不同参数变量对SRC柱-H型钢梁组合节点的抗震性能影响

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装配式建筑作为建筑产业化的一种重要建造形式和载体,发展装配式是解决建筑设计、生产和施工管理之间相互脱节的有效途径,对于缓解目前国内用工供需不平衡、劳动力成本上升和人口老龄化等现实问题也有着重要意义。节点作为装配式结构体系中的核心部位,节点连接的抗震性能一直是国内外学者研究的重难点。本文利用拟静力试验对3个型钢混凝土柱-H型钢梁组合节点的抗震性能进行研究,基于试验研究基础上利用有限元软件ABAQUS建立有效模型,对该节点的抗震性能进行系统的分析研究,主要的研究内容和成果如下:(1)对3个节点试验件进行拟静力试验,研究不同节点盖板长度对节点抗震性能的影响规律,主要分析节点的破坏形态、承载力、耗能和刚度等抗震性能指标。结果表明:3个节点试验件均为梁铰破坏机制,符合“强柱弱梁”抗震设计原则;试验件的滞回曲线均呈现梭形,较为饱满,且等效粘滞阻尼系数均大于0.3,耗能能力较为优异;节点盖板长度的增加可有效提高节点承载力,但延性略有下降。(2)在拟静力试验研究基础上,利用有限元软件ABAQUS对节点试件的抗震性能进行模拟分析。结果表明:有限元模型最终为梁铰破坏机制,和试验件的破坏形态基本一致,模拟所得滞回曲线、骨架曲线和试验件曲线吻合度较高,由骨架曲线提取的特征点值和试验件结果进行对比,误差基本在5%以内,验证了有限元模型的可行性和可靠性,明确了节点的应力分布情况,为进一步探究不同参数变量对该节点抗震性能的影响规律奠定理论基础。(3)基于ABAQUS建立的有效模型,研究单调加载下,节点盖板长度、钢梁削弱形式和柱轴压比对节点受力性能的影响规律。结果表明:不同节点盖板长度(150mm~350 mm)模型最终破坏均发生在翼缘连接板处,和节点试验件破坏形态一致,节点盖板长度增加可提高节点承载力,但延性有所下降。不同钢梁削弱形式对节点受力性能影响较大,各模型均为梁铰破坏机制,符合节点抗震设计原则;钢梁翼缘削弱形式对节点承载力和延性提升显著;钢梁腹板削弱形式对节点受力性能影响较小,建议后期适当加大腹板削弱直径,设置环形加劲肋进行深入研究;钢梁翼缘加腹板削弱模型的延性性能较为优异,但该形式的腹板削弱直径超过70 mm时,节点承载力有所下降。柱轴压比(0.15~0.5)增加使节点屈服程度更高,加快了节点的破坏速度,建议轴压比控制在0.3以内,保证节点连接的稳定性。(4)基于ABAQUS建立的有效模型,进一步探究节点盖板长度、钢梁削弱形式和柱轴压比在往复加载下对节点抗震性能的影响规律。结果表明:不同节点盖板长度均为梁铰破坏机制,节点盖板长度增加能有效提高节点承载力,但节点盖板长度大于300 mm时,节点延性和耗能下降明显,尤其是节点盖板长度为350 mm时,柱节点核心区出现弯曲破坏,不利于节点连接的稳定性,这点在抗震设计中应该避免。钢梁翼缘削弱形式和翼缘加腹板削弱直径70 mm模型的最终破坏位置均发生在翼缘连接板处,且削弱模型的滞回性能、承载力等和未削弱模型相差较小,证明了削弱节点模型的稳定性;钢梁翼缘加腹板削弱直径80 mm和90 mm模型的最终破坏位置在钢梁削弱处,耗能能力有较大提升,但延性性能下降显著,建议该形式模型的腹板削弱直径控制在70 mm以内。柱轴压比模型均为梁铰破坏机制,符合节点设计初衷,轴压比的增加使节点屈服程度更高,耗能提升明显,但轴压比过大导致节点延性下降较多,建议轴压比控制在0.3以内。本文研究成果可为推进装配式型钢混凝土组合结构的工程应用提供参考意见。
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