【摘 要】
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钢结构以其质量轻、强度高等优越性在建筑中被广泛使用,早期梁柱节点通过焊接技术拼接在一起,这导致节点呈刚接特性且易发生脆性破坏,从而造成整体结构的失效。而外伸端板连接节点因其出色的性能被广泛用于钢结构,外伸端板与高强螺栓的连接构造使得节点处易出现非连续性问题,这导致外伸端板节点的设计与工程应用必须对节点的半刚性这一关键问题进行研究。半刚性节点本身反映出一定的柔性与力学的非线性。为获得真实结构中的节点
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钢结构以其质量轻、强度高等优越性在建筑中被广泛使用,早期梁柱节点通过焊接技术拼接在一起,这导致节点呈刚接特性且易发生脆性破坏,从而造成整体结构的失效。而外伸端板连接节点因其出色的性能被广泛用于钢结构,外伸端板与高强螺栓的连接构造使得节点处易出现非连续性问题,这导致外伸端板节点的设计与工程应用必须对节点的半刚性这一关键问题进行研究。半刚性节点本身反映出一定的柔性与力学的非线性。为获得真实结构中的节点性能,对节点初始转动刚度的考虑成为结构设计中不可缺少的组成部分。目前获取节点转动刚度的手段由试验研究、数值模拟和理论计算三种方式组成。由于以往大部分试验研究中是对梁端加载,而柱顶侧加载方式下(反对称载荷状态)节点受力性能研究并未深入研究,这导致节点域的受力性能存在一定的差异。本文针对外伸端板连接节点,通过在柱顶侧进行循环加载试验来研究节点反对称荷载下的力学特征,确定节点域剪切变形对节点性能的影响,给出连接节点初始转动刚度计算模型。本文的主要研究内容包括:(1)试验研究中,对4个未带加劲肋外伸端板连接节点在柱顶侧进行循环加载试验;对节点转角用两种方法进行量测并相互验证,评估了循环荷载作用下端板连接节点的失效模式,弯矩-转角曲线,骨架曲线,延性,能量耗散和刚度等特性。(2)对循环加载试验的4个试件,采用Abaqus软件进行了三维非线性有限元分析,通过与试验结果对比,验证了有限元结果的正确性。(3)考虑了中柱边柱力学行为的差异、柱截面尺寸、螺栓直径、端板厚度、梁长与端板截面形式等特性,对节点进行参数化研究分析。(4)在组件法中计算抗弯组件刚度,引入无网格理论计算薄板弯曲理论中的平衡方程,从而计算板件挠度变形,使用Galerkin弱形式来构建边界条件,引入无网格形函数离散,求解薄板弯曲问题的偏微分方程解的近似值。对后续不同边界条件下板的弯曲刚度影响系数进行拟合,为节点抗弯组件刚度计算提供基础。(5)根据节点的传力机制,修正了初始转动刚度计算模型。对端板连接节点的各组件刚度计算进行了理论分析,其中采用薄板大挠度理论与无网格算法拟合边界条件的影响系数,从而对抗弯组件刚度计算方法进行改进;同时,在抗剪切组件刚度计算时,考虑柱腹板加劲肋对剪切的限制作用。通过试验与有限元结果验证理论的正确性。
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