装配式钢结构梁柱节点性能研究

装配式钢结构梁柱节点性能研究

建筑工业化是我国未来建筑业的发展方向,其目标是达到构件标准化、生产预制化及施工装配化,从根本上改变原有的设计、生产、施工等方式,全面实现建筑产品的环保与价值。根据建筑工业化的理念,我国大力倡导新修建筑须满足一定的预制率,积极推广装配式混凝土结构和钢结构在建筑中的应用。

为推动装配式钢结构在建筑业中的应用,诸多学者对梁柱节点做了大量的研究工作,并提出新颖的装配式梁柱节点形式。本文根据现有的装配式钢结构节点形式,提出一种带法兰盘的新型连接节点形式,该节点可达到完全装配化施工。

为了更准确说明此类节点的性能,按照规范设计两种不同形式的节点作性能对比试验。同时,利用有限元软件ANSYS对节点进行初步的数值模拟,以验证试验数据的可靠性。

梁采用悬臂拼装的形式进行连接,连接处螺栓的使用量按等强度设计原则确定,新型节点柱的连接则是通过上柱底和下柱顶的法兰盘由螺栓进行连接,其余两种节点均是直接采用焊接。本文通过试验和有限元的数值模拟,得到以下结论:1、法兰盘节点的滞回曲线较焊接节点更饱满,但由于仍采用焊接的方式连接梁柱,使得其滞回曲线整体饱满程度偏低。

外环板节点的滞回性能优于法兰盘节点,其饱满的滞回曲线,表明该连接形式具有较强的塑性变形能力和耗能能力。2、根据M-θ关系曲线可以看出,外环板节点与法兰盘节点在相同的荷载作用下,产生的相对转角均要小于焊接节点。

因此,外环板和法兰盘连接的梁柱节点刚度均大于焊接节点,且外环板的刚度较法兰盘更大。3、采用焊接连接的节点在横向、纵向及斜向的应变值变化起伏大,加载初期节点域主要是处于受压状态,随着荷载的增加逐渐转变为受拉状

态。

法兰盘节点的节点域在加载中始终处于受压状态,且外环板节点的节点域在横向一直处于受拉状态。4、对选取的三条传力路径进行分析,外环板节点在梁翼缘上的传力性能略低于其它两种形式的节点,这是因为外环板加强了梁柱连接处的刚度,使得梁端荷载不利于传递至钢管柱,故在梁翼缘处产生较大的变形。

综合三条路径传递力的情况,法兰盘节点的传力性能更优。5、通过三组节点的等效黏滞阻尼系数对比,发现外环板节点的耗能能力最强,其次为法兰盘节点,耗能能力最弱的为焊接节点。

由节点左右两侧梁的滞回曲线而得到的等效黏滞阻尼系数存在一定的差异。

6、借助有限元ANSYS进行软件模拟分析,当梁端作用荷载仅为10kN时,三组节点的应力分布较均匀。

通过X方向上的应力分布可知,产生应力最大的为法兰盘节点,而外环板节点应力值最小。除了焊接节点外,有限元分析得到的Y向位移值与试验值差距较小。