模块化装配式斜支撑节点钢框架抗震性能试验研究

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装配式钢结构与传统结构相比,具有施工速度快,自身重量轻,抗震性能优越,灾后易修复,主体材料可回收再利用,绿色环保等优势,有利于缓解我国钢材产能过剩的问题,能够实现建筑设计标准化,部品生产工厂化,现场施工装配化,土建装修一体化,是一种符合21世纪“绿色节能建筑”标准的结构形式。国外的低层装配式钢结构住宅应用较为广泛,但在高层建筑领域中的应用尚属空白,所以迫切需要研发适合我国国情的新型装配式高层钢结构建筑体系。  在国家自然科学基金项目——模块化装配式高层钢结构体系创新基础研究(项目编号:51278010)和湖南省战略性新兴产业科技攻关项目——装配式斜支撑钢结构建筑技术研究与应用(项目编号:KY201125)资助下,对装配式斜支撑节点钢框架进行静力及拟静力试验研究,试验结果与有限元软件分析结果相互论证,系统阐述了装配式钢框架的承载能力及抗震性能。  以抗震设防区多高层模块化装配式斜支撑节点钢框架为研究对象,对其进行极限承载力试验,并与ANSYS有限元软件非线性静力分析结果进行对比,斜支撑钢框架的承载能力强,相对于无斜撑钢框架抗侧移刚度得到明显提高;斜支撑钢框架的破坏位置发生在耗能梁段中部腹杆,梁柱节点处的应力较小,未达到屈服应力,斜支撑可以改变框架水平荷载的传力路径,起到保护节点的作用。  对装配式斜支撑钢框架及无斜撑钢框架进行拟静力试验及有限元非线性拟静力分析,斜支撑钢框架的耗能位置集中在桁架梁中部的耗能梁段,主要耗能构件为腹杆角钢,耗能位置远离节点区域,且节点的应力值较小,符合“强节点,弱构件”的抗震设计要求,加强耗能梁段对于提高框架的延性性能,耗能性能至关重要,实际工程中应加强对耗能梁段的设计。  建立三种不同耗能梁段长度的斜支撑钢框架及纯钢框架有限元模型,通过在柱顶加载水平静力荷载,分析各榀框架的荷载位移曲线,薄弱区域的荷载应力曲线,得到不同耗能梁段长度对于框架极限承载能力、破坏形态、受力薄弱区域、抗侧移刚度及延性性能的影响规律,耗能梁段长度对于框架的抗侧刚度及承载能力影响显著,应根据楼层高度及抗震设防烈度确定适宜的耗能梁段长度。  对装配式斜支撑钢框架结构体系的平面钢框架进行系统的理论分析和试验研究,得到一系列具有较高基础理论意义和工程应用价值的结论,这些研究成果将为《钢结构设计规范》及《工业化装配式钢结构技术规程》的编制提供重要依据,有利于推动工业化装配式钢结构体系在实际工程中的应用。
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