钢管束组合结构剪力墙与钢梁节点抗震性能研究

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我国现有的钢板剪力墙结构体系中,钢板剪力墙仅作为抗侧力构件,两侧设置边缘构件,节点多为梁柱节点,矩形钢管混凝土梁柱节点对于本文节点研究有一部分的借鉴意义,国内普遍使用的钢管混凝土柱—钢梁连接节点包括以下几种:内隔板式节点,外肋环板节点,外环板式节点,隔板贯通式节点。基于钢管束组合结构剪力墙体系中,不再设置边缘构件,钢梁节点直接与墙体相连,我国学者对钢板剪力墙与钢梁的连接节点几乎少有研究。从构造简单,受力明确、施工高效等方面考虑,设计了两种类型的节点进行研究。为了解墙梁节点的传力、抗震等性能,通过钢管束组合结构剪力墙墙梁节点的抗震特性试验研究,为未来结构计算提供试验数据参考。基于钢管束组合结构剪力墙的研究,对钢管束组合结构剪力墙的墙梁节点进行了抗震性能试验研究,对两种构造形式的四组足尺墙梁节点构件进行了低周往复荷载试验,分析了每个构件的破坏过程和破坏机理,进而对节点的承载能力、刚度退化、延展性和能量耗散能力等抗震性能参数进行了研究和分析。试验结果表明,肋板型节点将塑性铰的产生区域以及梁的区部屈曲移至肋板末端,可见肋板长度影响塑性铰外移位置,屈服区域避开了墙梁交界处,改善了节点核心区的受力性能,有效的避免了节点过早的在翼缘焊缝区域产生破坏,使得肋板型节点具有更高的耗能能力和延展性;从端板型节点的破坏模式来看,破坏源自于翼缘的焊缝区域会出现应力集中,焊缝质量是此类节点的性能保证的关键因素之一。四组试验两种类型的节点具有较好的抗震性能,在往复荷载的作用下表现出较好的延性以及耗能性能,四组试件均出现不同程度的塑性铰,基本符合强节点弱构件的规范要求。使用了ABAQUS有限元软件,根据试验构件的实际尺寸建立了实体单元模型,对墙梁节点进行了抗震性能分析,并与试验结果进行了对比分析。通过对节点区域的有限元分析,揭示了节点域肋板、端板、墙体、梁翼缘腹板处的应力分布规律,验证了钢管束组合结构剪力墙中肋板型墙梁节点、端板型墙梁节点的屈服机制。通过比较有限元结果与实验结果,发现节点实验应力分布与有限元计算应力分布趋势一致,有限元模拟的应力变化规律与试验拟合较好,有限元模拟出现较大应力处与试验破坏位置基本一致。有限元模型分析与试验中的得出的荷载位移曲线都表现为饱满的梭型,由此可以认为钢管束组合结构剪力墙墙梁节点具有良好的抗震性能。
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