缘拼接板厚度对节点在单向单调荷载作用下的应力分布和最大极限承载力没有明显的影响。但是过薄的翼缘拼接板在低周反复荷载作用下可能提前发生屈曲破坏,导致节点失去继续承载能力。当翼缘拼接板逐渐加厚时,节点的滞回曲线包络面积逐渐变大。加大翼缘拼接板厚度能够明显提高节点的抗震性能和延性。实际工程应用设计时,当翼缘拼接板满足翼缘拼接板截面面积A1与翼缘板截面面积A0的比值满足大于等于1.0且小于等于1.4的条件时,试件的整体受力性能最好。(2)加大腹板拼接板厚度能一定程度上提高节点的延性和极限承载力,但是效果不是很明显。实际工程设计应用时,应合理取值腹板拼接板厚度,使腹板拼接板截面面积Aw1与梁腹板截面面积Aw0的比值大于1.2且小于等于1.8。(3)过短的翼缘拼接板长度虽然能够提高节点的延性,但是因为螺栓数目的减少,会大幅度降低节点的极限承载能力。因此,在实际工程设计中,翼缘拼接板不宜过短。(4)加大悬臂梁长度对试件在单向单调荷载作用下的应力分布规律没有明显的影响,但是却大幅度降低了试件的最大极限承载力。虽然减少悬臂梁的长度可以加大节点在低周反复荷载作用下的最大极限承载力,但是过短和过长的悬臂梁长度都会减少节点的滞回曲线包络面积,降低节点的抗震性能。因此在设计新型梁柱装配式节点时要合理选择悬臂梁长度,一般可取梁高的1~1.5倍。(5)翼缘拼接板与钢梁翼缘连接焊缝处容易出现应力集中,设计时要保证足够的焊缝高度,施工时要注意焊接质量,避免焊缝发生脆性撕裂,缓和焊缝处的应力集中。
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