钢框架加腋节点的力学性能研究-结构工程专业论文.docxVIP

3．3．5 本文应力分析中采用的指标35 3．3．6 材料参数的设定37 3．4 本文所采用的有限元模型38 3．5 节点的应力分布40 3．6 加腋节点的应力分析42 第四章 加腋作用的理论分析 47 4．1 加腋节点的简化计算模型47 4．2 加腋作用的分析52 4．2．1 加腋梁段的受力简图52 4．2．2 力在加腋梁段的作用分析52 4．2．3 腋的作用机理和塑性铰外移的条件54 4．3 算例：58 第五章“强柱弱梁”对加腋的构造要求 59 5．1 分析模型59 5．2 基于弯矩的讨论59 5．3 基于应力的分析60 5．4 综述61 第六章 结论与展望 63 参考文献 65 致 谢 69 在读期间取得的科研成果 71  第一章 绪论 1．1 问题的提出 1．1．1 多高层钢框架的梁-柱刚性节点 钢结构较之于使用其他材料的结构具有优越的抗震性能，举例来说，相对 于钢材，混凝土的抗拉和抗剪强度均较低，延性也差，且混凝土构件开裂之后 的承载力和变形能力将迅速降低;而钢材基本上属各向同性材料，抗压、抗拉和 抗剪强度均很高，重要的是，钢结构具有良好的延性，能减弱地震反应，属于 较理想的弹塑性结构，具有抵抗强烈地震的变形能力[1]。目前在国内外众多的 多、高层钢结构中，使用较多的结构体系为钢框架结构或包括钢框架的混合结 构。钢框架结构一直以来被认为是理想的抗震结构体系，从 20 世纪 70 年代开 始，钢框架结构在国际工程界，特别是美国和日本等地震多发区域，得到了广 泛的应用[2]。 钢框架结构的梁-柱连接多按刚性连接设计，主梁与柱的刚性连接是指具有 足够刚度，能使所连接的构件间夹角在达到承载能力之前实际不变的接头，其 连接强度应不低于被连接构件的屈服强度[1]。目前凡抵抗侧力的框架和梁-柱的 抗弯连接，均采用刚接方案。梁-柱刚性连接的主要构造形式有以下三种:(1)全 焊节点，即梁的上下翼缘用全熔透坡口对接焊缝，腹板用角焊缝与柱翼缘连 接;(2)全栓接节点，梁的翼缘和腹板通过“T”型连接件使用高强度螺栓与柱翼 缘连接;(3)栓焊混合节点，即梁的上下翼缘通过全熔透坡口对接焊缝与柱翼缘， 梁腹板使用高强度螺栓与预先焊在柱翼缘上的剪切板相连接。全焊节点适用于 工厂连接，不适用于工地连接，而全栓接节点的费用太高，栓焊混合节点在多 高层建筑钢结构中成为典型的梁-柱刚性节点形式。 一大批于 20 世纪 70-80 年代完成的节点和框架试验为美、日等国的规范采 用栓焊混合节点提供了依据。Beedle 等(1973) [3] , Parffit 和 Chen (1976) [4]、Chen 和 Patel (1981 ) [5]在 Leigh University 完成了对一系列刚性节点的单向静载试验， Popov 和 Pinkey (1969) [6] , Popov 和 Stephen(1970) [7], Popov 和 Bertero(1973) [8] 1 2 在加州大学伯克利分校(UCB)以及 Carpenter 和 Lu ( 1973 ) [9]在 LeighUniversitv 进行了低周反复加载试验，在这些试验中多数试件设计为栓焊混合节点。大多 数试验取得了较满意的结果，相当多的试件在荷载作用下发展了大于 0.040rad 的总节点转角，节点在试验中所表现出的两种主要破坏形式为梁翼缘的屈曲和 梁翼缘在临近对接焊缝的区域发生断裂或这两种破坏同时发生。而这些试验的 局限性主要在于试件梁的尺寸相对较小(典型的梁为 W18×50，最大的梁为 W24 X×76) , Leigh University 的试件的板域强度相对较弱，而在 UCB 的试验中，试 件柱的一个翼缘与反力架通过多个螺栓紧密连接，使节点板域得到大幅增强。 Popov 和 Stephen ( 1970) [7]所进行的低周反复试验显示梁腹板和柱翼缘焊接的 全焊节点与栓焊混合节点二者受力性能之间的差别很小。在 Popov 和 Bertero( 1973 ) [8] 的节点试验中，其中的一个节点试件只在梁翼缘与柱翼缘之 间用对接焊缝进行了连接，而梁腹板与柱翼缘之间没有任何形式的连接，试验 结果表明此节点的承载力仍然超过了按简单梁理论计算的最大塑性承载 力;Carpenter 和 Lu( 1970) [9]在试件的总节点转角达到 0.040rad 后，将梁腹板与 柱翼缘的连接人为断开，在随后的继续加载过程中，梁翼缘业已发生的屈曲并 未因此而有明显的改变。上述 2 个试验鲜明地表征了栓焊混合节点的受力机理， 表明栓焊混合节点的受力性能可以达到全焊接节点的要求，有力支持了栓焊混 合节点作为刚性连接的应用。此后陆续进行了一些关于节点板域和腹板附加焊 缝的试