钢结构梁柱节点抗震性能研究设计建议

分类号：TU3学号：110814020609学位论文钢结构梁柱节点抗震性能研究及设计建议SeismicBehaviorAnalysisofSteelMomentConnectionsandDesignSuggestion刘金瑶指导老师姓名：阎兴华教授北京建筑工程学院张艳霞副教授北京建筑工程学院申请学位级别：硕士专业名称：结构工程论文提交日期：2008年12月论文答辩日期:2008年12月学位授予单位和日期：北京建筑工程学院答辩委员会主席：吴徽教授评阅人：吴徽教授张铜生教授2008年12月31日北京建筑工程学院硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日北京建筑工程学院硕士学位论文1摘要随着我们国家钢产量的迅猛增长和城市建设的快速发展，钢结构体系在建筑工程中的应用越来越广泛，而在多层和高层钢结构抗震设计中，梁柱刚性连接节点设计是一个非常重要的组成部分，因其设计得是否恰当将直接影响到结构承载力的安全性和可靠性。在1994年美国的北岭地震和1995年日本的阪神地震中出现了大量的钢结构节点的破坏，人们开始对工地焊接的钢框架刚性连接节点的抗震性能产生了怀疑，显示出人们对于钢框架栓焊混合刚性连接的受力性能、破坏机理的认识不足。我国地处环太平洋地震带和地中海-喜马拉雅地震带上，地震活动频繁。据统计，仅占全球陆地面积7%的中国，大陆地震却占全球的三分之一；全国60%的国土、50%的城市、67%的大城市位于烈度7度及以上烈度区内，可以说我国正面临着地震的全面威胁，随着钢结构日益广泛的应用,为了避免再次出现人员伤亡和财产损失，对钢结构梁柱节点抗震性能进行深入的研究已经迫在眉睫。本文是在国内外专家和学者研究的基础上，首先采用非线性有限元分析方法，采用ABAQUS模拟了在美国和台湾地区进行过试验研究的三种典型钢框架梁柱节点在单调荷载和循环荷载作用下的受力性能，并将有限元分析结果与既有试验结果进行了对比，验证了有限元程序计算的精确性和可靠性。本文对《多高层民用建筑钢结构节点构造详图》（01SG519）标准图集中推荐的扩翼狗骨型（工地焊缝）、扩翼狗骨型（工厂焊缝）和盖板加强狗骨型的三种箱柱-H钢梁节点进行了改进，并采用有限元软件对节点承载能力、塑性铰发展行为、关键部位的应力分布以及滞回性能等方面进行了研究，分析结果表明改进后的标准节点实现了塑性铰外移的目的，抗震性能较好。同时完成了结构试验模型的设计。针对在我国多层钢结构常见的H型柱-H型梁节点，采用了梁端梯形翼缘加宽和节点域加强的改进措施，进行了有限元分析和研究，同时完成了结构试验模型的设计。分析表明该节点实现了塑性铰外移的目的，抗震性能较好。北京建筑工程学院硕士学位论文2首次提出钢框架梁端加强-拼接板削弱型梁柱改进型节点，并对其进行了有限元分析和研究，同时完成了试验模型的设计。分析表明该新型节点也能实现塑性铰外移的目的，虽然承载力和延性与上述三种节点基本相同，但该节点具有施工方便，避开了工地焊缝，震后易修复和加固的优点，推荐工程应用该节点。本文在以上研究的基础上，提出了钢框架梁柱改进型节点的抗震设计建议，为编制相关规范提供参考，为实际工程应用提供依据。关键词：抗弯钢框架；梁柱改进型节点；扩翼狗骨型梁柱节点；盖板加强狗骨型梁柱节点；梁端梯形盖板加强梁柱节点；梁端-拼接板削弱型梁柱节点；抗震性能；有限元分析北京建筑工程学院硕士学位论文3AbstractWithourcountry'ssteeloutputgrowthfastlyandurban'sconstructiondevelopingrapidly,steelstructuresystemwaspopularapplicatedintheconstructionbuilding。Therigidbeam-columnconnectionsdesignedisaveryimportantcomponentintheseismicdesignofmulti-storeyandhigh-levelsteelstructures.Becausethisconnectiondesignhaveadirectimpactonthestructureofthebearingcapacityofthesecurityandreliability.Inthe1994Northbridgeand1995Kobeearthquakes,greatamountsofsteelmomentconnectionsweredamaged,thenpeoplehavethedoubtintheseismicperformanceofrigidbeam-columnconnectionswhichwereweldedintheconstructionsite,showingthatpeoplehasthelackofunderstandingfortheperformanceofSteelmomentframewithBolt-weldingmixedconnection,andthefailuremechanism,Ourcountryislocatedinthecircum-PacificseismicbeltandMediterranean-Himalayaearthquakebelt,theseismicactivityisfrequent.Accordingtostatistics,only7%ofthegloballandareaofChina,butthemainland'searthquakeaccountedforone-thirdoftheworld;and60%ofthenationalterritory,50%ofthecity,67%ofthecities