部分高度端板半刚性薄钢-混凝土组合节点受力性能研究

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近年来,国内外对薄壁钢管混凝土柱进行了大量的研究,薄钢-混凝土组合梁也进行了一些研究,薄钢-混凝土组合梁柱刚性节点和铰接节点亦有少数研究;但现有梁柱节点中的薄壁钢梁和钢柱的连接需要在施工现场焊接,施工速度慢且施工质量难以保证,严重的制约着这种新型结构的应用和发展;其次半刚性薄钢-混凝土组合梁柱节点尚无详细的研究。针对上述问题,本文提出了一种新型半刚性薄钢-混凝土组合梁柱节点,节点中的柱为薄壁设肋方钢管混凝土柱,梁为薄壁卷边工字钢-混凝土组合梁,梁柱通过焊接在钢梁下翼缘的部分高度端板用穿芯高强螺栓连接在一起。本文对这种新型节点进行了试验研究、有限元分析和理论分析,主要完成的工作有:  (1)进行了4个薄壁设肋方钢管混凝土柱穿芯高强螺栓抗剪性能的试验研究,研究了柱钢管壁上螺栓孔的大小、是否隔离穿芯高强螺栓与混凝土之间的粘结力及穿芯高强螺栓中的预拉力对穿芯高强螺栓抗剪性能的影响。研究了钢管混凝土柱穿芯高强螺栓在剪切荷载作用下的计算模型。基于钢管混凝土柱穿芯高强螺栓在剪切荷载作用下可能出现的破坏模式,对穿芯高强螺栓的抗剪性能和穿芯高强螺栓在拉剪联合作用下的受力性能进行了研究。  (2)进行了5个部分高度平齐式端板半刚性薄钢-混凝土组合梁柱节点在负弯矩作用下的试验研究,节点的主要变化参数为混凝土板中纵向钢筋的配筋率和节点类型。重点研究:这种新型节点的弯矩-转角特性,以及节点是否具有结构塑性内力重分布时所要求的抗弯承载力和转动能力;边缘加劲板件的非弹性稳定和非弹性变形能力;梁柱连接处组合梁横截面上的剪力分配及混凝土板的抗剪性能;边柱节点中混凝土悬挑板和钢管混凝土柱之间的相互作用及悬挑板的受力性能等。  (3)进行了8个部分高度外伸式端板半刚性薄钢-混凝土组合梁柱节点在单调或往复荷载作用下的试验研究,节点的主要变化参数是混凝土板中纵向钢筋的配筋率、节点类型、节点的受荷方式和荷载类型。重点研究:这种新型节点的弯矩-转角特性,以及节点是否具有结构塑性内力重分布时所要求的抗弯承载力和转动能力;正弯矩承载力大于负弯矩承载力的,正、负弯矩承载力约相等和负弯矩承载力大于正弯矩承载力的节点滞回特性和抗震性能;边缘加劲板件在单调或往复荷载作用下的非弹性稳定和非弹性变形能力;节点在正负弯矩作用下梁柱连接处组合梁横截面上的剪力分配及混凝土板的抗剪性能;混凝土板和钢管混凝土柱之间的相互作用及混凝土板的受力性能;薄钢-混凝土组合悬挑板的受力性能等。  (4)运用非线性有限元软件ABAQUS6.5建立了22个部分高度平齐式端板半刚性薄钢-混凝土组合梁柱节点的有限元模型,重点研究了混凝土板中的配筋率、混凝土板与钢梁之间的组合作用、部分高度平齐式端板的高度、穿芯高强螺栓距钢梁受压翼缘(即下翼缘)之间的距离、部分高度平齐式端板的厚度和柱轴压比等对这种新型节点在负弯矩作用下的弯矩-转角特性的影响和端板的厚度对这种新型节点在正弯矩作用下的弯矩-转角特性的影响。  (5)运用非线性有限元软件ABAQUS6.5建立了9个部分高度外伸式端板半刚性薄钢-混凝土组合梁柱节点的有限元模型,重点研究了混凝土板中纵向受拉钢筋的面积、螺栓中的预拉力、部分高度外伸式端板的厚度、部分高度外伸式端板的高度及部分高度外伸式端板上螺栓孔的布置对这种新型节点弯矩-转角骨架曲线的影响。(6)基于组件法的思想,对部分高度端板半刚性薄钢-混凝土组合梁柱节点在正负弯矩作用下的初始转动刚度和抗弯承载力的计算公式进行了研究。根据EC4,对节点依初始转动刚度的分类和节点的转动能力进行了研究。
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