钢框架梁柱弱轴双角钢连接受力性能研究

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在钢框架结构体系中梁柱弱轴连接和强轴连接一样普遍,是结构的重要组成部分,目前对梁柱弱轴连接研究较少,而且主要集中在刚性方面,因此有必要加强弱轴半刚性连接的研究。腹板双角钢连接作为一种半刚性连接形式在设计中通常被看作是铰接,仅传递剪力,但实际上这种连接具有一定的转动刚度和抗弯能力。本文研究弱轴双角钢连接在循环荷载下的受力性能并提出抗震设计建议,具有重要的理论和工程意义。本文考虑材料、几何和状态非线性,采用有限元程序ANSYS10.0对根据实际情况设计的基本试件和不同参数衍生试件进行了有限元模拟,深入研究了梁柱弱轴双角钢连接在循环荷载作用下的滞回性能、刚度退化及破坏机理,并系统分析了摩擦系数、连接角钢厚度、螺栓线到角钢肢背的距离、柱子轴压力、螺栓直径和等级等参数对于弱轴双角钢连接在循环荷载下受力性能的影响。主要得到以下结论:该类型连接在循环荷载下具有较好的转动能力,层间位移转角一般都在0.04rad以上;试件的破坏主要发生在连接角钢的内圆角处,沿连接角钢内圆角竖向应力较大,塑性变形严重,最终导致破坏;该类型连接的承载能力较低,由M/Mp-θ曲线可知抗弯承载力一般为0.16-0.2Mp;角钢厚度的增加、螺栓线到角钢肢背距离的减小、螺栓直径的增大及螺栓等级的提高会使得连接的承载力和刚度有所提高,但连接的延性会有不同程度的降低;摩擦系数的变化及柱子轴压力的变化对于连接的整体性能影响不大,但也会影响到连接局部的受力状态。根据分析结果,本文认为该类型连接不宜用于对层间位移变形控制严格的结构中;对于易发生破坏的连接角钢在设计时应适当加强,防止构件过早破坏;节点设计时应重点考虑角钢厚度、螺栓中心线到肢背距等主要因素的影响。本文对梁柱弱轴双角钢连接在循环荷载下的受力性能研究比较系统,为该类型连接的应用提供了有价值的数据和参考依据,对于完善钢结构节点理论,推动钢框架结构体系更广泛有效地应用具有一定的现实意义。
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