装配式模块化钢框架模块间内套筒连接节点力学性能研究

对装配式模块化钢框架模块间内套筒连接节点进行有限元数值模拟,研究了内套筒与柱壁间隙、内套筒厚度以及内套筒长度对节点承载力的影响,分析了柱壁与内套筒接触力的形成机理和理论计算公式,推导了内套筒与柱壁的接触力计算公式,并与有限元数值计算结果进行对比。研究表明:内套筒与柱壁之间的预留间隙对节点承载力、应力分布以及接触力影响显著,当内套筒与柱壁无间隙时,节点区域柱壁应力分布较为均匀,随预留安装间隙增加,内套筒与柱壁形成不均匀接触应力,节点承载力下降,建议内套筒与柱壁之间的预留间隙不宜超过4 mm;当内套筒厚度大于柱壁厚度时,节点应力分布较为均匀,建议内套筒厚度宜大于柱壁厚度1~2 mm;适当增加内套筒长度有利于节点应力均匀分布,提高节点承载力,建议内套筒应外伸上层梁翼缘和下层梁翼缘各30~50 mm;柱壁与内套筒接触力理论计算式与数值计算结果的误差约为10%,这是由于算式忽略了柱子轴向弯曲变形的影响。

模块化装配式钢框架柱的计算长度系数研究

模块化建筑因装配化程度高、回收利用率高、环境干扰少等显著优点已成为当前建筑工业的研究热点。与传统钢框架节点不同,模块结构节点由十六梁、上下八柱组成,节点汇交杆件多,梁对柱的约束作用较强。为研究模块结构中双层梁对柱的约束作用,利用ABAQUS建立模块结构有限元计算模型进行分析。计算结果表明:模块柱在双层梁约束作用下,计算长度系数平均值与单层梁相比减小约4.1%,临界荷载提高约8.4%,双层梁对柱的约束作用与单层梁相比有所增强,模块柱稳定分析时应考虑双层梁的约束贡献;提出引入约束作用系数γ_(0)以考虑双层梁对模块柱实际工况的约束贡献,且可以简化计算;约束作用系数取0.95,修正后的模块柱计算长度系数公式与有限元结果基本吻合,可与实际工况取得较好一致性,建议采用修正公式计算模块柱计算长度系数。

模块化装配式钢框架结构简化计算模型及动力特性分析

模块化建筑作为预制程度最高的一种建筑结构体系,以其装配化程度高、施工速度快、环境干扰少、模块质量可控且隔声、防火、保温性能优良、可拆卸重复利用、绿色环保等显著优势成为建筑工业化的研究热点。我国在模块化建筑的研究与应用方面取得了一定成果,但针对模块化结构的研究大多集中在模块化节点和构件上,缺乏多高层模块结构在风、地震等荷载工况下的整体性能研究。为此,将对采用板式内套筒节点的模块化装配式钢框架进行整体结构的设计与分析,研究地震作用下结构的抗震性能。为便于整体结构建模分析,根据模块间连接节点构造形式和传力特点对节点简化方式进行了研究,提出了模块化板式内套筒节点简化计算模型并与相应的实体模型做对比以进行合理性验证;采用MIDAS/Gen 2020建立模块化钢框架整体结构计算模型,对结构进行反应谱分析,并将计算结果与现行国家标准限值进行对比;研究了地震作用下模块化钢框架的结构动力响应,采用弹性及弹塑性时程分析法对结构进行抗震性能分析,探讨结构的屈服机制及塑性铰开展情况。研究结果表明:1)提出的模块化节点简化计算模型与实体模型应力分布规律一致,破坏形态相同,二者破坏模式均为模块梁屈服,梁端产生塑性铰破坏,且两者的荷载-位移曲线相近,弹性阶段的刚度相差不大,简化模型的初始刚度约为实体模型的0.84~0.91倍,在相同荷载作用下,简化模型的位移变形更大;进入弹塑性阶段后,实体模型的屈服荷载和极限承载力均大于简化模型,验证了简化计算模型是合理且偏于安全的;2)反应谱分析得到的模块化钢框架结构的周期振型、顶点位移、层间位移角和应力比等相关力学性能指标均满足抗震设计要求,结构的用钢量为84.02 kg/m^(2),处在合理用钢量范围内,整体结构的设计是合理的;3)模块化钢框架结构的弹塑性分析表明,罕遇地震下大部分结构构件仍处在线弹性阶段,只有少量构件达到屈服,塑性铰主要集中在模块梁端且模块梁先于模块柱屈服,结构属于“强柱弱梁”体系,在罕遇地震下具有良好的抗震性能。