鋼框架梁柱腹板連接在循環(huán)荷載作用下的滯回性能及抗震設(shè)計(jì)對(duì)策.pdf

1、在Northridge和阪神地震中鋼結(jié)構(gòu)框架梁柱連接發(fā)生了大量破壞，此后世界范圍內(nèi)對(duì)梁柱連接的受力性能展開了廣泛研究，但對(duì)鋼框架梁柱腹板連接抗震性能的研究甚少。鋼結(jié)構(gòu)框架一般縱橫兩個(gè)方向均為框架，梁柱腹板連接非常普遍，構(gòu)造和受力性能與翼緣連接不同，而且理論分析和設(shè)計(jì)更為困難，研究鋼框架梁柱腹板連接在循環(huán)荷載作用下的受力性能和破壞機(jī)理并提出抗震設(shè)計(jì)對(duì)策，具有重要的理論意義和重大的工程應(yīng)用價(jià)值。 本文考慮大變形、大應(yīng)變、螺栓預(yù)拉力及

2、螺栓處的接觸滑移、材料的強(qiáng)化和軟化，采用Mises屈服準(zhǔn)則、雙重非線性空間單元，建立的非線性有限元模型能夠比較精確地模擬梁柱腹板連接在循環(huán)荷載作用下的受力性能。在用本文確立的材料、幾何和狀態(tài)三重非線性有限元方法計(jì)算的結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證后，對(duì)18個(gè)系列59個(gè)梁柱腹板連接試件在單調(diào)荷載作用下的受力性能和循環(huán)荷載作用下的滯回性能進(jìn)行了非線性有限元模擬和分析研究，這在國(guó)內(nèi)外尚屬首次。從滯回曲線可知，大多數(shù)試件的塑性轉(zhuǎn)角在0.024～0.028r

3、ad之間。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)梁柱腹板連接的應(yīng)力分布、對(duì)接焊縫在循環(huán)荷載作用下的破壞機(jī)理進(jìn)行了分析研究，表明：梁翼緣對(duì)接焊縫在強(qiáng)震中脆斷的根本原因是兩端存在著嚴(yán)重的應(yīng)力集中且在大位移下處于三向同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)；剪切板邊緣處的梁截面是受連接影響最大且是梁受力最大的截面；由于梁腹板切角造成幾何外形不連續(xù)等因素使得連接附近梁截面應(yīng)力分布與經(jīng)典梁理論誤差較大，剪切板和連接附近梁腹板上的剪應(yīng)力沿高度呈反向拋物線分布，兩端存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中且處于復(fù)雜應(yīng)力狀

4、態(tài)。本文系統(tǒng)地研究了柱翼緣厚度、柱翼緣寬度、梁截面高度、梁翼緣厚度、柱軸向壓力、高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力、梁的跨度、鋼材的屈服強(qiáng)度、焊縫的屈服強(qiáng)度、梁翼緣連接板的厚度和伸出長(zhǎng)度、柱設(shè)置加勁板肋的情況、焊接襯板的處理方法等參數(shù)的變化對(duì)梁柱腹板連接受力性能影響，并對(duì)中間節(jié)點(diǎn)、弱梁連接進(jìn)行了計(jì)算和分析，得到了一系列重要結(jié)論，給出了剪切板的強(qiáng)度計(jì)算公式、柱軸壓比與連接承載力的關(guān)系式等，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外在這個(gè)領(lǐng)域研究的空白。根據(jù)研究結(jié)果，提出了改善鋼框架梁柱