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钢框架梁柱端板连接在循环荷载作用下的破坏机理及抗震设计对策

郭兵

  传统观点认为,梁柱焊接刚性连接具有较好的抗震性能,因此在工程中得到了广泛地应用,但1994年的Northrige地震和1995年的阪神地震改变了这种传统观点,这两次地震也引起了工程技术人员对端板连接的再审视。端板连接是一种具有一定柔性的连接形式,当框架结构采用这种节点时,可以增加结构的阻尼,延长结构自振周期,减小震幅,从而降低震害,是抗震的理想选择之一。由于端板连接的研究资料相对较少,人们对其受力性能和破坏机理的认识还远远不足,为了避免和减小地震灾害,分析梁柱端板连接在循环荷载作用下的破坏机理并提出抗震设计对策和建议,具有重要的理论和工程意义。为了分析端板连接的滞回性能并验证理论分析的可靠性,本文进行了8个端板连接试件的循环加载试验。试验共分3部分:钢板单向拉伸试验;连接抗滑移系数试验和端板连接循环加载试验。在循环加载试验中首次综合探讨了柱轴力大小、加劲肋构造措施等对连接性能的影响。试验结果表明端板连接具有良好的滞回性能,端板厚度、节点域柱腹板厚度以及加劲肋构造是影响连接性能的主要因素。对于端板连接的理论分析,目前国内外的研究主要局限在单向加载有限元分析范畴,本文首次采用三维非线性(包括材料、几何与状态非线性)有限元对端板连接进行了循环加载分析,端板与柱翼缘间、螺栓头(帽)与相邻板件间、螺栓杆与孔壁间都设置了反映边界状态的接触单元。在将有限元计算结果与试验结果对比验证后,本文系统地分析了10个系列共50多个有限元试件。主要研究了端板尺寸,柱的轴压比,强柱系数,梁端剪力,柱翼缘和腹板尺寸、宽厚比,螺栓的级别、大小、数量、预拉力和排列方式,连接抗滑移系数,端板加劲肋以及柱腹板加劲肋,材性,梁柱截面尺寸效应等对连接滞回性能的影响。最后依据试验和理论分析结果系统地提出了钢框架梁柱端板连接的抗震设计对策和建议,弥补了国内相关领域的空白。节点抗震性能研究是结构工程界重点研究的课题之一,研究及应用前景十分广阔。本文系统、全面地分析了端板连接在循环荷载作用下的破坏机理,为修订国家相关规范、指导工程设计和抗震减灾工作提供了参考依据,也为进一步研究采用端板连接的整体框架结构在地震作用下的反应奠定了基础。……   
[关键词]:钢框架梁柱端板连接;循环荷载;滞回性能;抗震设计;非线性有限单元法
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西安建筑科技大学2002年
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