[00118540]空间半刚性连接钢框架拟动力试验研究及应用

梁柱的连接节点是钢框架中受力最复杂也是最薄弱的部位,对其的合理设计是保证结构安全的重要一环。美国Northbridge地震、日本的阪神地震的震害表明焊接刚性节点因延性较差而发生了严重的脆性破坏,而力学性能介于理想刚接和理想铰接之间、以螺栓连接的半刚性连接节点表现出良好的延性与耗能性能,从而在很大程度上降低了震害。 半刚性连接钢框架由于其梁柱连接不需要现场施焊,施工简单,施工质量容易保证,有研究表明半刚性节点框架能节省10～15%钢材,经济效益显著,同时由于其具有卓越的抗震性能,对防灾减灾方面具有明显的社会效益。 对于半刚性连接整体框架下的抗震性能研究现在基本上处于起步阶段,在半刚性连接钢框架的设计方面,一些先进国家的规范中己经增加了这方面的内容,如欧洲规范EUROCODE3（1992）和美国规范AISC一LRFD（1999）,但其中只给出了框架在静力荷载作用下的一些规定和建议,而没有涉及到半刚性钢框架在动力荷载作用下的问题。 我国现行《钢结构设计规范》（50017-2003）把框架分成无支撑纯框架、强支撑框架、弱支撑框架三类,并提到了半刚性连接的概念,但从未提及如何在设计中考虑其影响,可以说在这方面还是一片空白。在《建筑抗震设计规范》（GB500l7－2011）中,也只是简单地要求在抗震设计中考虑节点的柔性的影响。因此,建立符合现代结构设计要求的半刚性连接钢框架结构分析理论和设计方法,仍是当前的一个重要课题。而根据我国国情、设计规范和国产型钢特点,进行包括连接性能在内的半刚性连接钢框架结构理论分析和设计方法的深入研究,还需要做大量的工作。 在工程实践方面,国外已经有一些半刚性钢框架的工程,但由于对半刚性连接钢框架的研究还不够深入和完善,工程数量和所建的层数都很有限,而国内在这方面几乎是空白。因此,对半刚性钢框架在动力荷载作用下性能的研究无论在国内还是在国外工程研究领域具有很高的研究价值,而且也符合目前钢结构发展的迫切需要。 本课题针对的是采用剖分T型钢半刚性连接节点的空间钢框架在地震荷载作用下动力性能的研究,该项目无论在国内还是国外都有很强的前瞻性,而且该课题的研究将为以后我国钢结构设计规范的修订提供具有参考价值的理论依据及实验资料。 本项目以采用剖分T型钢连接件做为钢梁柱连接节点的空间钢框架为研究对象。制作一缩尺比例为 1：2 的两层单跨的钢框架,梁柱节点采用剖分T 型钢半刚性连接：该类连接由上、下翼缘处的两个短 T 型钢用螺栓与梁和柱相连接。试验采用电液伺服系统拟动力试验装置对试件进行拟动力加载。 试验采用两自由度体系模拟地震力的拟动力试验加载方法,选择EI－CONTRO波地震加速度时程曲线模拟外部地震,设置70gal、140gal、220gal三种不同最大地震加速度作用,研究空间钢框架在无上部轴压和施加上部轴压两种工况下的地震动力反应。通过试验,获得空间钢结构的层间剪力－水平位移曲线图、试体各质点的水平位移时程曲线图和恢复力位移曲线图等试验数据。 通过对两层单跨平面T型钢连接钢框架进行了拟动力试验研究,分析了半刚性连接钢框架在地震荷载作用下的动力反应和受力性能,了解了不同工况下分析节点域应力发展、柱腹板加劲肋、剖分T型钢应力发展等,得到了底层力-位移滞回曲线以及钢框架的耗能特性,从而得到一些有益结果,为T型钢在工程中的应用和规范的修订提供参考。