部分包裹混凝土柱-型钢梁端板连接空间框架抗震性能研究

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部分包裹混凝土(简称PEC)组合体集钢结构、混凝土结构的优势于一体,因其良好的力学性能、耐火性能及经济性受到越来越多的关注,国内已开展了相关研究。钢结构框架中,端板节点属于典型的半刚性节点,抗震性能强且施工简便,目前已被广泛应用。但近年来,对于PEC柱-型钢梁端板节点框架抗震性能的研究较少,对其力学性能及破坏模式的了解不够深入。因此,开展PEC柱-型钢梁端板节点抗震性能研究是十分必要的。  本文设计制作了1个部分包裹混凝土组合柱-型钢梁端板连接空间框架缩尺试件,对其进行了拟静力加载试验,试验结果表明,框架的破坏模式为强轴框架梁端部撕裂,分析试验数据可知,框架的滞回曲线呈典型的弓形,极限承载力为435.2kN,承载力退化系数稳定在0.92~1.07范围内,刚度退化稳定,延性系数平均值3.22,能量耗散系数在2.10~2.89范围内,各项抗震性能指标均满足规范要求。在此基础上对框架关键部位应变进行分析,结果表明,框架各构件遵从强轴框架梁、加载端柱、梁柱节点区(含端板及节点域)、非加载端柱的屈服次序,屈服机制满足“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的抗震设计要求。  在试验的基础上,利用有限元软件AB AQ US建立空间模型,经试验数据校核数值模拟方法,综合考虑试验现象及框架关键部位应力情况,研究构件截面积、含钢率等因素对该类框架抗震性能的影响,以柱钢板厚度、柱截面、梁截面及端板厚为参数,按 L9(34)正交试验方法设计了9个拓展分析试件,分别进行模拟计算,着重分析了9个模型的滞回性能及中柱节点区应力分布情况,并通过极差法对9个模型的承载力、耗能能力及延性等抗震性能指标进行了对比研究,结果表明,柱截面尺寸是影响此类框架结构抗震性能的主导因素,柱含钢率及梁翼缘厚度增加均可提升结构的抗震性能,端板厚度对抗震性能的影响不大,综合分析得到拓展分析框架中的最优抗震性能组合(mm)为柱腹板、翼缘厚度分别取t1=6和t2=8,柱截面取H×B=175×200,梁截面取H×B×t1×t2=150×100×6×8,端板厚度取tp=18。
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