板式螺栓连接支撑系统的滞回性能研究

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装配式钢结构建筑在我国正处于高速发展阶段,而螺栓连接的安装速度快、质量高,是实现装配式建筑的主要途径之一。中心支撑钢框架是一种常见的钢结构建筑体系,支撑体系作为其重要组成部分,其滞回性能将影响整个建筑在低周疲劳荷载作用下的行为。然而,目前国内外对于板式螺栓连接支撑系统的研究较少。另一方面,国内外的震害调查结果显示,螺栓连接的支撑节点有先于构件疲劳断裂的情况发生。为探究板式螺栓连接支撑系统的滞回性能以及我国相关规范中支撑节点设计的安全性,因此,本文从试验和模拟两方面展开研究。为满足参数分析的要求,本文共设计了9个支撑体系的低周疲劳试验。同时,在试验的基础上利用ABAQUS建立了49个可行的有限元模型用于受力机理和参数分析。主要内容如下:(1)在刚好满足强节点弱构件的原则下,以破坏模式、净距、连接系数、加载制度为变量设计了9个板式螺栓连接支撑系统并在渐增的变幅对称循环位移加载作用下进行了低周疲劳试验。试验中,对节点板上关键位置的应变、支撑跨中面外位移等进行实时测量。对螺栓滑移、支撑失稳、支撑翼缘屈曲、裂缝发展等现象进行了详细观察和记录。从滞回曲线、骨架曲线、能量耗散、刚度退化、延性系数、变形能力、疲劳寿命估算等方面对所有试件的性能进行评估、对比,并对不同参数影响下的变化规律给出解释。另外,对于支撑和节点板计算长度系数的取值展开讨论。(2)利用ABAQUS的实体单元对9个板式螺栓连接支撑系统进行精细化建模并对网格划分、螺栓预紧力的施加及接触设置等建模方法进行详细总结。将模拟出来的滞回曲线、骨架曲线、支撑跨中面外位移曲线、构件屈曲模式、断裂位置及节点板应力结果与试验相互印证,以此证明模型的正确性。(3)建立9个单圈拉压荷载作用下螺栓连接支撑系统的有限元模型,以讨论螺栓节点中力的传递机理、角钢和连接板的内力分布与发展、节点板的危险位置以及均力法、修正AIJ法的设计精确性。建立5个焊接连接支撑系统的有限元模型,用来对比和评价螺栓拼接节点的耗能效果以及螺栓滑移对破坏模式的影响。(4)利用35个渐增的对称循环位移荷载作用下的板式螺栓连接支撑系统的有限元模型探究长细比、支撑角度、净距、连接系数对试件的极限承载力、受压承载力退化、总耗能、摩擦耗能及节点板关键位置处应力的影响规律。
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