摘要
自复位结构具有震后残余变形小、能快速修复和耗能能力良好等优势，近年来受到国内外研究者的广泛关注。目前，自复位结构主要采用预应力钢绞线、无粘结预应力筋和形状记忆合金(SMA)进行复位，以碟形弹簧作为复位元件的自复位结构相对较少。在荷载的长期作用下，钢绞线或预应力筋会出现松弛，预应力也会随之下降，从而影响自复位结构的复位能力；SMA材料不经济，且在循环荷载作用下具有一定的退化效应。本文提出了一种新型碟形弹簧自复位钢框架梁柱节点，该节点以碟形弹簧作为复位元件，由腹板摩擦耗散地震能量，其复位和耗能原理与普通钢绞线自复位节点基本相同，其安装方式比普通钢铰线自复位节点简单；此外，通过对碟形弹簧的合理设计能有效控制预应力下降。本文主要研究内容和结论如下： （1）提出了一种新型碟形弹簧自复位钢框架梁柱节点，详细介绍了该节点的构造和工作原理；对该节点的初始刚度、开口弯矩、开口后刚度和抗弯承载力等力学性能进行了理论分析，并给出了相应的理论计算公式。 （2）采用ABAQUS建立了碟形弹簧自复位钢框架梁柱节点的有限元模型，并根据理论分析结果和现有的试验数据验证了该模型的准确性，从而得到该节点的M-θ曲线。在此基础之上，对影响碟形弹簧自复位钢框架梁柱节点受力性能的主要因素进行了参数分析。分析结果表明，腹板摩擦装置的螺栓预紧力和摩擦系数对自复位节点开口弯矩、抗弯承载力、耗能能力和复位能力的影响较大，但对节点初始刚度和开口后刚度的影响较小；弹簧预压力对自复位节点开口弯矩、抗弯承载力和复位能力的影响较大，而对耗能能力的影响较小；弹簧刚度对自复位节点抗弯承载力、开口后刚度和复位能力的影响较大，而对节点开口弯矩和初始刚度的影响较小。 （3）在碟形弹簧自复位节点受力性能分析的基础之上，将其应用到钢框架结构，形成碟形弹簧自复位钢框架结构，并通过时程分析法对比分析了普通钢框架结构与碟形弹簧自复位钢框架结构的地震响应。结果表明，碟形弹簧自复位钢框架结构的层间位移角普遍大于普通钢框架结构，但二者均能满足抗震设防要求；自复位钢框架结构的基底剪力和加速响应均小于普通钢框架结构。 （4）碟形弹簧自复位钢框架结构的残余变形明显小于普通钢框架结构，具有较好的自复位能力；在大震之后，自复位钢框架仍具有较好的可修复性。
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