钢框架加强型延性节点抗震性能分析

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钢框架加强型延性节点是近几年来国内外专家研究地越来越多的新型梁柱连接节点,其工作原理是在距离梁端柱翼缘表面一定范围内将梁翼缘局部扩大,使钢框架的塑性铰在远离梁柱连接焊缝的梁翼缘上形成,达到塑性铰外移的设计目的,有效地保护梁柱节点的薄弱部位,提高结构的延性性能,避免发生脆性破坏,实现抗震规范中“强节点弱构件”的设计思想。本文针对钢框架侧板加强型、直接扩翼型、盖板加强型、翼缘板加强型4种加强型延性节点及普通栓焊节点开展了试验研究和ANSYS有限元数值模拟工作,主要内容包括:1、设计制作13个缩尺比例为1/2的模型试件进行低周往复荷载作用下的试验研究,加载过程中试件均没有出现整体失稳现象,加强型延性节点均能够有效地将塑性铰转移到远离梁端的位置,滞回曲线饱满,并且具有较强的延性和耗能能力,抗震性能比普通栓焊节点有大幅提高;梁端加强部位的几何参数对节点的力学性能及抗震性能均有明显影响。随着梁端翼缘加强长度和厚度的增加,节点的极限承载力有所提高,但滞回性能、延性性能和耗能能力均有所降低。2、采用ANSYS有限元分析软件建立25个非线性有限元数值模型,分析各模型在循环荷载作用下破坏形态、应力分布规律、极限承载力、滞回性能、延性性能、耗能性能等。结果表明:有限元模拟与试验研究结果取得了较好的一致性;加强型延性节点能够有效提高节点的承载力,与普通栓焊节点相比具有更好的延性性能及滞回性能;梁翼缘加强参数对节点的力学性能及抗震性能影响明显,建议侧板加强板直线段的长度取(0.33-0.93)倍梁翼缘宽度,宽度取(0.2-0.33)倍梁翼缘宽度;直线扩翼段的长度取(0.55-0.95)倍梁翼缘宽度,宽度取(0.2-0.33)倍梁翼缘宽度;盖板加强板的长度取(0.5-0.85)倍梁高;厚度取(0.7-1.0)倍梁翼缘厚度;翼缘板加强板的长度取(0.5-0.8)倍梁高,厚度取(1.0-1.3)倍梁翼缘厚度。3、以低周往复荷载作用下节点的极限承载力相等为前提,分别设计侧板加强型、直接扩翼型、盖板加强型、翼缘板加强型节点模型的梁翼缘加强参数,并建立有限元模型进行力学性能、抗震性能、退化特性等方面的分析,综合探讨不同构造形式加强型延性节点的性能优劣,为钢框架节点的抗震设计及新型节点在实际工程中的应用提供有价值的参考依据。4、通过钢框架加强型延性节点的工程应用设计实例,详细说明不同结构形式加强型节点的设计过程,为加强型延性节点在实际工程中的应用提供更直观可靠的理论依据及设计参考。
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