,werelocatedintheintensityof7degreesandintensityovertheregion,sothereisnodoubleall-roundofChinaisfacingthethreatofearthquake,inordertoavoidcasualtiesandpropertylossesinfurther,andwiththesteelstructuresystemapplicatedmoreandmoreExtensive,thedeeplyresearchontheseismicbehaviorofsteelbeam-columnjointsmustbecarriedoutimmediately.Thisarticleisbaseonthedomesticandforeignexperts’sstudy.firstofall,Themodeofrigidbeam-columnconnectionsinsteelframewhichconsidernon-lineargeometry,nonlinearmaterialandcontactfactorsweresetupbasingonnon-linearfiniteelementmethod,ABAQUSsimulatedtheseismicperformanceofthreetypicalsteelbeam-columnjoints,whichhavebeentestedundercycleofloadandMonotonousloadintheUnitedStatesandTaiwan.Thentheresultoffiniteelementanalysisandtestwerecomparedeachother,verifyingthatcalculationusedbyfiniteelementmethodisveryaccurateandreliable.北京建筑工程学院硕士学位论文4ThisarticledevelopthesolderingprocessandtheholethicknessofthepartitionofthecolumninthreeHsteelboxcolumnnode,whichisextended-wingdog-bonetype(weldedinconstructionsite),extended-wingdog-bonetype(weldedinfactory)andcover-platestrengthendog-bonetypethatwererecommendedin“multi-high-levelcivilsteelstructurejointdetailed”(01SG519).Thenusingfiniteelementmethodsoftwaretostudyonthenodescarryingcapacity,thedevelopmentofplastichinge,akeypartofthestressdistributionaswellasthehystereticbehavior,Theresultsshowthatimprovedstandardsofthejointrealizethemovingthelocationofplastichingeoutsideandprovidethebetterseismicperformance.Atthesametime,optimizeddesignaboutthethreenodesanddesignofthetestmodelwascarriedout.Inaddition,thecommonHcolumn-Hbeam-nodeinthemulti-storeysteelstructureusesbeamtrapezoidalcovertostrengthenthecapability,anduseofmeasuresforimprovementandstrengtheningofthedomainnode,thenodeanalysisshowedthatitcanrealizerelocatingtheplastichingeanditbetterforseismicperformance.Inthispaper,forthefirsttimetobringuptheboxcolumn-WeakentheBeamtips-connectionplate-Hshapedsteelbeamjointandhavingthestudyonthenodescarryingcapacity,thedevelopmentofplastichinge,akeypartofthestressdistributionaswellasthehystereticbehavior,thentestmodelwasdesigned.Theanalysisshowedthatthenewjointalsocanachievethepurposeofmovingthelocationofplastichingeoutside.Althoughthisjoint’sthebearingcapacityandductilityisalmostsameasthethreenodes’,thisnodeisfacilitatetotheconstruction,andcanavoidtheweldsite,andEasytorehabilitationandreinforcementafterearthquake.Recommendedthenodefortheprojectapplication.Thisarticlebasedo