矩形钢管混凝土柱—混凝土梁错层节点抗震性能分析

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随着现代建筑层数和跨度的不断增加,钢管混凝土结构越来越多地被应用到建筑结构当中,并取得了不少傲人的成就;但与此同时,钢管混凝土柱与梁尤其是与混凝土梁的连接节点的研究并不完善,由于节点的受力和变形将严重影响结构的整体抗震性能,因此十分有必要对钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点展开深入的研究。本文以镇江苏宁广场东塔楼工程项目为背景,提出了矩形钢管混凝土柱-混凝土梁搭接式节点,运用大型非线性有限元分析软件ABAQUS,对该节点进行往复荷载作用下的非线性分析,并将分析结果与试验结果进行对比,验证有限元模型的合理性。在此基础上,本文对矩形钢管混凝土柱-混凝土梁搭接式节点开展了参数分析,考察了牛腿长度、配筋率、含钢率、轴压比以及隔板类型对节点抗震性能的影响;此外,本文还考察了不同错开高度对该节点抗震性能的影响,并对矩形钢管混凝土柱-混凝土梁搭接式错层节点的受力特征展开了分析,提出了不同类型错层节点的传力机构及节点核心区剪力的计算公式。研究结果表明:本文建立的有限元模型能够很好地模拟矩形钢管混凝土柱-混凝土梁搭接式节点在实际受力情况下表现出的受力性能,具有很好的适用性和准确性。提高牛腿长度能够加强对梁钢筋的锚固效果也能大幅提升节点的承载力和刚度,对于本文设计的节点取60d时节点耗能最佳;提高梁配筋率和钢管混凝土柱含钢率均能够有效提升节点的承载力和刚度,但节点耗能会相对下降;节点宜取较低的轴压比,以提高节点的承载力和耗能,防止发生长柱压弯破坏;在钢管中添加竖向隔板能够大幅提升节点的承载力、刚度以及耗能。节点的错开高度和加载方向对矩形钢管混凝土柱-混凝土梁搭接式错层节点的受力影响颇大,节点的承载力随错开高度增加呈现出先增加或减小而后稳定的趋势,当错开高度为0.64倍梁高时,节点承载力达到最大。错层节点核心混凝土的传力机构可简化为“斜压杆”模型,第一类错层节点在节点区中部形成一道斜压杆进行剪力传递,第二类和第三类错层节点则形成三道斜压杆进行剪力的传递。对于第一类错层节点,节点的受剪薄弱位置位于节点核心区中部;对于第二类和第三类错层节点,其受剪薄弱位置均位于节点上(下)部。总结本文研究成果,本文对矩形钢管混凝土柱-混凝土梁搭接式平层节点和错层节点的受力特性和抗震性能进行了较为系统的分析,提出了该节点形式的相关设计建议和节点区剪力计算公式,并对未来研究方向和尚需解决的问题提出了建议。
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