强弱轴空间半刚性梁柱连接受力模型的建立与抗震性能研究

According to seismic performance of the beam-column connection in steel frame, the simple spring model of spatial semi-rigid beam-column connection has been established by the component. The stress performance of spatial semi-rigid column-column connections under low-cyclic reversed loading or earthquake excitation has been researched by prototype testing and finite element analysis. And the failure mechanism and energy-dissipation of spatial semi-rigid column-column connections under low-cyclic reversed loading or earthquake excitation had been analyzed entirely and systemically. Based on the results of research, the stress model of spatial semi-rigid connections has been established. The relationships between M- θr, initial stiffness, the yield strength, failure models, ultimate strength, seismic behaviors and characteristic of dissipation of energy were identified in this test. This project sets up the mechanical model of spatial semi-rigid beam-column joints, and derives the calculation method for flexural capacity, rotational stiffness and rotational capacity of spatial semi-rigid beam-column connections under low cyclic loading and earthquake action. Simultaneously, this research illustrates the dynamic response and seismic behavior of spatial semi-rigid beam-column connections under earthquake action, and clarifies the design method of spatial semi-rigid beam-column connection, which can develop and improve the design and application of semi-rigid connection steel frames. The research in this paper provides significant theoretical basis and test documents for Chinese design code for the steel structures, and also supports the development and application of advanced analysis theroy for spatial steel frame structures.

针对钢框架核心部件梁柱节点的抗震性能，拟利用组件法建立强弱轴空间半刚性梁柱连接的简化弹簧模型；通过原型试验和数值模拟两种方法，对强弱轴空间半刚性梁柱连接在低周反复荷载和地震作用下受力性能进行试验研究，分析其在低周反复荷载以及地震作用下的弯矩-转角关系、滞回性能、加速度反应、高强螺栓与组件之间的接触应力变化等，揭示低周反复荷载以及地震作用下空间半刚性梁柱连接节点破坏机理及受力性能；建立空间半刚性梁柱连接受力分析模型，推导出空间半刚性梁柱连接在低周反复荷载作用下抗弯承载力、转动刚度以及转动能力的计算方法，阐明空间半刚性梁柱连接在地震作用下的动力反应及抗震性能，确定空间半刚性梁柱连接的设计方法，从而完善与发展半刚性连接钢框架的设计与应用，为我国钢结构设计规范提供具有参考价值的理论依据与试验资料，同时为空间半刚性连接钢框架高级分析理论的发展与应用提供试验方面的支持。

梁柱连接节点是钢框架结构中最重要的部位之一，传统刚性连接在数次地震中出现了大量的脆性破坏，因此国内外很多专家开始对高强螺栓梁柱连接进行了深入研究。但国内外大多数研究仅针对梁柱强轴连接节点，实际上钢框架体系一般都是纵横两个方向均为框架，用平面节点的分析不能反映空间节点的真实受力状况，研究空间半刚性节点更有利于半刚性连接钢框架的设计与应用。本项目以剖分T型钢空间半刚性梁柱连接节点为对象，以原型节点模型拟静力试验为基础，辅以同条件的数值分析，利用组件法建立强弱轴空间半刚性梁柱连接的简化弹簧模型，揭示空间半刚性梁柱连接节点破坏机理及受力性能，推导出其抗弯承载力、转动刚度的计算方法。本项目首先进行了21个空间梁柱连接节点的拟静力试验，分析了节点在低周反复荷载作用下的弯矩-转角关系、滞回性能、分析了空间半刚性梁柱连接节点的破坏机理及受力性能。为进一步研究半刚性连接框架结构的抗震性能，进行了1榀平面半刚性连接钢框架和1榀空间半刚性连接钢框架的抗震性能试验，研究了剖分T型钢连接平面钢框架和空间钢框架拟动力试验下和低周反复荷载作用下的承载能力、位移反应、加速度反应、滞回性能、耗能特性、屈曲机制及破坏模式等。在上述试验研究的基础上，对26个空间T型钢梁柱连接节点进行了有限元数值模拟，分析研究T型钢连接节点在低周往复荷载作用下的应力分布、滞回性能、螺栓预紧力的变化规律、螺栓孔壁挤压应力的变化规律、刚度退化、延性和耗能能力等，分析了弱轴连接对强轴连接的影响。根据试验和数值模拟分析结果，利用组件法分析了空间半刚性连接各组件的承载力建立了空间半刚性梁柱连接受力分析模型，推导出空间半刚性梁柱连接在低周反复荷载作用下抗弯承载力、转动刚动以及转动能力的计算方法，从而确定了空间半刚性梁柱连接的设计方法。