新型混合连肢墙节点抗震性能研究

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采用钢连梁代替原有的钢筋混凝土连梁,形成混合连肢墙体系。钢连梁按照偏心支撑钢框架耗能梁段进行设计,它结合了钢梁变形能力强、混凝土剪力墙侧向刚度大的优点,更加适用于高抗震设防烈度地区,其独特的优越性得到科研工作者的高度重视。钢连梁与剪力墙的连接节点对于保证混合连肢墙体系的抗震性能至关重要。但以往的研究主要集中在钢连梁直接插入剪力墙的直埋式节点,本课题组提出在钢筋混凝土剪力墙的边缘构件中设置适当的型钢柱,钢连梁与钢柱进行全焊连接的新型节点形式。通过试验研究、有限元分析和理论分析对这种新型节点在循环荷载作用下的破坏机理进行了研究,提出了相应的抗震设计方法。为研究这种新型节点的抗震性能,进行了“强节点弱梁”和“弱节点强梁”两类共6个足尺节点试件的低周反复加载试验。观察了节点的破坏形态,并对试件的破坏机理、滞回性能、承载能力、耗能能力、变形组成以及各参数的影响进行了分析。试验结果表明:强节点试件滞回曲线呈纺锤形,具有良好的抗震性能,类似于偏心支撑钢框架耗能梁段的性能,能很好地解决混凝土连梁配筋困难、小跨高比连梁延性不足的问题;弱节点试件破坏形态为剪切破坏,与钢梁-型钢混凝土柱节点的破坏形态类似,延性和耗能能力比普通混凝土节点优越。基于试验研究结果,利用有限元软件ABAQUS对试件进行了低周反复荷载作用下的有限元模拟,选用合适的拉、压损伤本构模型并考虑了钢与混凝土之间的粘结滑移,将计算结果和试验结果进行对比,两者吻合较好。在此基础上对弱节点模型进行了参数分析,主要研究了节点域钢腹板高度和厚度、箍筋直径、水平分布筋直径、轴压比、混凝土强度、是否设置面承载板等参数对节点滞回性能的影响。根据试验和有限元分析结果分析了新型混合连肢墙节点的受力机理,对型钢混凝土暗柱的边界条件进行了力学简化,将复杂的新型混合连肢墙节点转化为已有一定研究成果的钢梁与型钢混凝土柱节点,提出了计算混合连肢墙节点水平剪力的计算模型,得到了节点核心区水平剪力的计算公式。参考已有的研究成果,给出了节点的抗剪承载力计算公式,将试验及有限元分析结果与公式计算结果进行对比,吻合较好。提出了剪切屈服型钢连梁与弯曲屈服型钢连梁的极限承载力公式,并结合节点核心区极限承载力公式设计了两个节点试件,通过有限元计算,证明了计算公式的准确性。
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