平齐端板连接节点抗震性能指标评估与弯矩-转角曲线预测研究.pdfVIP

摘要

平齐端板节点是装配式钢框架结常用的梁柱节点，其对钢框架结构的抗震性能

有重要影响。目前，围绕平齐端板节点的研究主要集中在力学性能方面，对其地震

下的损伤演变过程研究较少。因此，本文通过试验研究、数值模拟、理论研究和机

器学习，对节点承载能力、损伤指标等进行研究，并建立平齐端板节点M-θ曲线的

计算模型及预测方法。本文完成的工作具体如下：

（1）设计并制作了6个平齐端板节点试件并进行拟静力试验，研究了端板厚

度、柱翼缘厚度和螺栓直径、数量及排列方式等对节点破坏模式、极限抗弯承载力、

滞回性能、梁截面中和轴位置等的影响规律。结果表明：节点的主要破坏模式为端

板翘曲、柱翼缘屈曲和螺栓破坏；极限抗弯承载力和延性系数均随端板厚度、柱翼

缘厚度和螺栓直径的增加而提高；采用6个高强螺栓（M14或M16）的节点通过合

理布置，其耗能能力大于采用4个M20高强螺栓的节点；梁截面中和轴位置靠近受

压梁翼缘与规范有一定差异。

（2）建立节点试件的数值模型，得到节点M-θ曲线并与试验结果进行对比分

析，验证有限元建模的有效性，并对平齐端板节点进行参数分析。结果表明：增加

端板厚度虽然会在一定程度上提高节点抗弯承载力，但会降低节点的转动能力和延

性；节点初始转动刚度、极限抗弯承载力和延性系数均随柱翼缘厚度的增加而变大；

螺栓直径较小时，节点初始转动刚度、极限抗弯承载力和节点延性系数随的螺栓直

径增加而变大，但螺栓直径达到一定（本文达到M24）程度时，节点转动刚度和极

限抗弯承载力基本不受螺栓直径的影响，节点延性系数出现下降趋势。

（3）通过收集已有的国内外试验数据，结合GB50011-2010《建筑抗震设计规

范》和JGJ99-2015《高层民用建筑钢结构技术规程》抗震性能设计指标，引入转角

系数研究节点损伤过程，并将节点损伤状态划分为基本无损（含无损）、轻度损伤、

中度损伤、重度损伤和节点失效。结合中、美、欧三国规范对端板厚度和螺栓直径

的设计规定，提出平齐端板厚度不宜小于12mm和高强螺栓宜优选M20的设计建议。

（4）建立人工反向传播神经网络（BP-ANN），分别采用L-M算法和贝叶斯正

则化算法对该神经网络进行训练，最终选用L-M算法训练得到的神经网络并进行了

验证。结果表明，该神经网络能较好的预测节点极限转角。结合已有CECS260：

2009《端板式半刚性连接钢结构技术规程》、欧洲规范EC3以及已有研究，建立预

测平齐端板节点M-θ曲线的方法，通过以往试验验证了该预测方法的可靠性。

关键词：平齐端板节点；拟静力试验；损伤演变；机器学习；M-θ曲线

Abstract

Flushend-platejointisacommonlyusedbeam-columnconnectioninprefabricated

steelframestructures,whichhasasignificantimpactontheseismicperformanceofsteel

framestructures.Currently,researchonflushend-platejointsmainlyfocuseson

mechanicalproperties,withlessattentionpaidtothestudyoftheirdamageevolution

underseismicevents.Therefore,thispaperconductsexperimentalresearch,numerical

simulation,theoreticalresearch,andmachinelearningtostudythejointbearingcapacity,

damageindicators,etc.,andattemptstoestabl