【摘要】：在鋼框架結(jié)構(gòu)中,柱腳節(jié)點的半剛性嚴(yán)重影響著上部結(jié)構(gòu)的受力特性。迄今為止對外露式四錨栓鋼柱腳節(jié)點弱軸方向的抗震性能和彎矩轉(zhuǎn)角關(guān)系研究相對較少,其中現(xiàn)有的公式和計算方法無法用于計算柱腳節(jié)點弱軸方向的抗彎承載力和初始轉(zhuǎn)動剛度。針對上述問題,本文基于試驗、有限元模擬和有限元概率設(shè)計的方法對外露式四錨栓鋼柱腳節(jié)點弱軸方向抗震性能和彎矩轉(zhuǎn)角關(guān)系進(jìn)行分析,主要進(jìn)行了以下工作:對3組四錨栓外露式四錨栓鋼柱腳節(jié)點進(jìn)行弱軸方向低周往復(fù)加載的擬靜力試驗,分析該柱腳節(jié)點的破壞模式、滯回曲線、骨架曲線、抗彎承載力、初始轉(zhuǎn)動剛度、延性性能和耗能能力。錨栓直徑較小時,錨栓被拉斷破壞;錨栓直徑較大時,鋼柱翼緣與底板連接處焊縫撕裂破壞。3個試件的滯回曲線都表現(xiàn)出較明顯的“捏縮”效應(yīng),抗震性能較差,但延性性能良好。基于校核的ABAQUS有限元模型,對柱腳節(jié)點進(jìn)行變參數(shù)分析,主要對以下參數(shù)進(jìn)行了分析:柱頂軸壓、錨栓距柱腹板邊緣的距離、錨栓距底板邊緣的距離、錨栓距翼緣邊緣的距離(同側(cè)錨栓之間的距離)、底板厚度、錨栓直徑。增大柱頂軸壓能顯著提升外露式四錨栓鋼柱腳節(jié)點弱軸方向的抗彎承載力和初始轉(zhuǎn)動剛度;增大錨栓距柱腹板邊緣的距離對節(jié)點抗彎承載力幾乎無影響,但能提升節(jié)點初始轉(zhuǎn)動剛度;改變錨栓距底板邊緣的距離對節(jié)點抗彎承載力和初始轉(zhuǎn)動剛度幾乎無影響;增大錨栓距翼緣邊緣的距離(減小同側(cè)錨栓之間的距離)對節(jié)點承載力影響較小,但會降低節(jié)點初始轉(zhuǎn)動剛度;增大底板厚度能較大地提升節(jié)點的抗彎承載力和初始轉(zhuǎn)動剛度;增大錨栓直徑能較大地提升節(jié)點的抗彎承載力,但會降低節(jié)點延性,使初始轉(zhuǎn)動剛度反而略為減小。分析重力二階效應(yīng)和砂漿層厚度對柱腳節(jié)點力學(xué)性能的影響。P-(35)效應(yīng)可通過處理數(shù)據(jù)時考慮附加彎矩消除影響;砂漿層厚度較薄時對節(jié)點力學(xué)性能幾乎無影響,但厚度較大時會降低節(jié)點抗彎承載力、初始轉(zhuǎn)動剛度和延性性能�；谟邢拊怕试O(shè)計的方法,提出柱腳節(jié)點抗彎承載力、初始轉(zhuǎn)動剛度的計算公式和彎矩轉(zhuǎn)角曲線模型。基于MATLAB和ANSYS的循環(huán)仿真分析,結(jié)合響應(yīng)面法得到柱腳節(jié)點初始轉(zhuǎn)動剛度和抗彎承載力公式的半解析解,結(jié)合節(jié)點的三參數(shù)模型,得到柱腳節(jié)點的彎矩轉(zhuǎn)角模型。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU352.11
【圖文】：

a) 外露式鉸接柱腳 b) 外露式剛接柱腳圖 1-1 外露式柱腳由于實際工程設(shè)計及計算中，不考慮外露式柱腳節(jié)點的半剛性，因此必然會造成與實際受力情況不符從而造成材料浪費甚至結(jié)構(gòu)偏于不安全的問題。我國的舊版《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）中對梁柱半剛性連接作了原則性規(guī)定（第 3.2.7 條，梁與柱的半剛性連接只具有有限的初始轉(zhuǎn)動剛度，在承受彎矩的同時會產(chǎn)生相應(yīng)的交角變化在內(nèi)力分析時，必須預(yù)先確定連接的彎矩-轉(zhuǎn)角特性曲線，以便考慮連接變形的影響[7]）。但新版《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2017）中將這條剔除，新增了一條規(guī)定（第 12.3.3條，梁柱采用剛性或半剛性節(jié)點時，節(jié)點應(yīng)進(jìn)行在彎矩和剪力作用下的強度驗算[8]）。新規(guī)范中針對半剛性節(jié)點的設(shè)計作了一些明確的規(guī)定，但是仍然缺少計算模型和方法，國內(nèi)其他規(guī)范也沒有柱腳節(jié)點半剛性計算模型及數(shù)值，造成工程中無法對柱腳節(jié)點的半剛性進(jìn)行設(shè)計和計算。綜上所述，非常有必要對外露式柱腳節(jié)點的半剛性進(jìn)行研究。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

a) 鋼板材性試樣 b) 錨栓材性試樣c) 鋼材拉伸試驗 d)混凝土立方抗壓試驗圖2-3 材性試驗按照《混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2002）[51]的規(guī)定，制作了 6個棱長為 150mm 的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，在與試件同等條件下養(yǎng)護(hù) 28d，進(jìn)行立方體抗壓強度試驗，見圖 2-3d)，混凝土材性試驗結(jié)果見表 2-4。

12a) 試驗裝置示意圖 b）試驗裝置現(xiàn)場圖圖2-4 試驗裝置2.1.5 加載制度本試驗首先用柱頂千斤頂施加軸壓，然后用 MTS 作動器進(jìn)行低周循環(huán)加載，加載方式為位移加載，加載方向為弱軸方向。本試驗加載制度參照美國規(guī)范 ANSI/AISC 341-10[53]，以安裝于加載點處的拉線位移計控制，加載制度如圖 2-5 所示，每一級荷載大小和循環(huán)次數(shù)見表 2-5。表2-5 加載制度荷載級別 位移幅值/mm 循環(huán)次數(shù) 層間位移角 θ/rad1 3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 王湛;潘建榮;鄭霖強;楊正挺;;帶懸臂梁段連接的梁柱節(jié)點初始轉(zhuǎn)動剛度研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報;2014年S1期

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1 王濤;端板連接彎矩—轉(zhuǎn)角關(guān)系及半剛性鋼框架抗震性能的研究[D];華南理工大學(xué);2013年

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2 王巖輝;外露式鑄鋼柱腳的性能研究[D];天津大學(xué);2012年

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4 申宇杰;平板柱腳對軸壓柱轉(zhuǎn)動約束的研究[D];西安建筑科技大學(xué);2011年

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本文編號：2793854