【摘 要】
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1994年美国北岭地震、1995年日本阪神地震的灾害调查发现传统抗弯钢框架结构的梁柱连接节点出现了大量的脆性破坏,导致具有良好延性行为的抗弯钢框架结构变形能力未能得到充分发挥,结构整体抗震性能较差.因此,梁柱连接节点性能的优劣成为决定抗弯钢框架结构抗震性能好坏的关键因素.为适应公共建筑跨度大的特点,国内外一些大型公共建筑(如医院、商场、体育场馆等)逐渐采用特殊桁架式钢框架结构(简称STMF).STMF结构具有抗侧刚度大、水平承载力高、耗能性能优良等优点,具有广阔的应用前景.但钢桁架与钢柱之间的连接节点易于
【机 构】
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苏州科技大学土木工程学院,江苏苏州 215011
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1994年美国北岭地震、1995年日本阪神地震的灾害调查发现传统抗弯钢框架结构的梁柱连接节点出现了大量的脆性破坏,导致具有良好延性行为的抗弯钢框架结构变形能力未能得到充分发挥,结构整体抗震性能较差.因此,梁柱连接节点性能的优劣成为决定抗弯钢框架结构抗震性能好坏的关键因素.为适应公共建筑跨度大的特点,国内外一些大型公共建筑(如医院、商场、体育场馆等)逐渐采用特殊桁架式钢框架结构(简称STMF).STMF结构具有抗侧刚度大、水平承载力高、耗能性能优良等优点,具有广阔的应用前景.但钢桁架与钢柱之间的连接节点易于断裂,特别是腹杆、弦杆与钢柱的连接焊缝处极易脆断,导致STMF结构的延性及变形能力较差.目前,国内外学者对STMF连接节点的研究仍相对较少,不利于STMF结构的工程推广应用.为明晰STMF连接节点的滞回性能,以STMF结构的边柱节点作为研究对象,通过有限元方法分析了STMF连接节点的受力特征,明晰了相关设计参数对其滞回性能的影响,为其工程应用提供参考.首先,设计了STMF连接节点的BASE试件,利用CAD程序建立其三维几何模型,使用Hypermesh程序对其进行了网格划分,采用ABAQUS程序建立了微观有限元模型并进行了滞回性能分析.其次,在BASE试件的基础上,衍生设计了3个系列STMF连接节点,重点考察了弦杆截面、桁架高度、端斜腹杆截面等主要因素对其滞回性能、抗弯承载力、变形能力、屈服模式、应力分布的影响.分析发现:STMF连接节点中桁架下弦杆的Mises应力水平相对较高,端节间的下弦杆在弹塑性阶段易出现整体失稳,加载后期还会出现局部失稳;随着弦杆截面的增加,STMF连接节点的抗弯承载力、初始转动刚度、耗能能力均呈增大趋势,但对STMF连接节点滞回曲线的形状影响较小;随着桁架高度的增加,STMF连接节点的抗弯承载力、初始转动刚度均呈显著增加趋势,其耗能能力略呈增大趋势但破坏模式并未显著改变;在桁架端部斜腹杆未屈曲的前提下,改变端斜腹杆截面对STMF连接节点的滞回性能、抗弯承载力、节点转动刚度、耗能能力影响不明显,其受力模式和应力分布并未发生显著改变.
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