节点域箱形加强式工字形柱弱轴盖板加强连接的抗震破坏机理及设计对策

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节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接是按照高延性和高承载力的抗震设计思想,针对工字形柱钢框架弱轴连接设计提出的一种新型连接构造形式,依据前期边框架节点的试验研究和有限元分析证实了这种连接具有良好的抗震性能。采用新型梁柱弱轴连接的工字形柱钢框架比箱形柱钢框架相比更具有良好的经济性。本文对节点域箱形加强式工字形柱弱轴盖板加强连接节点进行循环加载试验研究,分析了节点试件的破坏模式、滞回性能、延性及耗能能力等抗震性能。采用ABAQUS建立考虑损伤的有限元模型并进行非线性分析,分析了节点的关键影响参数并确定参数的合理取值。依据试验研究与有限元分析提出了针对此类型节点的设计方法,并结合实际工程验证节点设计方法的合理性与可靠性。试验与有限元研究结果如下:(1)新型梁柱弱轴盖板加强连接节点能够实现塑性铰的外移,避免了梁翼缘连接焊缝过早发生脆性断裂破坏。节点的滞回曲线呈现较为饱满的梭形,具有良好的耗能能力,但焊缝的开裂导致节点的位移延性系数低于3.0。(2)节点域在节点受力过程中发生弹性剪切变形,节点域处应力基本处于弹性阶段,新型梁柱弱轴连接节点具有明显的“强节点域”特征。(3)蒙皮板厚度对节点的抗震性能具有明显的影响作用。在节点设计时,应保证节点蒙皮板厚度的取值满足蒙皮板最小厚度的设计要求。(4)加强盖板的形状对节点的抗震性能影响较小,设计时可优先选取矩形加强盖板,而加强盖板的长度和厚度对节点的抗震性能具有明显的影响作用。建议加强盖板的取值范围为:加强盖板的长度取梁高的0.5~0.7倍,加强盖板的厚度应大于等于梁翼缘厚度的0.5倍且大于等于6mm。(5)梁柱线刚度比的变化对节点的抗震性能具有明显的影响作用,但梁线刚度和柱线刚度的变化对节点抗震性能的影响规律和程度相差较大。建议节点的梁柱线刚度比应小于等于1.5。(6)提出了新型梁柱弱轴盖板加强连接节点的设计方法,节点设计方法经验证是合理可靠的,可为此类型节点的工程应用提供设计参考。
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