中空夾層方鋼管混凝土柱半剛性組合節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)與理論研究.pdf

1、中空夾層鋼管混凝土是一種新型鋼-混凝土組合構(gòu)件,包括兩根同心鋼管和鋼管之間的夾芯混凝土。相比與傳統(tǒng)的鋼管混凝土,中空夾層鋼管混凝土具有重量更輕、抗彎剛度更大、抗震性能和耐火性能更好等優(yōu)點(diǎn)。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)中空夾層鋼管混凝土構(gòu)件研究較多,但對(duì)由其組成的節(jié)點(diǎn)和框架的研究較少。一個(gè)重要原因是雙層鋼管作為閉合截面,采用常規(guī)構(gòu)造與鋼梁連接較為困難,同時(shí)現(xiàn)有剛性連接方式不能保證梁端荷載有效地向柱傳遞。高強(qiáng)單邊螺栓是一種可以單向擰緊的緊固件,使用高強(qiáng)單

2、邊螺栓連接有望解決此問(wèn)題。同時(shí),高強(qiáng)單邊螺栓可以極大的節(jié)約安裝成本減少安裝時(shí)間,適應(yīng)建筑裝配式發(fā)展需求。因而,本文提出了使用高強(qiáng)單邊螺栓和端板連接的中空夾層鋼管混凝土柱組合節(jié)點(diǎn)。通過(guò)試驗(yàn)和有限元模擬分析,研究了該類(lèi)節(jié)點(diǎn)在循環(huán)荷載作用下的力學(xué)性能和破壞機(jī)理,主要研究工作如下:
　　(1)開(kāi)展了4組中空夾層方鋼管混凝土柱組合節(jié)點(diǎn)的擬靜力試驗(yàn)。以柱截面空心率和端板形式為主要參數(shù),采取柱端加載的模式,探究了此類(lèi)節(jié)點(diǎn)的破壞模式和抗震性能。結(jié)

3、果表明:研究節(jié)點(diǎn)具備較高的承載力和初始剛度,延性和耗能能力良好,且根據(jù)歐洲規(guī)范EC3和EC4該節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)出半剛性特征。
　　(2)以試驗(yàn)為原型,使用有限元軟件ABAQUS創(chuàng)建了中空夾層方鋼管混凝土柱組合節(jié)點(diǎn)在循環(huán)荷載作用下的有限元分析模型。通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比,驗(yàn)證了有限元分析計(jì)算模型可靠性和精度。在此基礎(chǔ)上選取典型試件進(jìn)行了非線性全過(guò)程分析,研究了在荷載(P)-位移(△)關(guān)系骨架曲線各特征點(diǎn)處節(jié)點(diǎn)組件的應(yīng)力分布和破壞模式,揭示了此

4、類(lèi)節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下的受力機(jī)理。
　　(3)建立了中空夾層方鋼管混凝土柱組合節(jié)點(diǎn)的參數(shù)分析模型,深入探究了柱截面空心率、螺栓直徑和樓板配筋率等16個(gè)參數(shù)對(duì)方中空夾層鋼管混凝土柱組合此類(lèi)節(jié)點(diǎn)受力性能的影響。
　　(4)在試驗(yàn)研究和有限元分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合目前端板連接矩形鋼管混凝土組合節(jié)點(diǎn)的相關(guān)研究成果,提出了中空夾層方鋼管混凝土柱組合節(jié)點(diǎn)的承載力公式。通過(guò)有限元模擬,探討了改善節(jié)點(diǎn)受力性能的構(gòu)造措施。
　　研究成果