装配式斜支撑桁架梁与钢管柱连接节点滞回性能仿真分析

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随着国家建筑产业化不断地推进,装配式建筑结构以其清洁高效、绿色环保等众多优势必将迎来大规模的发展。而节点作为装配式钢结构中的重要组成部分,在装配式建筑安装使用阶段发挥着十分关键作用。而目前,节点性能却有很多无法达到工业化生产的要求。所以节点的承载力、刚度以及延性等问题都亟待解决。本文基于一种装配式斜支撑桁架梁与钢管柱连接节点展开研究。以北京工业大学针对此节点的足尺试验为基础,利用ABAQUS有限元建立与试验一致的节点模型,将数值分析的弯矩-转角曲线和单向加载的破坏方式与已有试验结果作对比分析,验证此有限元模型的合理性。进而研究此节点刚度的影响因素,分别设计不同的桁架梁与斜撑间的角度和梁柱线刚度比的节点,对比分析不同变量条件下节点在循环往复荷载作用下的滞回性能,接着重点考察滞回曲线、节点极限承载力、节点应力分布、骨架曲线,分析节点在循环荷载作用下应力和变形云图、节点弯矩-转角曲线,运用多元幂函数积的公式描述节点弹性转动刚度,两边取对数后进行多元线性回归分析得到公式系数,进而得到了描述双参数与节点弹性转动刚度关系的表达式。本文得到的主要结论如下:(1)当线刚度比为0.6,即柱壁厚为20mm,斜撑角度分别为30°、45°、60°时,滞回曲线发展趋势相同,具有相同的变化规律。但是随着斜撑角度的增大,滞回曲线所包络面积逐渐减小,弹性阶段的斜率逐渐减小,表明节点的初始转动刚度和极限承载力逐渐降低,其抗震能力具有逐渐减弱的趋势。斜撑角度为30°时,初始转动刚度最大,节点破坏时的极限承载力最大,其抗震能力最好;当斜撑角度为45°时,相应的转动刚度和极限承载力次之,当斜撑角度为60°时,相应的转动刚度和极限承载力最小。斜撑角度不变的情况下,线刚度比为0.6与线刚度比1.0时,情况基本相同。(2)斜撑与梁夹角越小,斜撑受力越均匀,可以更好的将梁上荷载传递给柱,并减小对梁的剪切作用,使整个节点形成一个更加合理的力传导系统。推荐在满足建筑设计对空间要求的前提下,适当选用斜撑与梁夹角更小的节点类型。(3)当连接节点斜撑角度相同时,对于不同梁柱线刚度比即不同柱壁厚的梁柱节点,其荷载位移曲线具有相同的变化趋势,柱壁厚大的连接节点的承载力略高于柱壁厚小的连接节点。(4)通过关于节点弹性转动刚度的双参数公式计算结果与有限元计算值的对比,发现误差非常小,公式可以比较准确的计算此斜支撑桁架梁与钢管柱连接节点的弹性转动刚度。
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