【摘 要】
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方钢管混凝土柱具有承载力高、塑性及抗震性能好、施工简单、方便预制等特点。近年来,U形钢-混凝土组合梁(以下简称U形梁)也因其诸多优良性能受到研究者的青睐。但对于U形梁与方钢管混凝土柱连接节点的研究尚处于起步阶段。为保证传力的可靠性,钢管混凝土柱与梁的连接节点处通常需要设置内隔板。但当柱截面较小时,内隔板的施工非常困难,其焊缝质量难以保证。采用贯通内隔板或外环板节点形式可以避免钢管柱内施焊,但贯通内
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方钢管混凝土柱具有承载力高、塑性及抗震性能好、施工简单、方便预制等特点。近年来,U形钢-混凝土组合梁(以下简称U形梁)也因其诸多优良性能受到研究者的青睐。但对于U形梁与方钢管混凝土柱连接节点的研究尚处于起步阶段。为保证传力的可靠性,钢管混凝土柱与梁的连接节点处通常需要设置内隔板。但当柱截面较小时,内隔板的施工非常困难,其焊缝质量难以保证。采用贯通内隔板或外环板节点形式可以避免钢管柱内施焊,但贯通内隔板节点连接的焊接量较大,且凸出的隔板也可能会影响室内的美观。而外环板节点的环板尺寸一般较大,耗材较多,同时凸出的外环板除了可能影响建筑的使用外,还可能会对装配式部品部件的安装带来不便。为了避免上述传统节点形式可能存在的问题,针对一定截面尺寸范围的组合柱,采用分离式内隔板节点可以实现节点形式的优化。钢管混凝土柱分离式内隔板节点具有构造简单、适用范围广、加工制作方便、工业化生产程度高等优点,其能提高加工效率,具有较好的经济效益。本文针对方钢管混凝土柱-U形梁分离式内隔板节点的核心区抗剪性能进行了试验研究和理论分析,得到的主要结果如下:(1)对4个方钢管混凝土柱-U形梁分离式内隔板节点进行了拟静力试验研究,参数为隔板构造(有无加劲板)、梁顶负筋与柱翼缘连接方式(套筒连接或钢筋贯穿)和轴压比。考察了各节点试件的破坏模式,并分析了各试件的荷载-位移曲线、极限承载力及特征点、延性与耗能、强度退化与刚度退化、节点核心区剪力-剪切变形关系、柱顶水平位移组成、节点连接刚度及应力与应变分布规律。结果表明,相比于普通钢筋混凝土节点,本文研究的节点具有较好的延性和耗能能力。对于采用钢筋套筒连接的上下双分离式内隔板节点,在一定范围内增加轴压比(从0.2增加到0.4,且不考虑挠曲二阶效应),可以小幅提高节点的刚度和抗剪承载力,但会加快节点的强度退化;还可以有效减缓核心区混凝土裂缝开展,但会导致节点破坏时间相对提前,累积耗能减少。在内隔板上焊接竖向加劲板反而会对节点的抗剪性能和耗能性能产生不利影响。(2)采用ABAQUS软件对试验进行的4个节点试件进行了精细化建模,从试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及特征点、破坏形态三个方面与试验进行对比,并重点分析了节点核心区柱钢管和混凝土的应力、应变情况以及节点核心区水平剪力分布规律。建立了适用于节点参数分析的简化有限元模型并进行验证;选取节点核心区混凝土强度、柱腹板屈服强度、柱腹板宽厚比、轴压比、核心区高宽比和加劲板高度6个参数,对上下双分离式内隔板节点和下隔板+梁顶负筋贯通两类节点的核心区抗剪承载力进行参数分析,为节点核心区抗剪承载力实用计算方法的提出提供依据。(3)在试验研究的基础上,结合有限元模拟及参数分析结果,基于核心区柱腹板剪压复合受力状态下的全截面屈服和混凝土“斜压杆”抗剪力学模型,给出了适用于本文所研究的方钢管混凝土柱-U形梁分离式内隔板节点的核心区抗剪承载力计算方法。其中,柱腹板部分的抗剪体现出轴压比的不利效应;混凝土部分则考虑了混凝土强度对斜压杆宽度的不利影响,并结合参数分析结果以斜压杆强度折减的方式考虑这一影响,另外还考虑了柱轴压比增大对核心区混凝土抗剪承载力的加强作用。最后,将抗剪承载力的试验值、有限元模拟值与公式计算值进行对比,发现公式具有较好的准确度和适用性。
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