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近年来,我国建筑业正在经历产业升级,提出要大力发展装配式钢结构建筑,而钢结构模块建筑作为装配式建筑的高端产品,凭借施工速度快,制作质量优良、绿色环保等突出优势,得到广泛关注。模块建筑是将模块单元运输到现场拼接而成的建筑体系,可见单元间连接节点是其关键组成部分,既影响模块单元现场安装的效率,同时还影响模块结构的整体性和安全性。然而由于节点操作空间有限,目前大多数单元间连接节点现场安装困难,甚至会在梁柱等主要受力构件上开洞,造成不同程度的削弱,还影响单元建筑功能的完整性。针对上述问题,课题组研发出一种新型的角件旋转式模块单元连接节点,通过模块单元角部进行连接,不影响建筑外装饰,且具有操作简单,安装方便等优势。但目前该节点传力机理和受力性能尚不明确。本文采用试验研究、有限元分析,理论推导等方法对该节点的力学性能展开研究,促进其在模块建筑结构领域的发展。
设计并完成了6组角件旋转式模块单元连接节点静力试验,其中抗拉、抗剪、抗弯试验各2组,得到其相应的承载力和破坏模式。结果表明:抗拉试件主要发生旋转件底板剪切破坏,角件厚度有一定影响;抗剪试件最终发生旋转件螺杆破坏,角件厚度影响较大,不同方向的抗剪强度有一定差异,满足模块单元连接节点设计要求;不同角件厚度的抗弯刚度和承载力均较小,根据欧洲规范中节点刚度划分原则,判断出该节点为半刚性节点,偏于铰接节点的上限,设计中可按铰接节点考虑。
利用ABAQUS有限元分析软件对角件旋转式模块单元连接节点建立精细化有限元模型进行分析,结果表明与试验结果吻合良好。基于节点破坏模式,选取角件板厚、抗剪方向及旋转件底板厚度等关键参数,对验证后的模型展开参数化分析研究各参数的影响规律。根据上述研究结果,结合理论推导,考虑影响节点传力性能的主要影响因素,通过对已有试验数据和分析数据的回归分析,提出了可应用于工程实际的节点刚度及承载力计算公式。优化角件旋转式模块单元连接节点,确定节点最优构造形式。
设计并完成了6组角件旋转式模块单元连接节点静力试验,其中抗拉、抗剪、抗弯试验各2组,得到其相应的承载力和破坏模式。结果表明:抗拉试件主要发生旋转件底板剪切破坏,角件厚度有一定影响;抗剪试件最终发生旋转件螺杆破坏,角件厚度影响较大,不同方向的抗剪强度有一定差异,满足模块单元连接节点设计要求;不同角件厚度的抗弯刚度和承载力均较小,根据欧洲规范中节点刚度划分原则,判断出该节点为半刚性节点,偏于铰接节点的上限,设计中可按铰接节点考虑。
利用ABAQUS有限元分析软件对角件旋转式模块单元连接节点建立精细化有限元模型进行分析,结果表明与试验结果吻合良好。基于节点破坏模式,选取角件板厚、抗剪方向及旋转件底板厚度等关键参数,对验证后的模型展开参数化分析研究各参数的影响规律。根据上述研究结果,结合理论推导,考虑影响节点传力性能的主要影响因素,通过对已有试验数据和分析数据的回归分析,提出了可应用于工程实际的节点刚度及承载力计算公式。优化角件旋转式模块单元连接节点,确定节点最优构造形式。