装配式RC框架H型钢耗能节点连接件抗震性能试验研究

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装配式混凝土结构具有建造工期短、产品质量高、能源损耗低、环境污染小等优势,是实现建筑业可持续发展的必然选择。而制约装配式混凝土结构发展的一个重要因素是节点连接问题。对于装配式框架结构,梁柱节点更是重中之重,它直接影响着装配式混凝土结构的抗震性能。本文设计了一种H型钢耗能连接件并将其用于预制RC框架混凝土梁柱构件的连接,采用试验研究、数值模拟与理论分析的研究方法对连接件的力学性能进行了详细深入的研究,主要研究内容和结论如下:(1)设计了5个H型钢耗能连接件,对其中的1个试件进行了单调加载测试,对剩余4个试件进行了低周往复加载测试,主要研究了该耗能件在不同尺寸和荷载状态下的破坏形态和承载力、刚度、滞回性能、延性及耗能能力等力学性能。试验结果表明:当试件承受纯剪切荷载作用时,裂缝首先出现在腹板开孔的对角线方向,并随着荷载的增加裂缝进一步延伸至翼缘侧方向;当试件承受弯剪荷载作用时,翼缘首先屈服,裂缝逐渐出现并随着荷载的增加沿开孔对角线方向逐步延伸至腹板。增大翼缘的尺寸可有效提高耗能件的抗弯承载能力和变形能力,耗能能力也能够得到明显提高。(2)利用ABAQUS有限元软件对装配式RC框架H型钢耗能节点连接件进行建模计算,并通过与试验结果对比验证了模型的合理性和可靠性,在此基础上对试件跨高比、翼缘宽度、翼缘厚度、腹板厚度、荷载弯剪比等影响因素进行了扩展分析,探讨了其对试件承载力、破坏模式的影响特点。结果表明:对连接件抗剪承载力影响较大的因素依次为高跨比、腹板的厚度、翼缘的宽度,而改变翼缘的厚度对连接件抗剪承载力影响不大;同时,该连接件的受力状态(弯剪比)对其破坏模式的影响较为显著。当弯剪比为0(纯剪切荷载)或较小时,试件的变形主要以剪切变形为主,破坏形式表现为剪切破坏;当弯剪比较大时,试件的变形主要以弯曲变形为主,破坏形式表现为弯剪破坏。(3)对腹板开孔H型钢受力机理进行分析,提出了连接件的简化计算模型和较为合理的承载力计算公式,并在对公式进行修正优化提出了连接件的简化恢复力模型,所得的简化恢复力模型骨架曲线与试验测得的骨架曲线基本贴合,从而验证了理论公式和简化恢复力模型的正确性。随后运用非线性有限元软件perform-3D对含有现浇节点和耗能连接件的装配式混凝土框架进行了模拟对比分析,分析得到带有耗能节点的装配混凝土框架在刚度、承载力、延性方面都略胜一筹,在地震作用下具有更好的耗散能力。
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