矩形钢管混凝土柱梁节点力学性能及试验研究

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矩形钢管混凝土柱-钢梁组合结构体系已经广泛应用于抗弯刚架中。本文首先回顾了矩形钢管混凝土柱梁节点的发展历程。矩形钢管混凝土柱梁节点的研究可以分为三个阶段。第一阶段追溯到二十世纪六十年代末,当时抗弯钢刚架被认为是最具延性的体系之一。第二阶段从二十世纪九十年代中期延伸到二十一世纪初。北岭地震和阪神地震改变了对节点的传统认识,学者开始更多关注节点的抗震性能。在之后的第三阶段,提出和研究了不同形式的节点。本文对4个隔板贯通节点、2个新型内隔板节点和1个长挑出厚壁型隔板贯通节点进行了低周反复加载试验研究。主要的试验参数包括:隔板形状,过焊孔尺寸,水平加强板,梁腹板和柱壁连接形式。分析了不同荷载步下的强度、刚度、延性、耗能能力和应变分布情况。研究表明,试验节点具有良好的抗震性能,能应用于普通或中等组合抗弯刚架。研究了轴力或剪力作用下隔板贯通节点的性能。提出了基于组件法的轴力作用下隔板贯通节点的强度计算公式。强度模型确定了柱壁的刚体变形模式,考虑了薄膜效应和应变硬化,通过虚功原理得到计算公式。确定了屈服变形和极限变形的手算方法。荷载-位移曲线包括三部分:第一段代表弹性阶段,第二段强化阶段,第三段水平线延伸到破坏点。提出的模型与大量试验结果对比吻合。节点抗剪模型根据简化的三线性剪力-变形关系提出,提出理论方法计算钢管屈服时混凝土受压柱的剪切强度。同时,模型考虑了核心区钢框架的贡献。屈服强度和极限强度的理论值和试验值均吻合。隔板贯通节点也是箱形梁和矩形钢管混凝土柱连接的好选择。本文提出两个数值模型,分别计算箱型梁和核心区的剪切刚度和剪切强度。理论结果和试验数据对比吻合。最后,提出设计准则来验算节点强度。
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