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1994年北岭和1995年阪神强震中,传统以焊接为主要连接形式的钢框架结构梁柱节点普遍具有严重的脆性断裂。采用高强螺栓连接的半刚性梁柱节点具有承载力高、延性好、施工方便等较多优点,被认为是替代梁柱焊缝连接较好的连接方式之一。地震动的多维特性必然导致空间钢框架结构中梁柱连接节点具有复杂的受力状态,然而目前针对T型钢连接的梁柱节点抗震性能方面的研究主要集中在平面节点,研究成果与实际工程情况存在一定的差异,导致不能很好的推广应用。因此,研究这种连接形式空间节点的抗震性能具有重要的意义。
本文主要研究内容如下:
1.分析研究目前空间梁柱节点的拟静力试验方法及特点。设计以柱端为加载方式的空间节点拟静力试验和加载方案。为了分析空间节点弱轴平面对于强轴平面的受力影响,试验试件设计了以T型钢为连接形式的空间节点和平面节点,以弱轴平面两种不同的连接形式为区分特征,设计两种形式的空间梁柱节点试验模型,每种空间节点模型均包含框架中柱、边柱和角柱节点,制定了空间节点的试验的加载制度,实现了空间节点的拟静力试验。
2.对设计的1:1足尺节点试件进行拟静力试验。通过分析节点的破坏模式、滞回特性、弯矩承载力、延性、转动刚度和耗能特性,研究了空间节点考虑弱轴平面受力之后对节点强轴平面力学特性影响的规律,得出连接件刚度和节点的连接形式是影响节点受力特性的主要因素。
3.以T型钢连接件的刚度为变化参数,建立本文设计的两种空间节点的有限元模型,考虑几何、材料和接触非线性因素进行数值分析计算。通过分析节点弯矩承载力、转动刚度、延性和耗能能力,得到了连接件刚度变化对节点力学特性的影响,同时得到了节点中螺栓预拉力与组件的接触状态的变化规律。
4.根据试验研究和有限元分析获得的节点力学特性,采用欧洲规范(EC3)中的组件法,建立空间节点的力学分析模型。根据组件模型分析节点的屈服弯矩承载力和初始转动刚度。参考欧洲规范(EC3)和美国规范(AISC)对本文研究的节点进行评价分析,建立了节点的理想弹塑性弯矩-转角关系,得到了影响空间节点强轴平面和弱轴平面力学特性的主要因素。
最后,在全面总结研究成果的基础上,提出课题尚待深入研究的若干问题。
本文主要研究内容如下:
1.分析研究目前空间梁柱节点的拟静力试验方法及特点。设计以柱端为加载方式的空间节点拟静力试验和加载方案。为了分析空间节点弱轴平面对于强轴平面的受力影响,试验试件设计了以T型钢为连接形式的空间节点和平面节点,以弱轴平面两种不同的连接形式为区分特征,设计两种形式的空间梁柱节点试验模型,每种空间节点模型均包含框架中柱、边柱和角柱节点,制定了空间节点的试验的加载制度,实现了空间节点的拟静力试验。
2.对设计的1:1足尺节点试件进行拟静力试验。通过分析节点的破坏模式、滞回特性、弯矩承载力、延性、转动刚度和耗能特性,研究了空间节点考虑弱轴平面受力之后对节点强轴平面力学特性影响的规律,得出连接件刚度和节点的连接形式是影响节点受力特性的主要因素。
3.以T型钢连接件的刚度为变化参数,建立本文设计的两种空间节点的有限元模型,考虑几何、材料和接触非线性因素进行数值分析计算。通过分析节点弯矩承载力、转动刚度、延性和耗能能力,得到了连接件刚度变化对节点力学特性的影响,同时得到了节点中螺栓预拉力与组件的接触状态的变化规律。
4.根据试验研究和有限元分析获得的节点力学特性,采用欧洲规范(EC3)中的组件法,建立空间节点的力学分析模型。根据组件模型分析节点的屈服弯矩承载力和初始转动刚度。参考欧洲规范(EC3)和美国规范(AISC)对本文研究的节点进行评价分析,建立了节点的理想弹塑性弯矩-转角关系,得到了影响空间节点强轴平面和弱轴平面力学特性的主要因素。
最后,在全面总结研究成果的基础上,提出课题尚待深入研究的若干问题。