新型预制装配式钢骨混凝土组合柱抗震性能研究

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预制装配式钢骨混凝土框架结构由于产品质量易控制、装配效率高、降低劳动成本以及利于可持续发展等优点逐渐被推广应用。装配式钢骨混凝土组合柱作为整体结构的重要受力部件,有必要对其在拟静力荷载作用下的抗震特性进行深入研究。为了改进预制装配式钢骨混凝土柱连接区的连接构造,本文针对预制装配式钢骨混凝土柱提出了一种新型柱—柱干式连接方式,并对3个新型预制装配式钢骨混凝土组合柱试件进行了拟静力加载试验,得到了试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性与耗能性能。基于试验研究结果,通过ABAQUS非线性有限元软件对试验试件进行了精细化有限元分析计算,并将有限元的模拟计算结果与试验实测结果进行对比验证。在此基础上,进而采用ABAQUS建立了13个不同参数变量的有限元模型,研究了轴压比、连接模块位置高度、盖板板厚以及加劲板板厚对其抗震性能的影响规律。主要研究结果如下:(1)新型预制装配式钢骨混凝土组合柱试件在低周往复水平加载下的破坏形态主要是由加劲板的屈曲变形、柱端连接板和盖板的翘曲变形、柱端连接板与混凝土间的结合面开裂、方钢管底部拐角处的焊缝开裂、加劲板底部与盖板的连接焊缝断裂造成的;各试件的滞回曲线均较为饱满,且刚度退化平缓;最终失效时,试件的极限位移角介于1/18~1/11之间,位移延性系数处于3.04~4.11范围内,等效粘滞阻尼系数处于0.19~0.23范围内,表现出良好的塑性变形能力和耗能能力。(2)通过ABAQUS非线性有限元软件建立的新型预制装配式钢骨混凝土组合柱精细化模型,其在低周往复水平荷载作用下计算所得的最终破坏形态、滞回曲线、骨架曲线以及刚度退化曲线与试验实测数据大体一致,验证了本文所建精细化有限元模型的可行性与合理性,进而可为此类新型预制装配式钢骨混凝土组合柱在低周往复水平荷载作用下的有限元参数分析奠定基础。(3)利用ABAQUS对新型预制装配式钢骨混凝土组合柱的抗震性能进行参数扩展分析。结果表明:增大轴压比,模型的水平承载力、刚度以及耗能能力均相应增大,但延性变差,且在加载后期的刚度退化相对较快;提高连接模块位置高度,模型的水平承载力、刚度和耗能能力均能得到大幅提升,但塑性变形能力呈下降趋势,且在后期加载过程中的刚度退化更加明显;随着盖板板厚的增大,模型的水平承载力、刚度、延性性能以及耗能能力提高,而刚度退化速率基本一致;增大加劲板板厚,模型的水平承载力与刚度得到提升,且各模型间的耗能能力及刚度退化速率无显著差异,但延性呈下降趋势。
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