设置垫板的钢结构梁-柱T形件连接节点受力性能分析

作     者：喻露 

作者单位：福州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴兆旗

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：梁-柱连接 T形件连接 有限元 垫板 初始转动刚度 极限承载力 

摘      要：梁、柱之间的连接节点是钢框架结构中的关键部位,传统T形件连接节点的设计思想是在框架梁中形成塑性铰,以此消耗能量,但节点破坏后修复非常困难,且成本较高。为此研究者提出了设置垫板的梁-柱T形件连接节点,该节点是一种新型节点,其主要特点是：将与梁下翼缘相连的T形件作为耗能元件,在T形件翼缘和柱之间设置垫板,使T形件翼缘能向正反两个方向发生弯矩屈服。梁上翼缘作为转动中心不发生较大位移从而保护主体结构不发生破坏,耗能元件位于梁下翼缘,易于更换,便于修复。本文主要研究设置垫板的T形件连接节点在单向和循环加载下的力学性能,主要工作和成果如下：(1)采用有限元软件ABAQUS对相似T形件连接和设置垫板的T形件连接节点进行数值模拟,并与试验结果对比,证明了有限元模型的有效性及适用性,并探讨了此新型连接节点的破坏模式,关键部位的应力分布和发展规律。分析结果表明,设置垫板的下T形件受拉时,节点在下T形件翼缘根部和螺栓中心线处形成塑性铰;受压时,节点在下T形件翼缘根部和垫板边缘处形成塑性铰。破坏时,最大受力和变形均发生在下T形件翼缘根部,其他构件受力相对较小,能保证节点以梁上翼缘为转动中心从而保护主体结构不至破坏。(2)采用ABAQUS软件分析了16个系列共40个设置垫板的T形件连接节点试件的静力性能及滞回性能,研究了各几何参数和物理参数对此新型节点力学性能的影响。计算结果表明：下T形件翼缘厚度、钢梁截面高度和下T形件翼缘上螺栓的竖向间距对设置垫板的梁柱节点初始刚度和承载力影响显著;垫板宽度仅影响此新型连接节点的负向受力性能;上T形件翼缘厚度、钢梁和钢柱翼缘及腹板厚度、螺栓预紧力及直径、摩擦系数等其他因素对设置垫板的新型连接节点的力学性能影响较小。(3)采用组件法,综合考虑了T形件变形(包括T形件翼缘受弯、螺栓受拉、T形件腹板拉伸)、柱腹板变形和柱翼缘变形,提出了适用于此新型梁柱连接节点初始转动刚度的理论计算模型。通过算例验证,证明了该模型的可靠性。最后,对设置垫板的梁-柱T形件连接节点的设计提出了相关建议。