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十字形芯筒与八边形芯筒钢管柱全螺栓连接节点抗震性能对比分析

张艳霞 石天浩 武丙龙 林正奇

张艳霞, 石天浩, 武丙龙, 林正奇. 十字形芯筒与八边形芯筒钢管柱全螺栓连接节点抗震性能对比分析[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39(12): 38-48. doi: 10.13206/j.gjgS24011101
引用本文: 张艳霞, 石天浩, 武丙龙, 林正奇. 十字形芯筒与八边形芯筒钢管柱全螺栓连接节点抗震性能对比分析[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39(12): 38-48. doi: 10.13206/j.gjgS24011101
Yanxia Zhang, Tianhao Shi, Binglong Wu, Zhengqi Lin. Comparisons of Seismic Performance of Fully-Bolted Column Joints of Steel Tubular Columns with Built-in Cross-Shaped Core Barrels and Built-in Octagonal Core Tube[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2024, 39(12): 38-48. doi: 10.13206/j.gjgS24011101
Citation: Yanxia Zhang, Tianhao Shi, Binglong Wu, Zhengqi Lin. Comparisons of Seismic Performance of Fully-Bolted Column Joints of Steel Tubular Columns with Built-in Cross-Shaped Core Barrels and Built-in Octagonal Core Tube[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2024, 39(12): 38-48. doi: 10.13206/j.gjgS24011101

十字形芯筒与八边形芯筒钢管柱全螺栓连接节点抗震性能对比分析

doi: 10.13206/j.gjgS24011101
基金项目: 

国家自然科学基金项目(51778036)。

详细信息
    作者简介:

    张艳霞,博士,教授,主要从事新型钢结构体系研发与性能研究。Email:zhangyanxia@bucea.edu.cn

Comparisons of Seismic Performance of Fully-Bolted Column Joints of Steel Tubular Columns with Built-in Cross-Shaped Core Barrels and Built-in Octagonal Core Tube

  • 摘要: 传统钢结构方钢管柱全熔透焊接连接节点存在施工效率低、人工成本高、污染环境等问题。为解决上述问题,课题组提出内置八边形芯筒方钢管柱全螺栓连接节点,该节点通过设置芯筒及高强度螺栓将上下柱连接,实现现场完全装配式组装。目前已完成该节点相关拟静力、拟动力及振动台等一系列试验研究,结果表明该节点形式具有与焊接节点较为一致的力学性能,同时还能够实现施工现场的高效装配。此外,在与八边形芯筒弹性承载力等强的基础上,提出十字形芯筒,进一步提高施工便利性和经济性、减少用钢量和焊接工作。通过有限元软件ABAQUS建立内置八边形芯筒、内置十字形芯筒的方钢管柱全螺栓连接节点有限元分析模型,分析两种连接节点构件受力全过程,分别对比整体试件和局部构件在受力特征点处的塑性发展情况以及最终破坏形态。在此基础上,进一步对比分析两种连接节点的抗震性能,包括滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能性能及残余变形等。
    有限元分析结果表明:在往复加载下两种节点破坏形式较为相似,均为柱底塑性铰截面破坏。两节点形式滞回曲线饱满且无明显捏缩现象,等效黏滞阻尼系数在0.25~0.28,二者抗震性能良好,弹性层间位移角范围在1/36~1/22,弹塑性层间位移角均为1/15,均满足GB/T 50011—2010《建筑抗震设计标准》要求;与内置八边形芯筒节点形式相比,内置十字形芯筒节点形式的屈服承载力降低了7.5%~16.3%,峰值承载力均降低了7.8%,而延性性能提高了约66.7%;在正向加载至位移角1/100、1/50和1/15时内置十字形芯筒节点刚度分别高出0.94%、2.05%和8.43%;负向加载至位移角1/100、1/50和1/15时,内置十字形芯筒节点刚度分别高出0.91%、1.85%和8.51%;加载完毕后,内置十字形芯筒柱节点的残余变形较内置八边形芯筒柱节点减小了4.9%。以上研究结果说明:内置八边形芯筒的连接节点具有更高的承载力和耗能能力,其滞回曲线更加饱满;而内置十字形芯筒的连接节点刚度退化平缓、震后残余变形小,且延性性能更好,两种节点形式均具有良好的应用前景。
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  • 收稿日期:  2024-01-11
  • 网络出版日期:  2025-01-25

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