剖分T型钢连接钢框架抗震性能试验研究

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梁柱连接是钢框架结构中最重要的部位之一,传统钢框架梁柱刚性连接在数次地震中出现了大量的脆性破坏,因此国内外很多专家开始对高强螺栓梁柱连接进行了深入研究。高强螺栓梁柱连接是通过高强螺栓利用顶底角钢、端板、剖分T型钢等连接件把梁柱连接在一起的新型连接形式,具有良好的承载能力和抗震性能,这类连接能传递一定的剪力和弯矩,称为半刚性连接,而剖分T型钢梁柱连接被认为是连接刚度较大的半刚性连接之一,具有很好的工程应用价值。本文在国家自然科学基金的资助下,研究了剖分T型钢梁柱连接在低周反复荷载作用下的滞回性能、耗能特性、破坏模式等,研究了剖分T型钢连接平面钢框架和空间钢框架在低周反复荷载作用下的滞回性能、耗能特性、屈曲机制及破坏模式,通过有限元模拟分析了T型钢连接平面钢框架的受力特性,最后对半刚性梁柱连接钢框架的受力情况进行了研究。主要研究结论如下:
  (1)通过柱端加载的方式进行了三个剖分T型钢梁柱连接低周反复荷载试验和有限元数值模拟,研究了节点形式及T型钢参数对节点性能的影响,结果表明:对于框架中节点来说,采用的剖分T型钢的尺寸越大,框架中节点的屈服位移、屈服荷载、最大荷载越大;对于采用同种型号的剖分T型钢的框架边节点和框架中节点来说,框架中节点的屈服位移、屈服荷载、最大荷载均大于框架梁柱边节点;剖分T型钢连接的节点最大应变均发生在T型件翼缘与腹板交界处,该处最先产生塑性铰。
  (2)通过对剖分T型钢连接的单榀两层平面钢框架进行低周反复荷载试验,发现:整个框架没有发生节点失效以及其他脆性断裂的情况,具有很好的变形耗能能力;框架的塑性铰最先出现在T型钢翼缘和腹板连接处;对于两层单榀平面框架来说,底层的耗能能力大于顶层的耗能能力。
  (3)对T型钢梁柱连接平面钢框架进行了有限元分析,得到了以下结论:增加T型钢翼缘厚度对框架承载力、侧向刚度的提高贡献有限,但可以增加钢框架的延性;轴向压力对框架承载力的影响较大,当考虑轴向压力作用后,承载力和侧向刚度明显下降,同时钢框架的延性也有所降低。
  (4)通过对剖分T型钢连接的两层单跨双榀空间钢框架进行低周反复加载试验,初步研究了此类连接钢框架的特性及破坏机制,表明该框架具有很好的抗震性能和耗能能力,填补了关于剖分T型钢半刚性连接空间钢框架拟静力试验的空白,为剖分T型钢梁柱连接在工程中的应用提供一定的理论依据。
  (5)系统总结了半刚性梁柱连接承载力计算的基本步骤,重点介绍了利用组件法确定T型钢梁柱连接进行承载力计算的基本步骤,并以极限承载力法为基础,建立半刚性连接钢框架二阶非弹性分析方法。
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