方钢管柱-H型钢梁单向螺栓连接节点力学性能研究

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装配式钢结构建筑采用“一体化”的设计理念,通过工厂预制、现场安装,降低了能源消耗和环境污染,是符合我国建筑节能减排要求的绿色建筑。在装配式钢结构建筑中,常采用H型钢柱梁连接节点,而方钢管柱相比于H型钢柱具有更加优良的性能,其抗扭刚度以及平面外刚度更大,建筑适用性更强。传统的闭口截面柱、梁节点连接方式如对穿螺栓式、贯通隔板式等会在一定程度上对柱造成削弱,因此本文提出一种新型节点:方钢管柱-H型钢顶底T型钢单向螺栓柱梁连接节点,该种连接方式可实现柱梁的单侧拧紧,无需对闭口截面柱造成不必要的削弱,更加的方便快捷。目前,国内外对单向螺栓柱梁连接节点的研究还比较少,没有系统的理论指导实际施工,因此对单向螺栓柱梁连接节点的力学性能进行研究具有重要意义。本文对顶底T型钢单向螺栓柱梁连接节点进行了单调荷载作用下和循环荷载作用下的拟静力试验,结合ABAQUS有限元分析软件验证了试验研究和有限元模拟结果的准确性,得到了节点的P-(35)曲线,并对节点的P-(35)曲线、构件的应力-应变状态等进行了详细分析。再在BASE节点的基础上改变节点构造衍生出12个系列的有限元模型,对不同构造下的节点力学性能进行了有限元模拟分析,主要分析了柱壁厚度、加劲肋、设置双腹板角钢、H型钢翼缘腹板削弱、降低梁高六种构造措施对BASE节点力学性能的影响,得到如下结论:(1)增加柱壁厚度能够明显提高节点的初始转动刚度和极限承载力,但柱壁厚度不宜过大,柱壁厚度过厚时,会发生单向螺栓的剪拉屈服破坏,此时节点能达到的极限位移下降,节点的延性性能下降,建议柱壁厚度在10-14mm为宜。(2)设置加劲肋能明显提高节点的极限承载力,但对节点的初始刚度影响不大,此外加劲肋厚度对节点力学性能影响不大,因此出于经济、构造合理考虑,建议加劲肋厚度为4-8mm。(3)对于此类节点而言,梁不是节点的薄弱部位,对梁翼缘以及腹板进行合理削弱能够保证节点的极限承载力和初始转动刚度基本不变,因此在实际的工程应用中,可考虑对梁进行合理削弱,以提高钢材利用率,节约钢材。(4)梁腹板高度变化对梁的极限承载力和初始转动刚度影响都非常明显,降低梁腹板高度节点的极限承载力和初始转动刚度均降低,在实际应用中,应合理选用梁的截面尺寸以获得更好的节点力学性能。
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