【摘 要】
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自复位结构是一种能够有效控制结构残余变形的新型结构形式,震后不需或经少量维修即可恢复结构的正常使用功能。本文提出了一种构造简单,自复位性能优异,且具备良好耗能能力的带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点。通过试验研究、数值模拟及理论分析相结合的方法,对带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点的受力机理、破坏形态、抗震性能及自复位性能进行研究,并提出其设计方法。主要内容如下:(1)基于传统的梁
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(51678474):自复位方钢管混凝土框架-密肋网格钢板剪力墙结构的抗震性能与设计方法研究,负责带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点的试验研究、有限元分析和理论研究; 陕西省自然科学基金项目(2018JM5065)
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自复位结构是一种能够有效控制结构残余变形的新型结构形式,震后不需或经少量维修即可恢复结构的正常使用功能。本文提出了一种构造简单,自复位性能优异,且具备良好耗能能力的带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点。通过试验研究、数值模拟及理论分析相结合的方法,对带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点的受力机理、破坏形态、抗震性能及自复位性能进行研究,并提出其设计方法。主要内容如下:(1)基于传统的梁柱节点和已有的自复位梁柱节点,根据自复位性能和震后易于修复的要求,提出了一种带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点形式。该节点利用耗能钢棒耗能,避免了耗能构件对结构自复位性能的影响,减小了对钢绞线预拉力的要求。震后仅需更换耗能钢棒同时调整楔形装置位置即可快速恢复使用功能。(2)对4个自复位节点试件进行拟静力试验,研究其抗震性能、自复位性能、承载能力、受力机理及破坏机制,分析了钢绞线初始预应力、耗能钢棒直径以及是否设置楔形装置对其性能的影响。结果表明:带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点的滞回曲线为典型的“双旗帜型”,具有良好的自复位能力和耗能能力。在4.00%的位移角时,残余变形均小于0.20%,仅耗能钢棒进入塑性,钢梁、钢管混凝土柱及钢绞线基本保持弹性,可实现震后快速修复。增大钢绞线初始预应力,可提高节点的承载力和刚度;增大耗能钢棒直径,可提高节点的承载力;楔形装置可抵消耗能钢棒的塑性变形,使其耗能能力得以充分发挥。(3)采用有限元软件ABAQUS 2017对试验试件进行模拟分析,对比试验与有限元分析得到的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、钢绞线及耗能钢棒的应力变化等指标。有限元结果与试验吻合较好,验证了有限元模拟的合理性及正确性。(4)研究了是否布置楔形装置、耗能钢棒的直径和屈服强度、钢绞线的初始预应力、长度及数量对带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点性能的影响。结果表明:设置楔形装置可以提高节点的承载力和耗能能力;增大耗能钢棒直径或提高耗能钢棒屈服强度可以提高节点的承载力;增大钢绞线初始预应力、减少钢绞线长度或增加钢绞线数量可以提高节点承载力,但会减弱节点的耗能能力;增大钢绞线初始预应力或增加钢绞线数量可提高节点初始刚度。(5)针对节点恢复力模型进行研究,提出了节点恢复力模型计算公式,并通过试验和有限元进行验证,结果吻合较好。基于试验与有限元分析结果,结合理论分析,提出了带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点设计方法。
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