拼接板厚度对框架中钢梁高强螺栓拼接性能的影响

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会拼接板厚度对框架中钢梁高强螺栓，拼接性能的影响李启才顾强(苏州科技学院．江苏省结构工程重点实验室，江苏苏州2150uJ摘要：拼接板厚度是高强螺栓率擦型连接中的一个重要参教。本文对框架中高强螺栓拼接采用不周拼接板厚度时的性能r进行了单调荷载和循环荷载作用下的研究。结论表明：采用较薄的拼接板时，试件的拼接区滑移出现得阜些，拼接板出现局部屈曲，塑性变形能力变大；而在设计中加大拼接板的厚度，则不会对拼接区的性能造成明显影响。关键词：拼接板厚度．钢梁拼接，高强螺桂摩擦型连接，框架结构一、概述采甩带悬臂粱段拼接的梁柱连接节点在美国和日

2、本的多高层房屋和工业厂房中应用较多，我国的《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99．98)flj和《建筑抗震设计规范》(GB50011．200I)‘21也部将这种连接形式作为钢框架梁柱连接的推荐形式。但对这种连接形式的抗震研究并不多，本文作者曾对这种连接形式进行了试验研究‘31Ⅲ和有限元模拟的验证和分析m、【6】，本文将对拼接板厚度对这种连接的影响进行探讨。二、模拟研究的试件设计图1试件的粱柱截面彩式图2BAsE试件拼接区详图首先设计了一个基准试件一BAsE试件，其截面设计是按照普通的8层钢框架办公楼设计的，取一个边框架节点进行研究，试件钢材采用Q23

3、5B，柱腹板厚度为12mm，粱腹板厚度为1呖m，粱的翼缘拼接板厚度为10lIm。腹板拼接板厚度为6m，其它尺寸见图l，柱的轴力P-=o．4M(以为柱受压办对的全截面屈服荷载)。BAsE试件是根据连续粱在拼接中心实际受到的弯矩和剪力大小进行设计。弯矩在翼缘拼接和腹扳拼接之间的分配是按照首先让翼缘拼接承受翼缘净截面达到屈服时的弯矩．剩余的弯矩由腹板拼接工业建筑2007增刊1519第七届全国现代结构T程学术研讨会承担。剪力全部由腹板拼接承担。BAsE试件的抗滑移系数为0．375．拼接区螺栓排列见图2。所有螺栓均为10．9级高滢螺栓摩擦型连接，直径均为22栅，螺

4、栓孔为235mm，施加190kN的预拉力。为了比较翼缘拼接板的厚度不同，设计FsP丁1试件和FsPll2试件，它们的翼缘拼接板厚度分别为6哪和14mm，其它参数与BAsE试件完全相同。三、三重三维非线性有限元模拟方法模拟采用ANsYs软件，对远离节点区的规则划分单元采用八节点六面体s0LID45单元，靠近节点区的规则划分采用二十节点六面体s0LID95单元，所有的自由划分均采用二十节点六面体s0LID95单元和十节点四面体sOLID92单元。为了节约计算时间，对整个试件沿梁高方向的腹板中心线取对称，仅模拟一半。螺扮=硕拉力的施加采用预拉力单元Solidl

5、79，考虑螺栓连接区所有接触面之间的摩擦作用、螺栓杆与孔壁之间的挤压作用以及螺栓头、螺栓帽与板之间接触，这些接触问题均选用面一面和柔体一柔体的接触形式。模拟采用考虑几何大变形，弹塑性材料、随动强化及上述接触问题的三重三维非线性有限元。根据《建筑抗震试验方法规程》(GBJl0卜96)”。的要求，并参考相关文献的试验方法，采用以下加载制度：即先计算梁柱连接在单向加载时的行为，根据单向荷载作用下的荷载位移曲线计算△y和Fy，循环加载时接以下方式进行：△y+／2～△y一／2Ay+～△y一2△y_～2△y一3△y+～3△y一4Ay+～4△y～一周二周详细的求解方法

6、叙述以及模拟方涟的试验验证参见文献[5]。图3和图4分别给出了试件BAsE的整体单元划分和拼接区单元划分的详细情况。图3BAsE试件的单元划分图4BAsE试件的螺栓拼接区单元划分四、模拟现象及分析BAsE试件在单调荷载作用下的荷找一位移曲线见图5，BAsE试件的Pp为18400kN。在位移达到O．023△1520工韭建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会／L(△／L表示粱端加载点的位移与粱长的比值，即粱柱连接处的转角)·荷载达到o．97P，Pp(P，P，表示粱端加载点的荷载与梁全截面塑性设计承载能力的比值)时．拼接出现了滑移，在曲线上表现为承载

7、能力的突然下降后又迅速回升，BAsE试件破坏时的位移为O．035△几，荷载达到1．030P，PP。BAsE试件的滞川曲线如图6所示，该试件在划，。～划，+循环中，荷载达到0，87P，Pp时拼接出现了滑移，这比在单调荷载作用下荷载达到0．97P，Pp出现滑移要早些，在进入朝i一划，+的循环时发生梁柱连接处的焊缝破坏，在滑移前的循环中，滞回曲线饱满、稳定，在各次循环中强度和刚度没有降低。梁柱连接的整体塑性转角昂接近O。026rad，胛。达到了1．045。1．5’lOj言-o们．1．1j12l0806040．200．00l002003O04O．05图5试件单向

8、荷载作用下的荷载—位移曲线∥勿I

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