预制钢管混凝土柱-H型钢梁全装配节点抗震性能研究

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目前,钢管混凝土柱-H型钢梁节点已经在高层建筑、地下结构等领域被广泛的推广和应用。然而现行研究多集中于传统现浇施工方式,而对于实现预制的钢管混凝土柱-H型钢梁节点方面的研究较少。基于此,本文提出一种预制钢管混凝土柱-H型钢梁全装配节点,通过内置连接件、H型钢连接件、螺栓等部件实现节点区域的装配式连接,该节点形式避免了现场浇筑和现场焊接,具有设计简单、施工周期短、装配化和耗能能力强等优点。本文采用试验研究、数值模拟和理论分析三种方法,对预制钢管混凝土柱-H型钢梁全装配节点进行了抗震性能研究,主要完成的工作和研究成果如下:(1)对2个预制钢管混凝土柱-H型钢梁全装配节点和1个传统穿芯螺栓连接式的现浇钢管混凝土柱-H型钢梁节点进行了低周往复荷载作用下的抗震性能试验对比研究。研究节点的破坏过程、荷载-位移曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、强度退化曲线、延性系数、耗能系数、关键点应变、弯矩-转角曲线等试验现象及耗能指标。试验结果表明,新型全装配式节点的抗震性能较好,核心区端板厚度对新型全装配节点的破坏形式、转动能力和抗震性能指标影响较大。(2)考虑节点核心区钢管柱壁厚度、端板厚度、梁柱线刚度比、柱截面等参数对预制钢管混凝土柱-H型钢梁全装配节点抗震性能的影响,开展参数化数值分析。对比模拟结果与试验结果,分析上述参数变化对节点域破坏形式和抗震性能指标的影响规律。结果表明,数值模拟结果和试验结果比较吻合,核心区钢管柱壁厚度过大会对节点的耗能能力和核心区变形影响较大,端板厚度和梁柱线刚度比的变化对节点的破坏模式、核心区变形和抗震指标均有很大影响,增大柱截面高宽比只对核心区柱受力情况和节点耗能能力影响较大。(3)对预制钢管混凝土柱-H型钢梁全装配节点的破坏模式、受力机理进行理论分析研究。建立了适用于该新型全装配式节点的初始转动刚度计算模型,推导了初始转动刚度计算公式,分析了节点内关键部件对初始转动刚度的影响规律,确定了节点核心区钢管柱壁、端板、螺栓、钢梁等部件之间的刚度匹配关系。
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