多高层框架支撑结构中支撑板式连接节点的抗震性能和设计方法研究

钢支撑使用板式连接节点时构造简单、传力简洁、具有较好的经济效益，但目前对这种板式连接的抗震性能和破坏机理的认识尚不明确，限制了其在多高层工业与民用建筑钢结构中的应用。本项目以前期研究为基础，针对框架支撑结构中支撑板式连接节点的抗震性能和设计方法展开研究。主要内容包括：（1）研究节点板上的支撑或连接件端部净距、节点板宽厚比和支撑与柱夹角等关键参数对节点板滞回性能的影响规律；（2）研究使用板式节点的支撑系统在弹塑性层间位移作用下的低周疲劳破坏模式和延性设计理论；（3）研究支撑板式节点与梁柱构件之间在地震作用下的相互作用机理，揭示对框架柱弹塑性设计的影响规律；（4）研究节点板强度、稳定和自由边局部稳定的判别准则和计算模型，给出实用的设计方法。通过试验研究、理论分析和与工程实践相结合的方法，把明确的抗震理念引入到支撑板式连接节点的设计中，提升我国多高层框架支撑结构体系的抗震设计水平，避免资源浪费。

支撑板式连接节点构造简单、受力明确，可避免传统多高层钢结构中支撑端部刚性连接的复杂做法，具有较好的经济效益，在抗震设计及非抗震设计的结构中都具有广泛的应用前景。但国内外研究人员对这种板式连接的强度、稳定等力学性能的认识尚存在分歧和局限性，各国规范所述的设计理念也各不相同。特别是对这种节点的抗震性能、屈服机制和破坏机理的认识尚不明确，对板式节点与框架梁柱在层间位移下的相互作用规律缺乏深入研究，也缺乏使用这种节点的支撑框架整体结构抗震性能的试验验证。这已经严重制约了此类性能优良的连接节点及其结构体系的发展与应用。鉴于此本项目展开了多高层框架支撑结构中支撑板式连接节点的抗震性能和设计方法的研究。. 按本项目的研究计划圆满完成了申请书中所述的各项研究内容。1)对支撑板式连接节点的受压稳定性和局部稳定性进行了地震与非地震作用下的系统分析，给出了节点板计算长度系数的取值方法。2)深入研究了节点板上的支撑或连接件端部净距、节点板宽厚比和支撑与柱夹角等关键参数对节点板滞回性能的影响规律，验证了此类节点可以具有良好的抗震性能。3)研究了支撑与节点板组成的支撑系统在弹塑性层间位移作用下的低周疲劳破坏模式，提出了板式连接节点设计时应具有不低于支撑构件本身的低周疲劳寿命的设计方法，并通过支撑系统试验及有限元数值模拟分析验证了设计方法的可行性。4)研究了支撑板式节点与梁柱构件之间在地震作用下的相互作用机理，揭示了对框架梁柱附加弯矩的影响规律，给出了设计建议。5)提出了节点板使用高强螺栓连接时的高效数值模拟方法，验证了其可操作性和准确性，并将其成功应用于使用螺栓拼接的支撑与节点板系统的数值模拟中。6)通过对多层框架整体结构的地震模拟振动台试验和推覆试验，全面研究了节点板和支撑系统的受力性能和破坏模式，论证了梁柱附加弯矩的作用位置及随层间侧移的变化规律，证实了所提出的关于板式节点、支撑构件及梁柱构件设计建议的科学性。. 通过试验研究、理论分析和与工程实践相结合的方法，把明确的抗震理念引入到支撑板式连接节点的设计中，提升了多高层框架支撑结构体系的抗震设计水平。实际工程应用表明，按本研究成果设计的支撑板式连接节点具有足够的强度、刚度和稳定性，能够实现强节点、弱构件的抗震原则，并且通过装配式现场安装使施工周期短、速度快。