钢框架梁柱铸钢件连接节点性能试验研究

论文摘要

钢框架结构是多层和高层建筑的主要结构体系之一。钢框架结构梁柱节点连接是实现结构强度与延性的关键,直接影响钢结构的安全性、可靠性、经济性、适用性等。在1994年Northridge和1995年阪神地震中,梁柱连接发生了大量的脆断现象,显示出设计者对于钢框架梁柱连接节点认识上的不足。为了避免人员伤亡和财产损失,研究新的、性能优良的节点连接方式,找出新型节点在循环荷载作用下的破坏机理,提出新的节点构造和抗震设计对策,具有重要的理论和实际意义。本文对一种新型钢框架梁柱连接节点形式——铸钢件连接节点进行了六组试验研究,包括三组静载试验和三组低周往复荷载试验。详细分析了节点的破坏机理、破坏模式、关键部位应力发展规律、弯矩—转角特性、滞回特性、极限承载力和初始转动刚度等,总结了铸钢件竖肢厚度和肋板厚度变化对节点性能的影响,探讨了铸钢件梁柱节点的延性,耗能以及强度退化等性能。最后本文采用简单塑性理论,给出了铸钢件连接节点塑性承载能力的计算公式。本文的研究结果表明:1)铸钢件连接的钢框架节点是一种典型的半刚性连接,这种连接具有良好的初始刚度和弯矩承载力,表现出较好的延性和耗能能力;2)铸钢件的几何尺寸是影响节点性能的主要因素;3)铸钢件能够通过自身屈曲变形来很好的发挥耗能作用,将铸钢件设计成一种耗能件是可行的;4)随着铸钢件竖肢厚度和肋板厚度增大,节点的刚度和承载力呈增大趋势,抗震性能也增强;5)根据试验中铸钢件破坏时的塑性铰分布规律、铸钢件实际受力状态和变形特征将铸钢件简化为刚架模型是合理的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 钢框架结构的半刚性连接
• 1.2.1 半刚性连接类型
• 1.2.2 半刚性连接特性
• 1.3 有关铸钢材料在建筑中的应用和研究情况
• 1.4 本文的研究工作
• 第2章 铸钢件连接节点试验概况
• 2.1 材性试验
• 2.1.1 梁柱钢板材性试验
• 2.1.2 铸钢材性试验
• 2.2 节点试验设计
• 2.2.1 试件设计和描述
• 2.2.2 试验方案的确定
• 2.2.3 试验装置
• 2.3 数据采集与测点布置
• 2.3.1 应变的采集
• 2.3.2 位移的采集
• 2.3.3 荷载的采集
• 2.3.4 加载方案和试验结束条件
• 2.4 试验过程和现象描述
• 2.4.1 试件BJ1
• 2.4.2 试件BW1
• 2.4.3 试件BJ2
• 2.4.4 试件BW2
• 2.4.5 试件BJ3
• 2.4.6 试件BW3
• 2.4.7 试件破坏模式分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 试验结果分析
• 3.1 单调静载试验关键部位应变分析
• 3.1.1 静载下梁的应变分析
• 3.1.2 静载下柱翼缘的应变分析
• 3.1.3 静载下柱腹板的应变分析
• 3.1.4 静载下铸钢件应变分析
• 3.1.5 静载下螺栓的应变分析
• 3.2 低周往复荷载作用下的关键部位应变分析
• 3.2.1 低周往复荷载下梁的应变分析
• 3.2.2 低周往复荷载下柱翼缘的应变分析
• 3.2.3 低周往复荷载下柱腹板的应变分析
• 3.2.4 低周往复荷载下铸钢件的应变分析
• 3.2.5 低周往复荷载下螺栓的应变分布
• 3.3 静载试验M-θ曲线分析
• 3.4 低周往复荷载试验滞回特性分析
• 3.4.1 滞回曲线分析
• 3.4.2 铸钢件连接节点的骨架曲线
• 3.4.3 耗能性能分析
• 3.4.4 刚度退化分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 铸钢件连接节点承载力研究
• 4.1 连接节点破坏形式
• 4.2 铸钢件连接梁柱节点的承载力计算
• 4.2.1 螺栓承载力计算
• 4.2.2 柱翼缘承载力计算
• 4.2.3 柱腹板承载力计算
• 4.2.4 梁受弯承载力计算
• 4.2.5 梁翼缘受压承载力计算
• 4.2.6 铸钢件承载力计算
• 4.3 铸钢件连接的半刚性梁柱节点承载力计算结果
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