圓鋼管混凝土柱環(huán)梁式節(jié)點抗震性能試驗及傳力機理分析.pdf

1、由于高強混凝土和泵灌混凝土技術(shù)的發(fā)展，力學(xué)性能優(yōu)越的鋼管混凝土柱在高層建筑中得到廣泛應(yīng)用。除了鋼梁外，我國鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系中也采用鋼筋混凝土梁，相應(yīng)的柱和梁連接節(jié)點的設(shè)計成為推廣這類結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵之一。與傳統(tǒng)框架梁柱節(jié)點不同，構(gòu)件(鋼管混凝土柱和鋼筋混凝土梁)性質(zhì)的不同造成了相應(yīng)連接節(jié)點的復(fù)雜性。尋求一種抗震性能好且施工制作簡便的鋼管混凝土柱-鋼筋混凝土梁連接節(jié)點成為亟待解決的問題。
　　 本文從傳力機理上對目前工程中使用的連接節(jié)

2、點進行了分類，其中抗剪設(shè)計分為內(nèi)部法和外部法，抗彎設(shè)計分為直接法和間接法。由于施工制作簡便，采用內(nèi)部法抗剪和間接法抗彎的環(huán)梁式節(jié)點受到極大關(guān)注。該節(jié)點在節(jié)點區(qū)鋼管柱上焊接環(huán)肋(螺紋鋼或方鋼)，同時緊貼鋼管柱設(shè)置封閉的外包鋼筋混凝土環(huán)形梁以連接框架梁，依靠環(huán)梁、環(huán)肋和柱之間的相互作用來傳遞梁端彎矩和剪力。本文以環(huán)梁式節(jié)點為研究對象，在評述研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進行了試驗研究和有限元分析，深入探討了傳力機理，提出了環(huán)梁設(shè)計方法。
　　

3、首先設(shè)計了空間框架梁柱節(jié)點抗震試驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用梁端主動加載模式，即通過梁端連接的推拉油壓千斤頂主動施加豎向剪力；設(shè)置柱端空間球鉸支座和梁端套箍式球鉸支座以模擬實際結(jié)構(gòu)中的反彎點；選用各梁端推拉油壓千斤頂油路連通的加載規(guī)則；提出試驗數(shù)據(jù)處理方法，即將各梁端荷載-位移曲線轉(zhuǎn)換成一條宏觀曲線以反映試件整體受力性能。
　　 接著利用自主研發(fā)的試驗系統(tǒng)對環(huán)梁式節(jié)點進行了偽靜力加載，試驗研究參數(shù)為節(jié)點形式、環(huán)梁配筋量和節(jié)點構(gòu)造。通過荷載

4、-位移曲線分析了節(jié)點抗震性能，結(jié)果表明，環(huán)梁必須配置足夠的縱筋和箍筋以傳遞外荷載，兩者缺一不可；內(nèi)柱、邊柱和角柱節(jié)點性能差異不明顯；環(huán)梁和框架梁交界處采用圓弧過渡并配置過渡筋的改進措施，對節(jié)點受力性能影響較小?；阡摻顟?yīng)變曲線和破壞模式分析了環(huán)梁受力特點，結(jié)果表明，雖然軸拉力為環(huán)梁主要內(nèi)力之一，但環(huán)梁內(nèi)力和環(huán)梁內(nèi)壁-鋼管混凝土柱外壁相互作用沿圓周方向呈現(xiàn)不同特點，當(dāng)相鄰框架梁端彎矩方向相同，則該區(qū)域環(huán)-柱相互作用較強，環(huán)梁截面繞豎直軸彎

5、矩M2作用明顯，當(dāng)相鄰框架梁端彎矩方向相反，則該區(qū)域環(huán)-柱相互作用較弱，環(huán)梁截面扭矩Tx和繞水平軸彎矩My作用明顯。定性分析表明，在傳遞梁端彎矩和剪力時，環(huán)梁內(nèi)壁和鋼管混凝土柱外壁會產(chǎn)生擠壓作用，同時環(huán)梁自身產(chǎn)生復(fù)雜的內(nèi)力，即拉、彎、剪和扭的組合。
　　 為了彌補試驗研究參數(shù)的不足，利用有限元軟件Patran/Marc進行了非線性單調(diào)加載分析，補充參數(shù)包括外荷載性質(zhì)、樓板、軸壓比和鋼管柱直徑。根據(jù)受力特點和幾何構(gòu)型，劃分了環(huán)梁關(guān)

6、鍵截面和相應(yīng)的環(huán)-柱相互作用區(qū)域，定義了反映環(huán)梁內(nèi)力和環(huán)-柱相互作用特點的特征參數(shù)以及關(guān)鍵截面內(nèi)力系數(shù)。數(shù)值分析結(jié)果表明，與豎向荷載相比，水平荷載作用下，環(huán)梁截面軸拉力Nx和豎向剪力Vy均會顯著增大；樓板參與受拉時，環(huán)梁截面軸拉力會顯著降低：軸壓比對節(jié)點受力無不利影響；鋼管柱直徑會影響到節(jié)點整體受力性能和環(huán)梁內(nèi)力特點。環(huán)梁關(guān)鍵截面內(nèi)力隨環(huán)梁寬度與鋼管柱直徑的比值呈較強的線性變化趨勢。
　　 試驗研究和有限元分析表明，環(huán)梁應(yīng)按組合