帶楔塊裝置的鋼結(jié)構(gòu)露出型柱腳抗震性能研究.pdf

1、露出型鋼柱腳在普通鋼結(jié)構(gòu)和輕型鋼結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。本文針對(duì)傳統(tǒng)普通露出型鋼柱腳節(jié)點(diǎn)在反復(fù)加載條件下其恢復(fù)力特性表現(xiàn)為滑移型且柱腳耗能不足的特點(diǎn)，研究了一種帶楔塊的無滑移型露出型鋼柱腳，其抗震性能明顯改善。結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“汶川地震災(zāi)害分析和救災(zāi)措施的研究”(50848008)和國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863項(xiàng)目）“再生混凝土和新型鋼結(jié)構(gòu)建筑材料關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”(2009AA032304)，對(duì)這種新型鋼結(jié)構(gòu)柱腳節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能

2、進(jìn)行了理論分析、試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬，并對(duì)新型柱腳鋼框架的動(dòng)力性能開展研究。本文的主要工作和成果如下:
　　考慮錨桿、鋼柱底板、混凝土底座、墊圈及螺帽等變形的影響，推導(dǎo)了露出型鋼柱腳的變形及轉(zhuǎn)動(dòng)剛度計(jì)算公式;研究了帶楔塊裝置鋼柱腳和普通鋼柱腳的工作機(jī)理、力學(xué)性能，得出了帶楔塊裝置柱腳恢復(fù)力模型表現(xiàn)為無滑移型，普通露出型柱腳恢復(fù)力模型表現(xiàn)為滑移型。對(duì)帶楔塊新型柱腳和普通柱腳試件分別進(jìn)行了低周往復(fù)循環(huán)加載試驗(yàn)，并考慮不同螺栓數(shù)及柱軸壓力

3、等情況，得出了各自的恢復(fù)力特性;驗(yàn)證了本文所推導(dǎo)的柱腳計(jì)算公式和所得到的恢復(fù)力模型是實(shí)用有效的;帶楔塊露出型柱腳由于彈簧的推動(dòng)，楔塊的切入，消除了由于螺栓桿塑性變形產(chǎn)生的柱腳底板與基礎(chǔ)的縫隙，柱腳始終不松動(dòng);與普通螺栓連接柱腳相比，新型柱腳剛度退化減慢，延性和耗能能力明顯提高，表現(xiàn)出良好的抗震性能。
　　考慮材料非線性、接觸非線性以及螺栓數(shù)量及排列對(duì)柱腳受力和抗震性能的影響，對(duì)各柱腳建立三維有限元模型進(jìn)行了數(shù)值模擬。有限元分析結(jié)果

4、與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，滯回曲線和骨架曲線的變化趨勢(shì)與試驗(yàn)結(jié)果相同，在試件屈服前曲線基本為線性，屈服后出現(xiàn)明顯的非線性，軸力的增加在一定范圍內(nèi)對(duì)柱腳彎矩承載力的提高是有益的，但同時(shí)柱腳的耗能能力也有所降低;節(jié)點(diǎn)域?qū)χ休^強(qiáng)的約束作用，從而導(dǎo)致骨架曲線在塑性區(qū)的試驗(yàn)值較有限元分析值稍大;螺栓的增加對(duì)柱腳在承載力和剛度方面都較有利。
　　提出了用ANSYS的Link8單元和拉型Link10單元串聯(lián)起來再與壓型Link10單元并聯(lián)模擬滑移型

5、柱腳錨桿，用壓型Link10單元來模擬滑移型柱腳底座在低周反復(fù)荷載作用下的簡(jiǎn)化數(shù)值模擬技術(shù);用ANSYS的Link8單元并結(jié)合單元的生死技術(shù)及APDL語言開發(fā)技術(shù)來模擬無滑移型柱腳底座在低周反復(fù)荷載作用下的簡(jiǎn)化數(shù)值模擬技術(shù)。經(jīng)與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，本文所提出的柱腳數(shù)值模擬技術(shù)效果良好，實(shí)用可靠。
　　提出了用ANSYS的Combin39單元與壓型Link10單元并聯(lián)設(shè)置，用前者來模擬柱腳錨桿、用后者來模擬柱腳底座，并利用Combin39

6、單元可自定義力-位移輸入曲線來定義其本構(gòu)關(guān)系的特性，通過分別輸入不同的力-位移曲線來實(shí)現(xiàn)有滑移型與無滑移型柱腳在隨機(jī)地震激勵(lì)下的數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)框架結(jié)構(gòu)的耗能特性以及在地震激勵(lì)作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了研究。新型帶楔塊彈簧減震裝置可以有效控制結(jié)構(gòu)層間位移、減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，更好的耗散地震能量，使帶楔塊柱腳結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更好的抗震性能。
　　總之，論文基于試驗(yàn)、理論推導(dǎo)及有限元分析，研究了一種新型帶楔塊的無滑移型露出型鋼柱腳的抗震性能;且同