不锈钢端板连接梁柱节点承载性能与计算方法研究

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不锈钢材料具有优良的耐腐蚀性、耐久性和环境适应性,能够从根本上解决钢结构腐蚀和维护问题,在全寿命周期内具有良好的经济效益,在建筑结构领域具有广阔的应用前景。不锈钢材料是非线性金属材料,其力学性能不同于普通钢材,需要针对不锈钢结构开展专门研究。现有的研究缺少针对不锈钢梁柱节点受力性能的试验研究和数值分析,且我国《不锈钢结构技术规程》中尚未涵盖不锈钢梁柱节点的设计方法,制约了不锈钢结构的推广应用。本文综合采用试验研究、数值模拟和理论分析,探究了不锈钢端板连接梁柱强轴、弱轴节点分别在单调静力和低周反复荷载作用下的承载性能,提出了建议设计方法。本文的主要研究工作包括以下内容:(1)完成了12个梁柱强轴节点试件的单调静力和低周反复加载试验,包括10个不锈钢节点试件和2个普通钢节点试件。得到了节点试件的破坏形态和荷载–位移曲线,分析了材料牌号、节点类型和端板加劲肋对节点静力性能和抗震性能的影响,并利用试验结果对现有普通钢结构规范中设计方法的适用性进行了评估。(2)建立了能够模拟强轴节点静力性能和抗震性能的精细有限元模型,验证了有限元模型的准确性。采用验证的有限元模型探究了主要因素对节点静力性能和抗震性能的影响。基于试验研究和参数分析结果,提出了不锈钢端板连接梁柱强轴节点设计计算的建议公式。(3)开展了4个不锈钢弱轴边柱节点和另外4个不锈钢弱轴中柱节点的单调静力和低周反复加载试验,其中弱轴中柱节点设置了箱形节点域。获得了不锈钢弱轴节点的静力性能和抗震性能,分析了节点连接区域和节点域的受力特性,并采用现有普通钢弱轴节点计算方法预测了不锈钢弱轴边柱节点的试验结果。(4)采用精细有限元模型对不锈钢弱轴节点的单调静力和低周反复加载试验过程进行了模拟,并通过试验结果验证了弱轴节点数值模型的可靠性和适用性。开展参数分析探究各因素对弱轴节点在单调静力和低周反复荷载下承载性能的影响,包括边柱节点和箱形节点域节点。采用组件法对不锈钢弱轴节点进行了理论分析,提出了不锈钢弱轴节点承载性能建议计算公式。
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