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1、分類號:TU39310710-2015028003博士學(xué)位論文帶混凝土樓板的鋼框架梁柱弱軸連接節(jié)點的抗震性能和設(shè)計方法研究徐瑩璐導(dǎo)師姓名職稱鄭宏教授盧林楓教授申請學(xué)位級別工學(xué)博士學(xué)科專業(yè)名稱結(jié)構(gòu)工程論文提交日期2018年3月14日論文答辯日期2018年6月3日學(xué)位授予單位長安大學(xué)StudyonSeismicBehaviorandDesignMethodsofBeam-to-ColumnWeak-AxisConnectionswithConcreteslabinSteelFrameADissertationSubmittedfortheD
2、egreeofDoctorCandidate：XuYingluSupervisor：Prof.ZhengHongProf.LuLinfengChang’anUniversity,Xi’an,China摘要工形柱鋼框架的梁柱連接的研究成果主要集中在強軸連接，且多為純鋼節(jié)點，組合節(jié)點的研究相對較少；而對帶混凝土樓板的弱軸連接的研究更是少見報道。但是工形柱的強軸與弱軸連接、帶混凝土樓板的組合節(jié)點與純鋼節(jié)點的力學(xué)性能和破壞機理有明顯的不同；而且常見的工形柱弱軸楔形加勁板連接存在塑性轉(zhuǎn)動能力差和柱腹板易于發(fā)生破壞等問題。本文開展了節(jié)點域箱形加強式
3、工字形柱弱軸連接（以下簡稱新型弱軸連接）組合節(jié)點的試驗研究及理論分析，是對現(xiàn)有鋼框架節(jié)點研究的拓展和提升，可以為該領(lǐng)域的研究提供一個新的思路和方向，也可以為工程設(shè)計提供一個可靠的弱軸連接選擇。本文對新型弱軸連接組合節(jié)點進行了試驗研究和數(shù)值模擬分析研究。試驗研究包括：5個足尺純鋼中節(jié)點試件和5個足尺組合中節(jié)點試件的柱頂水平循環(huán)加載試驗，試件的梁端處理方式分別為標準型（未處理）、削弱型（RBS）、加強型（蓋板、擴大翼緣、加腋）；鋼材母材和焊縫熔敷金屬的單向拉伸試驗；混凝土立方體試塊的抗壓強度試驗。運用有限元軟件ABAQUS6.14-1進行數(shù)
4、值模擬分析，包括對試驗試件的模擬驗證和新型弱軸連接組合節(jié)點模型的參數(shù)分析。依據(jù)參數(shù)分析結(jié)果，提出了上窄下寬不對稱梁翼緣且僅梁下翼緣削弱的新型弱軸連接組合節(jié)點形式；并對弱軸連接組合鋼框架進行彈塑性動力時程分析，分別考慮了楔形加勁板弱軸連接、梁端標準型新型弱軸連接、采用梁下翼緣削弱的不對稱工形梁截面的新型弱軸連接及按軸壓比基本相同為原則設(shè)計的箱形柱連接共4種節(jié)點形式，分析其動力響應(yīng)的差異。然后基于“組件法”推導(dǎo)了新型弱軸連接組合節(jié)點的初始轉(zhuǎn)動剛度，根據(jù)試驗和有限元結(jié)果提出了更加貼合實際的組合梁截面的應(yīng)力分布假設(shè)，并推導(dǎo)了組合梁的承載力計算方
5、法，通過與有限元結(jié)果的對比，驗證了推導(dǎo)方法的適用性。最后根據(jù)試驗中蒙皮板出現(xiàn)拉裂的情況，運用屈服線理論推導(dǎo)了新型弱軸連接中的關(guān)鍵組件“蒙皮板”的厚度取值公式，提出了相應(yīng)的抗震設(shè)計對策及建議。循環(huán)荷載試驗研究結(jié)果表明：混凝土樓板會導(dǎo)致組合梁截面中和軸顯著上移，從而增大梁下翼緣應(yīng)力；在驗算“強柱弱梁”時需要考慮組合效應(yīng)的影響；所有試驗的節(jié)點構(gòu)造基本可以滿足框架結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下抗震設(shè)防要求的“大震不倒”；合理設(shè)計的新型弱軸連接組合節(jié)點可以滿足在層間位移角為0.04rad時，抗彎承載力大于0.8Mp的要求；保證焊接質(zhì)量是避免節(jié)點脆性破壞的首
6、要保證，同時建議蒙皮板材料選用抗層間撕裂的Z向鋼板。I對新型弱軸連接組合節(jié)點進行系列參數(shù)分析時考慮的參數(shù)包括焊縫通過孔細部尺寸、樓板配筋率、樓板厚度、不對稱鋼梁截面及RBS（ReducedBeamSection）削弱參數(shù)等。結(jié)果表明：梁上、下翼緣焊縫處于三向受拉狀態(tài)；設(shè)計蒙皮板時，應(yīng)重點對梁下翼緣焊縫對應(yīng)部位蒙皮板的強度進行檢驗；對于新型弱軸連接組合節(jié)點而言，按規(guī)范進行承載能力計算偏于不安全；采用上窄下寬的不對稱鋼梁截面，可以減小梁下翼緣對接焊縫應(yīng)力集中的程度和脆斷的風(fēng)險；對不對稱鋼梁截面進行下翼緣削弱處理時，為了使得塑性鉸有效外移并減
7、小梁翼緣焊縫處的破壞風(fēng)險，建議削弱區(qū)域起始位置距蒙皮板的距離a=(0.65~0.90)bbf，削弱區(qū)域長度b=(0.65~0.90)hb，削弱深度c=0.20bbf，其中bbf和hb分別為鋼梁下翼緣寬度和鋼梁截面高度。彈塑性動力時程分析結(jié)果表明，新型弱軸連接組合鋼框架的剛度要高于傳統(tǒng)工形柱楔形加勁板弱軸連接組合鋼框架的剛度及箱形柱連接組合鋼框架的剛度。相對單榀組合鋼框架而言，不同節(jié)點形式對整體結(jié)構(gòu)的樓層位移、層間位移及底部剪力的影響較小，且最大層間位移角均不超過規(guī)范的限值?；凇敖M件法”推導(dǎo)了正、負彎矩作用下新型弱軸連接組合節(jié)點的初始轉(zhuǎn)
8、動剛度，考慮混凝土樓板受壓、鋼筋受拉、柱翼緣受拉、柱翼緣受壓及柱翼緣受剪，并對推導(dǎo)公式進行驗證，其誤差不超過20%。作出更貼合實際的組合梁截面的應(yīng)力分布假設(shè)，假設(shè)在正、負彎矩作用下僅鋼梁下翼緣截面達到鋼材的
