摘要
外露式钢柱脚广泛应用于中低层钢结构框架中。然而，普通的外露式柱脚的滞回曲线具有明显的捏缩效应，耗能能力差，难以实现震后快速修复。本文基于韧性防灾和性能化设计需求，设计出三种损伤方式不同的保险丝连接板外露式钢柱脚柱脚节点，采用试验研究、理论分析和有限元模拟等方法，研究柱脚的受力机制并提出承载力计算方法。 对设置三种保险丝连接板的8个摇摆钢柱脚的抗震性能试验研究。柱脚损伤主要控制在保险丝连接板和锚栓处。拉压型柱脚以保险丝削弱段宽厚比、横截面面积以及轴压比为参数，结果表明柱脚的抗弯承载力及耗能能力与保险丝削弱段宽厚比成反比，与保险丝削弱段横截面面积成正比；自复位能力与保险丝削弱段宽厚比成反比，与保险丝削弱段横截面面积成反比。剪切型柱脚具有较好的承载力以及耗能能力，通过改变保险丝削弱段的肢宽，能够提高柱脚的抗弯承载力和耗能能力。隅撑型柱脚整体的抗弯承载力、耗能能力以及自复位能力均能够表现出良好的性能优势。 结合柱脚的变形特点和试验现象先对柱脚的受力机制进行了分析，提出了基于理论的弯矩-转角曲线。理论滞回曲线对实际的试验滞回曲线具有较好的包络性，能够反映出实际曲线的特征点情况。根据每种保险丝连接板的受力特点推导了屈服承载力、极限承载力和初始刚度的理论计算公式，并结合试验结果进行了数据对比，验证其准确性。经过对比分析，理论计算结果与试验结果误差在15.0%，表明可用提出的理论计算公式估算摇摆钢柱脚的抗弯承载力。 完成了对设置三种保险丝连接板摇摆钢柱脚的理论分析参数分析。提出了三种柱脚承载力计算公式和滞回曲线模型。根据柱脚的受力特性，建立了三种摇摆钢柱脚节点的简化数值模型。有限元模型结果与试验结果误差均在15%以内，具有较好的精度。根据上述模型对三种摇摆钢柱脚节点进行了进一步的参数分析，研究了柱顶轴压比以及三种类型保险丝连接板的几何尺寸对各自柱脚节点性能的影响。 通过有限元模拟的方式，建立四层钢支撑框架数值模型，柱脚采用拉压型损伤可控摇摆钢柱脚节点，并提出了摇摆框架的工作原理和性能目标。通过与固结钢框架进行损伤对比发现，采用摇摆柱脚节点能够避免主体框架结构屈服，控制损伤集中在耗能构件处。通过拟静力循环加载验证了框架的受力性能，得出了整体抗弯曲线由两个钢支撑框架和钢连梁共同叠加构成。
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