梁端加腋型节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接单调荷载试验研究

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历次地震中大量钢框架梁柱连接节点的脆性破坏,揭示了钢框架传统连接的弊端,改进型节点的研究主要集中在强轴方向,而柱采用工字形截面的钢框架弱轴连接不仅和强轴一样重要,而且理论分析和设计更为困难,现行规范也没有具体的设计规定。于是,长安大学卢林枫副教授发明了一种节点域箱形加强式梁柱弱轴连接节点,并对此展开研究。本文基于这种新型连接,针对传统的弱轴刚性节点难以达到塑性变形的不足,提出了新型梁柱弱轴连接梁端加腋型节点,并选择边框架节点进行试验研究以探寻其基本力学性能,同时考察了组合楼板的存在对节点性能的影响。本文共设计了4个足尺模型试件,其中两个为梁端未经任何处理的普通弱轴连接节点和相应的带组合楼板节点,另外两个为梁下翼缘加腋的加强型节点和相应的带组合楼板节点。根据我国现行规范并参考美国规范FEMA351对试件进行了详细设计。通过梁端单调加载试验得到各个试件的荷载-位移曲线、弯矩-转角曲线、节点域的剪应力-变形曲线等重要曲线,重点考察了各试件的初始转动刚度、屈服位移、极限荷载、塑性转角及延性等基本力学指标,并进行了刚度分类,同时对比分析了节点域、蒙皮板以及沿梁宽度和长度方向等关键部位的应力应变分布情况,得出主要结论如下:1.梁端加腋可以有效控制塑性铰的形成位置,增加初始转动刚度,降低梁柱对接焊缝应力,节点的极限承载力提高了41.2%。2.四个试件的最大塑性转角均大于0.03rad,转角延性都大于4,具有较好的变形和塑性转动能力,能够满足抗震设计的要求。3.该新型弱轴连接形式在节点域进行了局部箱形加强,改善了节点域的受力性能,虽然节点域发生了一定的剪切变形,但却表现出了强节点域的特性。4.根据欧洲规范EC3中关于节点刚度的分类标准可以判定加腋型节点试件属于刚性连接,而普通连接节点试件在有侧移框架时属于半刚性连接。5.本文设计的楼板形式由于板内钢筋锚固不足,没有很好的发挥其与钢框架的组合作用,因此在设计中应根据实际情况考虑楼板的组合作用。上述研究成果不仅在实际工程应用中具有一定参考价值,同时也为进一步研究这种改进的节点连接形式、完善弱轴连接的研究内容提供了试验依据。
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