可更换波折钢板剪切耗能型柱脚节点的滞回性能分析

摘要

针对传统钢框架在地震作用下底层柱脚容易产生塑性损伤的问题，为实现震后结构功能的快速恢复，提出一种可更换波折钢板剪切耗能型柱脚节点．采用经试验验证的有限元数值计算方法，建立新型柱脚节点的有限元模型．通过对此柱脚节点进行往复加载分析，研究了其滞回性能、应力发展及塑性损伤分布规律，考察了波折钢板宽高比b_c/h_c、高厚比h_c/t_c、波形比C_a/C_l及钢柱轴压比n等参数对节点滞回性能的影响规律，给出了关键参数的选取建议，并基于简化受力模型提出了节点承载力计算公式．研究发现：柱脚节点的滞回曲线较为饱满，表现出良好的耗能能力；在往复加载过程中，塑性变形集中在波折钢板上，其他部件均未发生屈服，震后只需更换受损伤的剪切耗能装置即可实现柱脚节点功能的快速恢复．参数分析表明：波折钢板宽高比b_c/h_c、高厚比h_c/t_c对柱脚节点承载力和滞回性能影响较大，在初步设计时建议采用0.5≤b_c/h_c<1.0、h_c/t_c≤90的波折钢板，同时需控制钢板提供的极限承载力不超过框架柱的边缘屈服承载力，以保证钢柱不发生屈服；钢柱轴压比的增大会加剧P-Δ效应的影响，使得节点承载力显著下降，因此要合理控制轴压比，建议轴压比取值n≤0.4；波折钢板波形比在合理取值下对节点的滞回性能影响不大，推荐取0.1≤C_a/C_l≤0.2．总之，波折钢板剪切耗能型柱脚节点具有承载力高、耗能能力强、损伤控制等特点，在合理设计下可达到减小结构损伤、实现震后可快速修复的目的.

关键词

功能可恢复 / 柱脚节点 / 波折钢板 / 滞回性能 / 设计方法

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52378119); 北京市自然科学基金资助项目(8232011)~~