节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的受力性能和设计方法研究

In order to explore I-section column weak axis connections of high ductility, joint region can strengthen, this project proposed a box strengthen-joint region connection of I-section column for weak axis, and carried out systematic experimental study and theoretical analysis. Through the full scale monotonic loading test and numerical analysis, clear comprehensive classification of the new connection, joint region strengthening effect and floor combination effect on the influence of the connection classification; through full scale cyclic load test and systematic numerical simulation analysis, comprehensive consideration of joint region volume, column axial compression ratio, strong-axis beam bending moment, floor combined effects, steel models and so on more than ten kinds of parameters, studied hysteretic performance of the connections when various parameters change, reveal the failure mechanism of the connection and the effect of various design parameters on the connection strength, stiffness, ductility, hysteretic performance degradation, then proposed seismic design method. Explore by adjusting the thickness and height of stiffening plate, skin plate and other structural measures, adjust the mechanical properties of the node domain and beam butt weld stress distribution along the beam width direction, proposed the construction measures of preventing the connection brittle fracture and improving the ductility of nodes, and proposed the construction suggestion of various improvements on the connection ductility. The research is the improvement and development of the existing steel frame I-section column weak axis connections theory, and can provide the basis for the development and refinement of the relevant technical standards, and can be directly used to solve engineering applications.

为探索高延性、强节点域的新型工字形柱弱轴连接，项目提出了一种节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接节点，对其开展系统的试验研究和理论分析。通过足尺单调荷载试验和数值分析，明确新型连接的综合分类、节点域加强效果和楼板组合效应对连接分类的影响；通过足尺循环荷载试验和系统的数值模拟分析，综合考虑节点域体积、柱轴压比、强轴梁端弯矩、楼板组合效应、钢号等十余种参数，研究各种参数变化时连接的滞回性能，揭示连接的破坏机理和各种设计参数对连接强度、刚度、延性、滞回性能的影响，提出抗震设计方法。探讨通过调整加劲板、蒙皮板厚度、高度等构造措施，达到连接刚度和延性的良好匹配，调整梁对接焊缝沿梁宽度方向的应力分布，提出防止脆断和提高节点延性的构造措施，以及对各种改进连接延性的构造建议。研究成果是对现有钢框架结构中工字形柱弱轴连接理论的完善和发展，可为制订和完善相关技术标准提供依据，并可以直接用于解决工程应用的关键问题。

为探索高延性、高承载力、强节点域的新型工字形柱弱轴连接，提出一种节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接节点，对其开展系统的足尺模型试验研究和有限元数值模拟分析及理论分析。先后完成了12个T形足尺节点的单调加载试验研究，2个大比例单跨单层节点域箱形加强式工字形柱框架在低周反复荷载作用下滞回性能的试验研究，以及16个平面十字形足尺节点的试件的低周反复水平荷载作用下的拟静力试验研究。以大比例足尺模型试验研究的数据成果为参照，相关有限元数值模拟分析及理论分析与设计方法归纳的工作持续进行，已完成全部纯钢节点和纯钢框架的理论分析。. 梁端单调荷载试验及有限元分析表明：1、试件的位移及转角延性系数都大于4，最大塑性转角均大于0.03rad，实现了“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的抗震要求。2、蒙皮板与梁上、下翼缘及腹板连接板相连区域出现较大应力。3、梁翼缘对接焊缝的应力沿梁宽度呈现V型分布。4、楼板内钢筋未进行充分锚固时不应考虑楼板的组合作用。5、试件节点域都发生了剪切变形且终处于弹性状态。. 大比例单跨单层框架滞回荷载试验及有限元分析表明：在计算框架层间位移时，可忽略节点域剪切变形的影响。. 柱端滞回荷载试验及有限元分析表明：1、部分抗剪连接设计满足组合效率，楼板组合效应对节点的破坏机理和受力性能有较大影响。2、蒙皮板在试验中出现板面撕裂现象，建议采用Z向钢来避免其出现层间撕裂。3、梁翼缘和内隔板周边焊缝对节点破坏起决定性作用，影响梁端弯矩向柱翼缘传递的效率。4、所有试件节点域都是“强节点域”。. 结合理论分析，提出新型连接的承载能力及转动刚度计算方法，给出连接的抗震设计步骤。探讨通过调整加劲板、蒙皮板厚度、高度等构造措施，达到连接刚度和延性的良好匹配，提出防止脆断和提高节点延性的构造措施。研究成果是对现有钢框架结构中工字形柱弱轴连接理论的完善和发展，可为制订和完善相关技术标准提供依据，并可以直接用于解决工程应用的关键问题。