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腋板加强型节点空间钢框架动力时程特性及抗震性能深度剖析

一、绪论

1.1研究背景与意义

随着现代建筑技术的迅猛发展，钢结构凭借其强度高、自重轻、施工速度快、可回收利用等诸多优势，在建筑领域得到了广泛的应用。从高层重型钢结构建筑，如上海环球金融中心，到跨度大、空间开阔的体育场馆，如鸟巢，再到轻钢结构的工业厂房和住宅，钢结构的身影无处不在。钢结构的应用范围不断扩大，不仅满足了现代建筑多样化的功能需求，还推动了建筑行业向绿色、高效、可持续的方向发展。

在钢结构中，节点作为连接各个构件的关键部位，对结构的整体性能起着至关重要的作用。节点的性能直接影响到结构的承载能力、刚度、稳定性和抗震性能等。腋板加强型节点作为一种有效的节点加强形式，通过在节点处设置腋板，能够显著提高节点的承载能力和刚度，有效减小节点的挠度和变形，提升节点的耐久性和稳定性。在大跨度钢桥、工业建筑等对结构性能要求较高的工程中，腋板加强型节点得到了广泛的应用。研究表明，与普通节点相比，腋板加强型节点在承受水平载荷和垂直载荷时都具有更好的受力性能，能够更好地满足结构在各种工况下的使用要求。

在地震等自然灾害频发的背景下，结构的抗震性能成为了工程领域关注的焦点。动力时程分析作为一种重要的结构抗震分析方法，能够考虑地震动的时间历程和结构的非线性动力响应，更加真实地反映结构在地震作用下的受力和变形情况。通过动力时程分析，可以得到结构在地震过程中的位移、速度、加速度、内力等响应，从而评估结构的抗震性能，为结构的抗震设计和加固提供科学依据。对于腋板加强型节点空间钢框架，开展动力时程分析具有重要的现实意义，能够深入了解其在地震作用下的力学性能和破坏机制，为优化节点设计、提高结构的抗震能力提供理论支持。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究进展

国外对于腋板加强型节点空间钢框架的研究起步较早，在节点设计、力学性能、动力特性等方面取得了一系列成果。

在节点设计方面，美国钢结构协会（AISC）设计指南提出了非对称腋板加强型节点的计算模型和设计方法，针对梁下翼缘设置腋板给出了解释公式，为节点设计提供了重要参考。通过对不同腋板尺寸和布置方式的研究，发现合理设置腋板可以有效改善节点的受力性能。在一项针对大跨度钢桥节点的设计研究中，采用优化后的腋板加强型节点，使得节点的承载能力提高了20%以上，显著增强了结构的稳定性。

在力学性能研究方面，众多学者通过试验和数值模拟相结合的方法，深入分析了腋板加强型节点在各种荷载作用下的力学行为。研究表明，腋板的存在显著改变了梁端剪力的传递机理和梁加腋区的弯矩分布规律，使得大部分梁端剪力通过腋翼缘传递给柱，大大降低了梁端焊缝处的应力水平，有效防止了节点的脆性破坏。有学者对腋板加强型节点进行了单调加载试验，结果表明该节点具有较高的承载能力和良好的延性，在达到极限荷载后，节点仍能保持一定的变形能力，不会发生突然的脆性断裂。

在动力特性研究方面，国外学者利用先进的测试技术和数值模拟方法，对腋板加强型节点空间钢框架在地震、风振等动力荷载作用下的响应进行了研究。通过振动台试验和时程分析，发现腋板加强型节点能够有效提高结构的抗震性能，减小结构在地震作用下的位移和加速度响应。在对一座采用腋板加强型节点的高层建筑进行风振响应分析时，结果显示该结构在强风作用下的振动幅度明显小于普通节点结构，验证了腋板加强型节点在提高结构抗风性能方面的有效性。

1.2.2国内研究现状

国内对腋板加强型节点空间钢框架的研究也在不断深入，在理论研究、试验分析、工程应用等方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处。

在理论研究方面，国内学者在借鉴国外研究成果的基础上，结合国内工程实际情况，对腋板加强型节点的设计理论和计算方法进行了深入研究。通过对对称腋板加强型节点的受力分析，推导了塑性铰外移计算式，并利用有限元软件进行了验证，为节点设计提供了理论依据。部分学者还对腋板加强型节点在复杂受力状态下的力学性能进行了理论分析，提出了一些新的设计理念和方法，为节点的优化设计提供了新思路。

在试验分析方面，国内开展了一系列关于腋板加强型节点空间钢框架的试验研究，包括节点的单调加载试验、低周反复加载试验、振动台试验等。通过试验，研究了节点的破坏模式、承载能力、变形性能、耗能能力等力学性能，为理论研究和工程应用提供了数据支持。某高校进行的腋板加强型节点空间钢框架振动台试验，全面分析了结构在不同地震波作用下的动力响应，揭示了结构的抗震薄弱环节，为结构的抗震设计和加固提供了重要参考。

在工程应用方面，随着钢结构在建筑领域的广泛应用，腋板加强型节点在一些大型工程中得到了应用。在一些大跨度体育场馆、工业厂房等项目中，采用腋板加强型节点有效地提高了结构的性能和安全性。但在实际应用中，还存在一些问题，如节点设计不合