预制装配式钢骨混凝土组合柱基节点抗震性能研究

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随着建筑工业化的发展,预制装配式结构在建筑领域内应用广泛,符合工业化生产的发展方向。装配式钢混组合结构的连接问题是目前装配式结构抗震领域中亟待解决的重难点问题,采用干式连接方式将构件进行可靠连接是一个关键的技术问题。因此,本文提出了一种新型预制装配式钢骨混凝土组合柱基节点干式连接方式,其连接模块处后期不需要绑扎钢筋及浇筑混凝土,降低施工成本。主要研究工作和取得的成果如下:(1)为研究预制装配式钢骨混凝土组合柱基节点的抗震性能,对3根不同剪跨比的新型柱基节点试件进行了拟静力试验,分析了新型柱基节点试件的试验过程和破坏形态、滞回曲线和骨架曲线、延性和耗能以及刚度和强度,结果表明:组合柱基节点的滞回曲线均较为饱满且均呈梭形,耗能能力强,抵抗塑性变形能力较强,刚度和强度退化性能较为稳定,组合柱基节点具有良好的延性变形能力、承载能力以及优越的抗震性能。(2)对材料的本构关系以及建模过程进行了深入探究,并利用有限元软件ABAQUS对各试验件进行精细化建模。结果表明:有限元分析与试验得到的计算结果吻合程度较高,破坏形态相似,承载力相对误差较小,说明有限元分析的结果能够正确反映构件的受力状态,验证了有限元模型的可靠性。(3)在试验基础上,以剪跨比、加劲板厚度、盖板厚度以及连接模块方钢管宽厚比为参数变量,通过ABAQUS分别建立相应参数下的有限元模型(SPCZ-1~SPCZ-17),并对其进行单调加载和往复加载,明确了单调加载下的应力分布,并归纳总结出各参数对组合柱基节点抗震性能的影响规律。结果表明:单调加载和往复加载下新型柱基节点试件的破坏主要发生在连接模块,剪跨比减小、加劲板厚度增加和盖板厚度增加可有效提高结构的塑性变形能力,有利于改善连接模块的破坏形态。方钢管宽度增加会提高连接模块的稳定性和剪切变形能力,但方钢管的宽度应设置在合理范围内,避免对周围螺栓产生不利影响。(4)在往复加载下,当轴压比为0.3时,随着剪跨比的增大,试件整体变形增加,承载力和耗能能力均降低,其承载力平均下降幅度为14.59%,耗能平均降低幅度为27.75%。剪跨比相同时,加劲板厚度、盖板厚度以及方钢管宽厚比增大可有效提高组合柱基节点的承载能力和耗能能力,加劲板厚度和盖板厚度承载力平均提高幅度分别为4.86%和9.85%。方钢管宽厚比为17和18时,试件的承载力平均提高了约9.0%;盖板厚度增加时,试件的累积耗能平均提高幅度为20.41%;试件加劲板厚度为14 mm和16 mm的累积耗能基本相当;方钢管宽厚比增加时累积耗能值平均提高幅度为32.67%。所有试件在屈服前刚度退化较快,进入屈服后刚度退化趋于稳定。研究成果对优化装配式钢骨混凝土组合结构柱基节点连接区的连接形式具有重要意义。
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