梁端翼缘加强型节点域力学性能研究

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本文研究的钢框架梁端翼缘加强型节点属于新型加强延性节点,它是在梁柱连接处梁端上下翼缘分别焊接一定几何尺寸的加强板,通过加强板对梁端翼缘的加强作用迫使塑性铰形成位置远离梁柱连接处受力复杂的薄弱区域,从而起到保护节点薄弱区域,提高节点抗震力学性能,防止节点发生脆性破坏的目的,本文所研究的梁端翼缘加强型节点包括FPC翼缘板加强型和CPC盖板加强型两种。本文回顾了梁端翼缘加强型节点国内外的研究进展,参考美国FEMA-350及我国规范相关公式给出了翼缘板加强型节点域计算设计方法,建立了有限元分析模型,分别对翼缘板加强型和盖板加强型进行了对比分析。为了研究翼缘板几何尺寸对节点及节点域力学性能的影响,建立了翼缘板长度和厚度变化的FPC与盖板长度、厚度变化的CPC两组共20个试件的有限元模型,进行了模型试件在低周往复荷载作用下的加载模拟,模拟后分别从应力发展状况、破坏形态、滞回性能、延性性能及耗能能力等方面对翼缘板几何尺寸变化对节点域力学性能的影响做了较全面的研究。通过对有限元模拟结果的对比分析,发现翼缘板加强型和盖板加强型在节点破坏形态、极限承载力、滞回性能、延性性能及耗能能力等方面均表现出良好的特性。通过对翼缘板几何尺寸变化的研究发现,塑性铰出现与梁柱节点域的承载力与刚度有一定的关系;增大盖板长度可以有效地提高节点极限承载力,提高节点滞回性能及耗能能力,但会降低节点的延性;较短的盖板不能有效地实现塑性铰的外移,当节点域的承载力刚度一定时,过大的加长翼缘板的长度,不会出现塑性铰的位移,反而会增大对节点域部分的受力和变形,这对抗震是不利的;增大盖板厚度对提高节点极限承载力,提高节点滞回性能及耗能能力作用并不明显,盖板厚度的增加还会降低节点延性性能;较薄的盖板对节点的加强作用不明显,盖板过厚会造成节点连接焊缝高度过大,焊接质量不易保证,建议盖板厚度取值应大于计算厚度而小于钢梁翼缘板厚度。而对于加强板的长度应根据节点域与加强梁端的等刚度原则进行限制。
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