新型延性節(jié)點(diǎn)鋼框架抗震性能研究.pdf

1、鋼框架梁端翼緣削弱或加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)具有較好的延性和耗能能力，這已在大量鋼框架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)和有限元研究中得到證實(shí)，但僅針對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能的研究不能完全模擬整體框架結(jié)構(gòu)在地震荷載作用中的真實(shí)受力情況，特別是考慮結(jié)構(gòu)的空間協(xié)同效應(yīng)、桿端塑性鉸發(fā)展機(jī)制、P-Δ效應(yīng)以及次梁對(duì)主梁的約束作用等無法得到充分體現(xiàn)，所以針對(duì)鋼框架梁端翼緣削弱或加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)應(yīng)用于整體鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能需要開展進(jìn)一步深入研究。
　　本文按照相似理論和1∶3縮尺比例分別設(shè)計(jì)并制作

2、了2個(gè)大型梁柱延性節(jié)點(diǎn)空間鋼框架試件，試件為2層2榀1跨，梁柱節(jié)點(diǎn)形式分別為翼緣削弱型（RBF試件）和對(duì)稱腋板加強(qiáng)型（SHF試件），在青島理工大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了擬靜力加載試驗(yàn)研究，研究了空間鋼框架結(jié)構(gòu)試件的滯回性能、損傷退化、塑性鉸機(jī)制、延性、耗能及破壞機(jī)理等抗震性能，并與ANSYS有限元數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和試驗(yàn)裝置的可靠性，并結(jié)合試驗(yàn)裝置和加載特征，研究了P-Δ效應(yīng)對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。
　　

3、試驗(yàn)研究結(jié)果表明:RBF試件的8個(gè)節(jié)點(diǎn)均在主梁翼緣削弱區(qū)域出現(xiàn)明顯的塑性變形，SHF試件的8個(gè)節(jié)點(diǎn)在主梁距腋板末端0.5倍梁高處出現(xiàn)塑性鉸，達(dá)到了試驗(yàn)的預(yù)期目的。RBF和SHF鋼框架試件的延性系數(shù)在0.34～0.41之間，表明兩個(gè)鋼框架試件均具有良好的塑性和耗能能力，兩個(gè)鋼框架試件的層間轉(zhuǎn)角介于0.04rad～0.06rad，滿足框架最小層間位移角0.04rad的設(shè)計(jì)要求，表明鋼框架結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的塑性變形能力，空間鋼框架試件采用新型節(jié)點(diǎn)

4、后均實(shí)現(xiàn)了塑性鉸外移的設(shè)計(jì)目的，達(dá)到了有效保護(hù)梁柱節(jié)點(diǎn)連接焊縫的作用。
　　試驗(yàn)與ANSYS有限元分析結(jié)果表明:受試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)測(cè)量誤差以及有限元建模的理想化等因素影響，滯回曲線、骨架曲線、耗能能力曲線、剛度退化和承載力退化曲線在結(jié)構(gòu)彈性階段差距比較明顯，進(jìn)入塑性階段后較為接近，總體發(fā)展規(guī)律基本一致;尤其在結(jié)構(gòu)破壞階段，塑性鉸出現(xiàn)的位置和變形基本完全一致。
　　以RBF鋼框架試件為例，對(duì)應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)力、應(yīng)變儀測(cè)試數(shù)據(jù)與有限

5、元研究結(jié)果，對(duì)比研究了RBF鋼框架試件8個(gè)節(jié)點(diǎn)在彈性階段內(nèi)力的發(fā)展變化和每個(gè)節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵路徑的應(yīng)力應(yīng)變發(fā)展過程。研究表明，隨著加載，翼緣圓弧削弱中心處的應(yīng)力增長(zhǎng)迅速，焊縫處應(yīng)力增長(zhǎng)緩慢，前者應(yīng)力水平逐漸超過后者，說明翼緣圓弧削弱可以有效保護(hù)梁端焊縫，避免梁端焊縫處出現(xiàn)脆性破壞。試驗(yàn)和ANSYS研究對(duì)比驗(yàn)證了梁端翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)在空間鋼框架中依然表現(xiàn)出優(yōu)越的塑性鉸外移特性，同時(shí)說明翼緣削弱型節(jié)點(diǎn)在鋼框架空間協(xié)同作用、P-Δ效應(yīng)作用、內(nèi)力重分布等

6、因素的綜合作用下依然能夠表現(xiàn)出優(yōu)越的抗震耗能性能。
　　通過建立普通節(jié)點(diǎn)空間鋼框架(OSF)有限元模型，并與RBF和SHF鋼框架模型采用相同的加載制度再次進(jìn)行ANSYS有限元數(shù)值模擬并進(jìn)行深入對(duì)比分析，研究結(jié)果表明:OSF空間鋼框架模型塑性變形均產(chǎn)生在柱與梁翼緣連接焊縫處，出現(xiàn)了明顯的脆性破壞。SHF鋼框架模型的屈服荷載和極限荷載最大，OSF鋼框架模型次之，RBF鋼框架模型最小。RBF鋼框架模型延性系數(shù)最大，SHF鋼框架模型次之，

7、OSF鋼框架模型最小，說明新型延性節(jié)點(diǎn)提高了鋼框架的延性;尤其是RBF鋼框架模型的延性性能提高較大，SHF鋼框架模型由于對(duì)稱腋板提高了初始剛度而導(dǎo)致其延性能力提高幅度不大。
　　結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)方案及加載條件，研究了P-Δ效應(yīng)對(duì)鋼框架抗震性能的影響。利用ANSYS有限元軟件對(duì)RBF鋼框架和SHF鋼框架分別建立三種工況下的模型進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果顯示:P-Δ效應(yīng)使鋼框架出現(xiàn)較大的承載力退化，RBF鋼框架承載力分別降低了21.8％