【摘 要】
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近年来,竖向连续倒塌破坏发生较多,而结构在抵抗连续倒塌破坏时必须拥有足够承载力、刚度和延性的节点。然而,迄今为止,国内外对既能提高初始刚度和承载力,又不降低其延性的钢节点研究较少。因此,为了满足钢节点对承载力、刚度和延性的抗倒塌需求,本文基于腹板双角钢节点,提出了螺柱加强和钢板加强的2种新型钢节点,并通过静力推覆试验和有限元分析,研究了文中基于新型钢节点子结构的抗连续倒塌性能,主要工作如下:(1)
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近年来,竖向连续倒塌破坏发生较多,而结构在抵抗连续倒塌破坏时必须拥有足够承载力、刚度和延性的节点。然而,迄今为止,国内外对既能提高初始刚度和承载力,又不降低其延性的钢节点研究较少。因此,为了满足钢节点对承载力、刚度和延性的抗倒塌需求,本文基于腹板双角钢节点,提出了螺柱加强和钢板加强的2种新型钢节点,并通过静力推覆试验和有限元分析,研究了文中基于新型钢节点子结构的抗连续倒塌性能,主要工作如下:(1)基于腹板双角钢节点,采用Q235和Q345钢材,设计制作了螺柱加强和钢板加强的2种新型钢节点子结构试验模型,采用静力推覆试验方法,进行了3个子结构模型的静力推覆试验,研究了上述子结构节点的变形和破坏特征,分析了其刚度、承载力、延性的差异,特别是初始刚度、梁中内力变化规律以及对子结构抗倒塌能力的影响。结果表明,文中提出的2种新型钢节点均改变了子结构的主要破坏特征,其初始刚度和极限承载力比腹板双角钢节点明显提高,且延性几乎不变,说明新型节点有效提高了子结构中柱失效时的抗倒塌性能。(2)采用ABAQUS有限元分析软件,采用精细化分析方法,建立了上述3个子结构试验模型的有限元计算模型,并通过有限元分析,研究了新型节点螺柱及连接件的受力和变形性能,分析了钢框架梁上翼缘螺栓孔的应力分布规律,探讨了相应子结构的承载力、刚度和延性等,建立了双线性节点弯矩-节点转角力学分析模型,并与试验结果进行了比较,两者吻合良好。(3)采用ABAQUS有限元软件,其中Hinge单元的本构模型定义为文中提出的节点弯矩-节点转角分析模型,分别建立了新型钢节点平面钢框架和腹板双角钢节点平面钢框架的有限元分析模型,采用ABAQUS/Explicit模块在失效柱处施加线性增长的竖向位移进行准静态分析,得出了2个平面钢框架模型的荷载-位移曲线,并与试验结果进行了比较,两者吻合较好。接着,采用ABAQUS/Explicit模块,分别移除框架底层中柱、内柱和边柱等,对上述模型进行了动力非线性有限元连续倒塌分析,根据框架变形、去柱端位移、梁柱节点转角时程曲线综合评价其抗连续倒塌性能。结果表明,新型钢节点框架比腹板双角钢节点框架具有更大的刚度和承载力,移除底层中柱和内柱时,新型钢节点钢框架失效位移和梁端转角均小于腹板双角钢节点的;移除底层边柱时,新型钢节点钢框架的失效时间亦大于腹板双角钢节点的失效时间,表明其具有更好的抗连续倒塌能力。
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