鋼結(jié)構(gòu)半剛性連接體系理論分析及實驗研究.pdf

1、早期的多高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，為了能有效地抵抗結(jié)構(gòu)的側(cè)向荷載和降低結(jié)構(gòu)在側(cè)向荷載作用下所產(chǎn)生的水平位移，一般把梁柱連接設(shè)計成剛性連接。學(xué)術(shù)界和工程界也普遍認(rèn)為，梁柱的剛性連接具有較好的抗震性能，因此在工程中得到了廣泛應(yīng)用。但是，在1994年美國的北嶺（Northridge）和1995年日本的阪神大地震中，許多采用全焊接剛性連接的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點由于節(jié)點處焊縫應(yīng)力集中而明顯地遭到了嚴(yán)重的脆性破壞。這兩次地震引起了工程技術(shù)人員對連接形式的重新審視，

2、引起了人們對剛性連接這一傳統(tǒng)觀點的反思。從而，人們開始尋找和研究一種新型節(jié)點-梁柱半剛性節(jié)點，其基本思想是通過摩擦型高強螺栓以及連接件（角鋼、端板以及T型鋼等）把梁柱連接在一起。由已經(jīng)得到的研究成果可知，梁柱半剛性連接節(jié)點具有較強的耗能能力，抵抗相當(dāng)?shù)牡卣鸷奢d，能夠提供更多的屈服容量和延性容量，同時還能節(jié)省節(jié)點的用鋼量，這使得半剛性連接成為一種既經(jīng)濟又可靠的連接方式。
　　 雙腹板、頂?shù)捉卿撨B接以其具有明顯的非線性特征而被稱為典

3、型的半剛性連接形式，但由于其破壞的形式比較復(fù)雜，影響因素較多等原因在國內(nèi)外研究中觸及很少。本文對半剛性連接節(jié)點和具有半剛性連接的整體鋼框架進行了理論研究與實驗分析。
　　 連接節(jié)點是結(jié)構(gòu)的重要組成部分，連接的抗震性能也直接影響著結(jié)構(gòu)的抗震性能。節(jié)點抗震性能的研究是結(jié)構(gòu)抗震性能研究的前提，因此本文首先對半剛性連接節(jié)點進行了理論和實驗研究，主要完成了以下工作：
　　 1.綜述了半剛性連接的研究背景，介紹了國內(nèi)外的研究情況，在

4、總結(jié)和整理的基礎(chǔ)上，對半剛性連接進行了較為系統(tǒng)的分類和研究方法的探討，并針對雙腹板、頂?shù)捉卿摪雱傂赃B接這種特定的半剛性連接進行了較為深入的理論研究；
　　 2.在雙腹板、頂?shù)捉卿摪雱傂赃B接試驗研究分析的基礎(chǔ)上，利用有限元方法對一個該類型節(jié)點進行了單向荷載作用下的數(shù)值模擬分析，得到了節(jié)點在單向加載作用下的應(yīng)力變化及塑性區(qū)發(fā)生、發(fā)展直至破壞的整個過程；
　　 3.在雙腹板頂?shù)捉卿摪雱傂赃B接單向荷載數(shù)值模擬分析和節(jié)點單調(diào)加載試

5、驗的基礎(chǔ)上，通過對該類型不同尺寸的節(jié)點進行循環(huán)荷載作用下的數(shù)值模擬分析和試驗分析，得到了該類型節(jié)點在循環(huán)加載作用下的滯回曲線和剛度退化曲線，研究了該種連接的耗能性能和延性，初步建立起該種連接的滯回模型并確定了模型的參數(shù)，為研究半剛性連接鋼框架在地震荷載作用下的性能提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)。
　　 由上述得到的半剛性連接節(jié)點研究成果可知，該種連接具有良好的抗震性能。根據(jù)半剛性連接的性能，國內(nèi)外專家學(xué)者開始研究具有半剛性連接的整體框架的動

6、力性能，然而這方面的研究尚處于起始階段，沒有相對成熟的理論依據(jù)和實驗基礎(chǔ)。本文在參考國內(nèi)外大量相關(guān)文獻資料的基礎(chǔ)上，主要完成了下面的工作：
　　 1.采用擬動力實驗，研究了雙腹板、項底角鋼半剛性連接得整體框架結(jié)構(gòu)在擬動力試驗中各主要受力截面應(yīng)變響應(yīng)、層間剛度變化、框架的各層加速度響應(yīng)、各層位移反應(yīng)和基底剪力響應(yīng)；研究了不同節(jié)點剛度鋼框架，在不同地震荷載作用下的地震響應(yīng)，分析了節(jié)點剛度對結(jié)構(gòu)動力性能的影響。
　　 2.由虛

7、功原理和梁柱理論，推導(dǎo)出了半剛性連接桿單元的剛度矩陣，采用Reilay阻尼和Newmark數(shù)值積分法，使用Matlab軟件對具有半剛性連接的平面鋼框架結(jié)構(gòu)編制了彈性時程分析程序，并使用該程序進行了大量的計算，分別分析了連接的半剛性對無柱間支撐和有柱間支撐平面鋼框架結(jié)構(gòu)在地震荷載下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性。
　　 試驗和分析表明：半剛性連接具有穩(wěn)定的滯回性能和良好的耗能性。具有半剛性連接的整體鋼框架結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下具有良好的抗震性能。當(dāng)

8、框架采用半剛性節(jié)點時，盡管降低了框架的剛度和穩(wěn)定性，但其又具有較好的延性和耗能能力，不但可以增加結(jié)構(gòu)的阻尼，延長結(jié)構(gòu)周期，而且可以降低振幅，從而達到降低震害的目的。無柱間支撐鋼框架結(jié)構(gòu)對連接的半剛性性能非常敏感，在高層鋼框架結(jié)構(gòu)中不宜使用轉(zhuǎn)動剛度較小的半剛性連接形式。
　　 半剛性節(jié)點和半剛性整體鋼框架的抗震性能研究是工程界重點研究的課題之一，研究及應(yīng)用前景十分廣闊，可以為制定國家相關(guān)規(guī)范、指導(dǎo)工程設(shè)計和抗震減災(zāi)工作提供參考依據(jù)