方钢管柱-H型钢梁外加强环式节点试验研究及数值分析

梁柱连接节点在钢结构整体抗震性能中起重要作用，其抗震性能设计是钢框架结构设计的关键。通过研究美国北岭地震和日本阪神地震中钢框架节点的破坏形式发现，很多钢结构节点在地震中发生脆性破坏，针对节点的脆性破坏，多种改进的钢结构节点被相继提出，但这些节点适用范围具有一定的局限性，因此需要对新型节点连接形式进行研究探讨。本文结合外加强环式连接节点和美国FEMA-350推荐可以使塑性铰外移的翼缘板式和盖板式节点，设计了三个不同连接形式的冷弯方钢管柱-H型钢梁外加强环式节点，分别为改进的新型翼缘板式节点、新型盖板式节点和传统型加强环式节点。采用伪静力试验研究和非线性理论分析相结合的方法，进行新型节点与传统型节点的力学性能对比分析。具体介绍如下：（1）本文设计了三种梁柱连接形式不同的外加强环式冷弯方钢管柱-H型钢梁节点试件，对其进行低周反复荷载试验，研究节点的极限承载力、延性、刚度与强度退化、耗能能力及破坏模式。（2）对比各节点破坏过程和破坏现象，梁翼缘伸入加强环底部的新型外加强环翼缘板式节点和新型外加强环盖板式节点均在梁端形成塑性铰，距加强环板边缘约1/3梁高，节点得到有效保护。梁翼缘与加强环通过对接焊缝连接的传统型外加强环式节点梁端没有出现塑性铰，最终以梁翼缘与加强环连接处焊缝撕裂而破坏，梁腹板出现几乎贯通整个腹板的较大裂缝。（3）根据试验数据绘制节点的P和M滞回曲线、骨架曲线以及强度与刚度退化曲线，并对节点各部位微观应变进行分析，结果表明两类新型外加强环式钢节点的力学性能优于传统型外加强环式节点。（4）利用有限元分析软件ABAQUS对三个节点试件进行数值模拟计算，并与试验结果进行宏观承载力与微观应变的对比，进一步研究新型加强式节点的力学性能，验证有限元计算的可靠性。（5）通过有限元软件ABAQUS进一步分析外加强环厚度对节点性能的影响，结果表明，与梁翼缘等厚的加强环板厚度是新型加强式节点塑性铰移出与否的临界厚度，可作为实际工程中最优经济比厚度。