擴翼型節(jié)點鋼框架的抗震性能研究.pdf

1、在美國北嶺地震和日本阪神地震發(fā)生后，世界各國專家學(xué)者針對新型延性節(jié)點進行了大量的試驗研究及理論分析，但是研究只局限于梁柱節(jié)點的形式進行，針對采用新型節(jié)點的鋼框架的研究還沒有展開進行。本文結(jié)合目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，針對采用擴翼式節(jié)點的鋼框架展開了系統(tǒng)的試驗研究，并對多種不同節(jié)點構(gòu)造形式的鋼框架進行了ANSYS有限元理論分析。其中研究的擴翼型節(jié)點鋼框架的節(jié)點形式屬于新型延性節(jié)點的一種，是一種典型的將塑性鉸外移的節(jié)點。
　　本文針對擴翼

2、型節(jié)點鋼框架開展了擬靜力試驗研究和ANSYS有限元數(shù)值分析工作，主要內(nèi)容包括：
　　(1)設(shè)計并制作了一榀縮尺比例為1/2的兩層擴翼式節(jié)點鋼框架進行擬靜力試驗研究，在整個試驗加載過程中，鋼梁沒有發(fā)生整體屈曲；破壞時，一層梁下翼緣處有較大的塑性變形，塑性鉸中心在擴翼圓弧段末端附近形成，有效的達到塑性鉸外移的目的，避免發(fā)生梁的脆性斷裂。但是由于受到作動器出力范圍的限制，塑性鉸發(fā)展不徹底。通過分析鋼框架的滯回曲線、等效粘滯阻尼系數(shù)等力學(xué)

3、指標發(fā)現(xiàn)，本次試驗由于受到滑移特別是柱腳處滑移的影響，導(dǎo)致了滯回曲線呈反S型，降低了框架的耗能能力。
　　(2)按照擬靜力試驗框架試件尺寸制作相應(yīng)的ANSYS有限元模型進行對比分析。通過與有限元結(jié)果的對比，對試驗結(jié)果加以驗證，并指出試驗中存在的不足和缺陷。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，有限元模型在一層結(jié)構(gòu)梁擴翼處出現(xiàn)了塑性鉸，塑性鉸出現(xiàn)的位置與框架試驗相同，進一步證明了采用擴翼式節(jié)點的鋼框架可以有效的使塑性鉸遠離柱翼緣截面。從有限元的滯回性能

4、以及耗能能力來看，由于有限元計算忽略了螺栓與焊縫的影響，并消除了柱腳滑移等不利因素，模型滯回曲線呈飽滿的梭形，模型的耗能能力也較試驗框架有較大的提高。從有限元模型的應(yīng)力云圖可以看出，采用擴翼式節(jié)點的鋼框架由于梁翼緣局部加強，導(dǎo)致了框架節(jié)點域部位的應(yīng)力較大，應(yīng)引起重視。
　　(3)分別制作了全結(jié)構(gòu)與半結(jié)構(gòu)擴翼式節(jié)點框架有限元模型，對兩種模型的受力性能進行對比。對比結(jié)果表明半結(jié)構(gòu)框架模型由于在梁自由端施加了豎向約束，一定程度的降低了結(jié)

5、構(gòu)的承載力，但承載力降低程度較小，同時兩個有限元模型在滯回性能以及耗能能力上基本相同，說明半結(jié)構(gòu)框架模型也可以較好的模擬全結(jié)構(gòu)框架在低周反復(fù)荷載作用下的受力情況。而且半結(jié)構(gòu)框架模型可以有效的減少有限元計算量，相比全結(jié)構(gòu)框架模型而言，半結(jié)構(gòu)框架模型的計算精度大大增加，突出了節(jié)點形式對框架整體抗震性能的影響，有利于對不同構(gòu)造形式節(jié)點鋼框架進行對比分析。
　　(4)為了對比不同節(jié)點構(gòu)造形式鋼框架的整體抗震性能設(shè)計建立了DNT系列半結(jié)構(gòu)框

6、架有限元模型。同時針對節(jié)點域的不同加強措施，建立了DPZ系列半結(jié)構(gòu)框架有限元模型。其中DNT-1模型為普通節(jié)點鋼框架模型，DNT-2為擴翼式節(jié)點鋼框架模型，DNT-3為側(cè)板加強型節(jié)點鋼框架模型，DPZ-1為節(jié)點域加貼板框架模型，DPZ-2為節(jié)點域加橫板框架模型，DPZ-3為節(jié)點域加豎板框架模型。通過對DNT系列模型的破壞形態(tài)、滯回性能、承載能力等指標的對比發(fā)現(xiàn)，擴翼式節(jié)點鋼框架和側(cè)板加強型節(jié)點鋼框架的承載能力均有提高，且表現(xiàn)出了比普通節(jié)