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摘要
钢框架中的梁柱节点是钢结构设计中的重要部位,不仅传递梁柱的剪力与弯矩,且在地震中通过塑性变形发挥耗散能量的作用。以往震害表明,传统梁柱焊接节点和栓焊节点容易在大震作用下发生脆性破坏,同时节点端部在地震中形成的塑性铰使节点难以修复和继续使用。本文结合塑性损伤控制和屈曲约束原理,提出了一种可更换屈曲约束耗能板的钢框架梁柱节点,并进行低周往复加载试验。通过试验与有限元分析,探究节点的力学性能以及震后修复的可行性,提出节点力学分析模型以及相关设计方法。(1)提出了新型节点的构造形式,并根据节点的传力和变形机理建立了节点的力学分析模型,在此基础上确定了节点初始转动刚度以及承载力计算方法,包括屈服承载力、极限承载力和极限转角。(2)根据节点力学分析模型提出了节点的设计方法,包括等刚度设计方法以及损伤控制设计方法,明确了“强柱弱梁—强梁弱耗能板—强连接弱耗能板”的损伤控制设计流程。(3)设计了1组可更换屈曲约束梁柱耗能节点和3组可更换耗能板试件,进行低周往复加载试验,通过观察节点的承载力变化、梁端的塑性发展以及耗能板的鼓曲变形,明确了节点的变形和耗能机理以及震后节点修复的可行性。(4)通过试验,对节点的滞回曲线、骨架曲线、能量耗散、等效粘滞阻尼比、有效刚度以及梁柱翼缘应变发展情况进行了深入分析,研究了两种螺栓预紧力施工工艺和两种耗能板削弱段的削弱方式对节点抗震性能的影响,验证了等刚度设计和损伤控制设计的有效性。(5)变化节点断口位置、悬臂梁扩翼缘方式、屈曲约束盖板、C形剪切板加劲肋、耗能板削弱方式以及耗能板削弱段跨厚比等参数,建立了10个有限元模型,对节点的应力应变分布、承载力以及初始转动刚度进行了对比分析,验证了初始转动刚度计算方法的有效性,对跨厚比限值给出了计算方法,为其在实际工程中应用给出了设计建议。
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