关键词:
模块化钢结构建筑
新型节点
试验研究
有限元分析
摘要:
随着国家“双碳”战略经济的提出,以及《“十四五”工业绿色发展规划》的大力推行,模块化钢结构建筑的发展得到了有效推进,掀起了国内学者对模块化建筑研究的新浪潮。然而,现有研究成果中,大多数连接形式难以全面应用于中柱、边柱、角柱节点。因此,本文针对这一问题提出了一种模块化钢结构建筑新型节点,并通过试验与模拟相结合的方法研究其力学性能,在此基础上进行参数分析,从而优化节点。本文的主要研究内容与成果如下:(1)进行模块化钢结构建筑设计。研究分析模块化钢结构建筑产业化流程,总结得出从原始钢材加工为模块化钢结构建筑项目产品的产业化过程。以民用建筑模块化单元设计为示例,对功能房间进行设计,并通过不同模块的排列组合,使建筑平面形式多样化,建筑空间整体布局多元化。(2)本文针对现有研究的不足,研发了一种新型节点,可应用于中柱、边柱、角柱节点。新型节点连接件由承载板、定位钢板、T型限位钢板和螺杆组成,具有对称性和普适性的特点,通过合理截取可广泛应用于中柱、边柱、角柱节点。新型节点拼装简单、高效,限位板和承载板的存在能够实现准确定位,提高装配的精度。梁柱模块单元组装时通过孔洞嵌合进行,组装速率高。(3)利用足尺试验研究新型节点的力学性能。对节点进行拟静力往复循环荷载试验,分析试验现象和破坏形式,并对滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、刚度、节点类型、耗能能力等进行分析。结果表明:该节点属于刚性节点,节点域承载力高于梁截面承载力,节点破坏模式为连接件螺栓孔洞变形屈曲,框架梁根部产生塑性铰,翼缘出现明显变形。新型节点低周往复荷载作用下的滞回曲线呈梭形,滞回环饱满,具有较好的延性和耗能能力,节点整体抗震性能较好。(4)对新型节点进行数值模拟,与试验结果对比分析,并进行参数分析优化节点。建立精细化有限元分析模型,通过与试验结果的对比分析验证数值模拟结果的准确性。此外,进行参数化分析,探究螺栓的个数、螺栓的直径以及连接件的厚度等参数对节点性能的影响,将其结果进行对比分析,探究影响节点性能的因素,从而进一步优化节点。结果表明:有限元分析与试验的数据误差最大值为7.22%,整体误差较小,本次研究过程中有限元分析结果与实际情况相符,可以模拟试验结果。进行参数分析时,通过对比不同参数下新型节点的力学性能,最终将选用8个螺栓,螺栓直径为14mm,连接件厚度为6mm的参数作为节点的优化方案。