外露式钢柱脚抗震性能试验研究与整体钢框架抗震性能分析

作     者：刘浩 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔瑶

授予年度：2017年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 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：外露式钢柱脚 承载力 刚度 恢复力特性 抗倒塌 

摘      要：钢结构具有强度高、自重轻、优良的塑性和韧性以及承受动荷载的性能好等优势,近几年来广泛的应用于民用和工业建筑中。而在钢结构中柱脚作为连接上部主体结构与基础的重要节点,其力学性能直接影响上部主体结构的受力性能。钢柱脚中外露式钢柱脚因其构造简单、施工方便,广泛应用于中低层钢结构建筑。工程中外露式钢柱脚一般设计为刚接或者铰接,而研究表明外露式钢柱脚的力学性能介于刚接与铰接之间,即具有半刚性。为了研究外露式钢柱脚真实的力学性能,本文采用拟静力加载试验,研究大变形下钢柱脚的受力行为,并从承载力、刚度、延性、耗能等方面讨论锚栓材料、数量、排列方式以及轴压比等因素对柱脚受力行为的影响。通过试验结果和理论分析进而给出外露式钢柱脚承载力和刚度公式以及恢复力模型。通过建立4层4跨的整体钢结构框架模型,进行动力非线性分析,分别从地震易损性以及倒塌储备系数两个方面考察钢柱宽厚比、柱脚刚度以及破坏模式等因素对整体框架抗震性能的影响。研究考虑柱脚半刚性与传统刚接柱脚在对整体框架抗震性能上的差异,进而在柱脚抗震分析上给出相应的参考。由拟静力试验与整体框架模拟分析得到的主要结论有:(1)柱脚采用6锚栓布置比4锚栓布置抗弯承载力提高10%-20%;增加锚栓数量在大变形下耗能量提高10%-20%;增加锚栓数量提高柱脚初始刚度20%左右;增加锚栓对于柱脚延性有一定的提升。采用热轧锚栓柱脚延性较好,延性系数大于4;使用冷拔锚栓会大大减小柱脚的延性,破坏发生突然,延性系数为2.42,对抗震不利。(2)当柱脚处于压弯状态时,滞回曲线为“旗帜型,有明显的捏拢效应,大变形下底板砂浆层压碎;当柱脚处于拉弯状态时,滞回曲线为“梭型,底板与砂浆层完全分离,锚栓拉断破坏。(3)钢框架破坏模式由柱脚控制时可以减小钢柱的损伤,可以降低对钢柱宽厚比的要求;钢框架破坏模式由钢柱破坏控制时,整体抗震性能主要与钢柱宽厚比有关,钢柱宽厚比较大时,降低柱脚刚度可以减小刚柱损伤,提高结构抗震性能。