薄壁方钢管梁柱节点力学性能研究

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薄壁轻钢结构作为一种新型的钢结构体系,该体系具有整体性好、高次超静定、多道抗震防线的优点,并且符合我国环保、节能、节水、住宅产业化政策。对该类结构体系中梁柱之间通常采用直接焊接方式,在节点区反复施焊,会降低节点延性、刚度及塑性变形能力,诱发节点区域板件发生脆性断裂。为此在梁端局部加腋可有效提高节点的抗弯承载力,以实现“强节点弱杆件”的抗震设计目标,使得塑性铰外移;另外论文提出一种新型梁柱连接方式,纵向框架梁为C型钢并移到柱外表面焊接,再将横梁焊接在C型钢梁腹板上以减少对柱管壁施焊次数,避免因焊穿柱板件引起柱承载力降低,使其满足“强柱弱梁”的抗震要求。论文对这三类连接(普通节点、加腋节点及新型节点)进行了在不同轴压比作用下的低周往复荷载试验,对这三类节点的破坏模式进行探讨,对节点的滞回曲线、刚度退化、延性、耗能能力等进行了分析,同时对关键部位处的应变分布及变化情况进行了分析。在三类节点中,加腋节点发生方钢管梁屈曲,具有较好的耗能能力、延性,且承载力明显高于另外两种;新型节点发生C型钢梁腹板屈曲,具有较长的屈服平台,发生延性破坏,并且其累计耗能能力明显高于另外两种节点;而对普通节点发生脆性破坏,其性能与另外两种节点相比则相对较弱。采用非线性有限元软件ANSYS对加腋节点和新型节点进行低周往复荷载作用下的数值模拟,并与实验结果进行对比分析,以验证有限元结果的正确性。并根据有限元所得结果,通过改变加腋节点中加腋部分的几何参数(如加腋高度、加腋长度以及加腋厚度),以及新型节点的几何参数(方钢管梁柱厚度、C型钢梁厚度和高度、方钢管梁与C型钢梁的相对位置),探讨这些因素对节点力学性能的影响。结果表明,对于加腋节点,加腋高度、加腋厚度对节点的滞回性能具有明显的影响,而加腋长度对此的影响则相对较小,同时在相应的值降低时致使节点的破坏模式发生了转变。对于新型节点,方钢管梁、柱厚度以及C型钢梁厚度的改变对节点的滞回曲线、承载力和初始刚度均均有不同程度影响;而C型钢梁的高度对节点滞回曲线的影响较为显著,在高度降低时,改变了滞回曲线的捏拢现象,同时表现出饱满,耗能能力较强的特性;方钢管梁与C型钢梁的相对位置对节点的影响也十分显著,当该值增加时,节点的滞回曲线形状呈现梭形,并且消除了节点正负向承载力差异问题。
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