损伤可控钢梁柱连接节点优化设计

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基于ABAQUS有限元分析软件,通过对47组节点的探究提出一种新型的损伤可控钢梁柱连接节点。该节点通过端部扩翼缘加强了短梁端部,并通过预应力筋提高了节点的滞回性能。腹板采用长条状小盖板连接,翼缘采用削弱型翼缘双盖板连接,拼接部位采用高强螺栓栓接。通过研究发现,该节点能有效的将梁柱交接处或柱子核心区域的集中应力转移到连接盖板上,实现塑性铰的转移,并能提供稳定可靠的承载力。全文通过对A系列节点的探究,得出节点的腹板采用长条小盖板连接的必要性,通过对B系列节点的探究确定了设计目标的基本设计模型,作为基本节点对该系列节点的相关参数进行了系统研究,得出了不同因素对节点力学性能的影响规律,并逐步确定了相对最优设计参数,在此基础上对节点进行进一步的优化补强,最终确定了最优节点。本文通过47组模型,分析了节点的腹板加强形式、翼缘盖板削弱形式、翼缘盖板削弱形式、翼缘盖板的厚度、腹板盖板的厚度、翼缘盖板削弱深度、预应力大小、螺栓预紧力的大小、拼接缝隙、上翼缘螺栓分布、预应力筋的分布位置对节点的Mises应力云图、荷载位移曲线、节点耗散系数、力学骨架曲线、刚度退化曲线的影响,选定了节点的相关参数,设计了一种新型节点。通过研究发现加强腹板能够有效提升节点的承载力,但是过度加强将导致节点的塑性铰不能有效转移;翼缘盖板削弱能够有效提升节点的耗能能力,改善节点的滞回性能;翼缘盖板弧形削弱性能显著优于直角削弱型性能;增加翼缘盖板的厚度能够显著改善节点的承载力,且节点盖板的厚度越大,节点的承载力越大,同时翼缘盖板厚度在一定范围内能够显著改善节点的滞回性能,当翼缘采用双盖板布置时节点的性能最好;腹板盖板厚度在一定范围内能够适度提高节点的承载力;翼缘盖板削弱深度对节点的承载力没有显著影响,但却可以显著提高节点的抗震能力;预应力的大小不能有效改善塑性铰的大小,但是能有效提高节点的耗能能力,增强节点的滞回性能;螺栓预紧力过大过小均不能有效提高节点的耗能能力与承载力;拼接缝隙的大小不能有效改善塑性铰的位置与承载力的大小,但拼接缝越小时节点的滞回性能越好;上翼缘螺栓数量减少,不能有效地改善节点的耗能能力,反而会降低节点的滞回性能;预应力筋的数量与位置显著地影响节点塑性铰的位置、承载力的大小和节点的滞回性能,且预应力筋每边2根远离梁中线设置时,节点表现出相对较好的性能;扩翼缘加强节点能有效的改善塑性铰的位置。研究表明,新型节点能够有效的将塑性铰转移到上下翼缘连接盖板上,并具有良好的耗能能力与承载力,尽可能地避免了节点梁柱主要受力构件产生较大的变形或者应力集中,对于一般破坏可通过更换盖板实现节点的迅速修复。
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