盲眼螺栓连接方钢管柱-H型钢梁节点抗连续倒塌性能研究

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建筑结构遭受偶然极端荷载作用后,通常会发生与初始破坏部分不成比例的倒塌。当结构中的竖向承重构件严重破坏或失效时,往往由节点和梁组成的“悬索作用”来承担竖向荷载,从而形成新的传力路径。由此看来,结构抗连续性倒塌性能的好坏在很大程度上依赖于结构体系中节点性能的优劣。在目前钢结构中,开口截面梁、柱是设计和建造的主流,但有逐步被闭口截面构件取代的趋势。相对开口截面构件,闭口截面的钢管具有高强度-重量比、高抗弯模量、外表美观等优势。但是对于闭口截面构件的连接是个关键问题,传统的普通螺栓连接并不适用,而焊接连接具有工作量大、不易施工等缺点,且这类焊接节点属于全刚性节点,不利于抗震。然而最近发展起来的盲眼螺栓,具有单边拧紧的特点,在闭口截面构件的连接上具有先天的优势,且盲眼螺栓还具有施工快捷和受力性能良好等优点。因此得到国内外学者和工程界的广泛关注。本文针对新型盲眼螺栓连接的方钢管柱-H型钢梁角钢节点和高强度螺栓连接带槽钢方钢管柱-H型钢梁角钢节点进行研究,通过试验与有限元数值模拟的方法对两类节点的抗连续性倒塌性能及其影响因素进行分析。主要研究内容如下:(1)分别对4个盲眼螺栓连接的方钢管柱-H型钢梁角钢节点和4个高强度螺栓连接带槽钢方钢管柱-H型钢梁角钢节点试件进行拟静力连续倒塌试验,各节点具有不同的连接构造,如:角钢厚度、有无腹板角钢、螺栓安装位置、钢管厚度等。通过试验获得各节点试件的破坏模态、荷载-位移关系曲线以及梁上关键截面的应变发展。(2)通过对试验结果的分析,得到新型盲眼螺栓连接节点在连续性倒塌工况下的受力过程及抗力机制。同时,对比分析两种类型节点的抗倒塌性能以及影响节点抵抗连续性倒塌性能的因素。试验结果表明柱上螺栓到梁翼缘的距离、角钢厚度以及有无腹板角钢对节点承载能力和转动能力有一定的影响。其中,腹板角钢的节点承载能力有显著提高,受力机制相比无腹板角钢节点有较大改善。(3)采用通用有限元软件ABAQUS对节点试件进行有限元模拟验证,同时采用验证后有限元模型,进一步阐释螺栓连接角钢节点的受力过程。(4)基于试验与分析结果,总结新型的方钢管柱-H型钢梁盲眼螺栓角钢节点的受力性能和倒塌机制。对比高强螺栓连接节点,分析盲眼螺栓连接节点的优点以及不足。
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