考虑楼板组合作用的外环板式梁柱节点抗震性能研究

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近几十年来,地震灾害频发,造成了大量建筑物发生倒塌或者破坏。许多研究发现钢结构或者组合结构破坏主要发生在梁柱连接处。现有设计方法通常忽略了混凝土楼板和钢梁的组合作用。只是简单的将混凝土楼板的组合作用作为一种安全效应,这种设计方法存在将“强柱弱梁”转向“强梁弱柱”的可能性。因此在研究组合节点的抗震性能时,需要考虑楼板和钢梁的组合作用,本文主要对钢筋混凝土楼板组合节点的抗弯承载力进行了全面的数值和理论分析。本文在已有的2个无楼板影响的梁柱节点和2个考虑楼板影响的梁柱组合节点的试验研究的基础上,通过有限元分析软件ABAQUS,按照试件参数建立有限元模型。首先,将有限元结果与试验结果进行对比验证,在确定有限元模型具有足够准确性的前提下,研究了在不同尺寸效应、节点域高宽比、楼板厚度、混凝土抗压强度和柱宽厚比的影响下节点的受力性能和破坏模式。并基于屈服线理论,提出了一种组合梁抗弯承载力的计算方法。得到以下相关结论:(1)将有限元分析模型所得的结果与试验循环加载所得的结果进行比较,发现两者结果拟合度较高。并且将有限元分析模型与试验循环加载所得的破坏模式进行对比,发现有限元分析得到的节点破坏模式与试验观察到的基本一致。证明该模型精确度满足要求,可进一步用于参数分析。(2)对考虑楼板作用的梁柱节点性能变化进行了参数分析,研究了不同尺寸效应、节点域高宽比、楼板厚度、混凝土抗压强度和柱宽厚比影响下节点的受力性能,研究发现单位截面抗弯系数梁端抗弯承载力比值为0.84~1.38,说明尺寸效应是影响组合梁抗弯承载力的主要参数之一。(3)随着节点域梁高比和楼板厚度的增加,组合梁的深度增大,组合梁抗弯承载力随之增大。在正向荷载和负向荷载作用下,组合梁的屈服弯矩和塑性弯矩均有所增加;由于混凝土板与柱翼缘的组合作用,极大地提高了组合梁在正向荷载作用下的抗弯性能;随着楼板抗压强度的增加,在正向荷载作用下屈服弯矩和塑性弯矩分别增大,证明混凝土强度对组合梁的弯矩有显著影响;随着柱宽厚比增加,梁端转角逐渐增大,梁端位移角相对减小,导致试件提前破坏,组合梁弯矩随着柱的宽厚比增大而减小。说明节点域高宽比、楼板厚度、混凝土抗压强度以和柱宽厚比是影响组合梁抗弯承载力的关键参数。(4)考虑楼板作用的试件破坏主要发生在梁下翼缘,在外环板处形成拉压应变,并以45°角为界线,向梁端扩展。节点域混凝土破坏区域主要出现在靠近梁下翼缘处,混凝土楼板从方钢管柱附近开始发生破坏,并沿45°向外扩展。(5)基于屈服线理论,提出了一种组合梁抗弯承载力的计算方法。计算结果可以较好的模拟有限元分析结果。公式计算得到的组合梁节点的抗弯承载力为数值分析的87%~106%,证明所提出的计算公式具有较好的精度,可应用于钢结构或钢混结构体系中组合节点的设计。
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