罕遇地震下含异型节点栓焊钢框架性能及异型节点设计方法研究

课题通过不同轴压比、不同梁截面高度比、不同剪跨比下钢框架异型节点的低周反复荷载试验及含异型节点栓焊钢框架的拟动力试验，了解该类框架的受力全过程，研究建立理论模型必要的参数、节点的抗震承载力及变形性能，测试其恢复力特性并建立恢复力模型；在实验研究的基础上，根据得到的参数，利用有限元程序进行含异型节点栓焊钢框架的计算机仿真分析，通过对不同轴压比、不同梁截面高度比、不同剪跨比相应典型参数下该类钢结构进行空间仿真研究，将全面地揭示含该类节点钢结构在地震作用下的性能及其破坏特性，为含异型节点栓焊钢框架及其异型节点的抗震计算与构造设计提出一套较完整的理论。

钢框架变截面柱异型节点是一种上下柱变截面或左右梁高度不等的节点，节点域腹板不再是传统的矩形。为此本文选取某高层钢结构住宅楼中间节点为原型，以轴压比和柱高比作为变化参数，制作了6个缩尺比为1：2的试件并对其进行低周反复荷载试验。研究了该类节点的滞回性能、承载能力、延性性能、耗能能力及强度和刚度退化规律，分析了该类节点的节点域腹板受力及变形机理，推导了该类节点的抗剪承载力计算式及节点域腹板强度验算式。结果表明：钢框架变截面柱异型节点具有良好的抗震性能、延性性能。所有试件层间位移角超过0.033rad时，承载力基本没有下降，梁上翼缘焊缝与母材相交处开裂是该类节点主要破坏模式，刚度退化规律一致，各试件破坏时，耗能系数在2.910—3.911之间。.本文还对缩尺比为1:10的1000MW级火电主厂房钢框架模型结构进行拟动力试验。输入El Centro 波、Taft波和兰州地震波，地震动加速度峰值分别相当于8度多遇地震和7.5度、8度设防烈度地震和8、9度罕遇地震，实测了模型结构的应变分布、加速度反应和位移反应。分析了模型结构的滞回特性、加速度放大系数、位移时程曲线以及塑性铰分布。结果表明：含异型节点火电钢框架主厂房结构总体具有较好的抗震性能，但由于异型节点处煤斗梁刚度较大且该处竖向荷载（煤斗及储煤质量）大，导致其层间位移分布与无刚度或质量突变的常规钢框架规律不同；异型节点处存在着明显的“强梁弱柱”现象，不利于耗能和抗震。.采用ANSYS首先建立异型节点有限元模型与节点试验结果进行比较分析同时建立6条应力路径对异型节点的应力分布进行分析；在试验的基础上，建立异型节点有限元模型，以轴压比、钢材强度、柱截面高度比为控制参数，研究各控制参数对异型节点构件承载能力的影响；另外考虑柱顶受同一竖向荷载作用时异型节点钢材强度和柱高比对承载力的影响。.研究表明：含异型节点构件的承载力随轴压比的提高而降低，钢材强度高的异型节点构件承载力随着轴压比的增大而降低的幅度要大于钢材强度低的节点。