防屈曲支撑-RC框架新型一体化连接节点力学性能与设计方法

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防屈曲支撑(Buckling Restrained Brace,BRB)作为一种性能优异的耗能构件,近些年在结构中得到了广泛的应用与研究。将BRB应用到钢筋混凝土框架结构(Reinforced Concrete Frame,RCF)中,可以形成双重抗侧力体系即防屈曲支撑-钢筋混凝土框架(BRB-RCF)结构体系。要使BRB充分发挥其耗能减震的作用,BRB-RCF连接节点的稳定可靠必须得到保证。传统锚固节点由节点板、端板、锚板、拉筋组成,节点板焊接在端板上,其具有施工步骤较多、用钢量较大、混凝土梁柱节点区受力复杂、对RCF混凝土节点板区域梁易造成额外负担等缺点。作为钢构件和混凝土的连接件,剪力键被广泛的应用在桥梁工程和组合结构中,本文将两种剪力键形式,开孔板剪力键(PBL剪力键)和焊钉剪力键应用到BRB-RCF中,形成一种新型的一体化连接节点形式;通过拟静力滞回加载试验来研究新型一体化连接节点的力学性能,并采用有限元分析来考察节点板的受力性能。主要研究内容总结如下:(1)提出了BRB-RCF的PBL节点和焊钉节点连接形式,并按照BRB最大轴力设计了PBL、焊钉节点板及PBL孔、焊钉的具体布置,并形成一体化PBL节点和焊钉节点。从典型BRB-RCF原型结构出发,考虑到试验场地条件,设计并制作了BRB-RCF子系统拟静力滞回加载试验构件。试验考察了PBL节点和焊钉节点的抗震性能、耗能能力、梁柱破坏模式、关键部位应力发展规律等,并通过2%层间位移角的往复加载,考察了连接节点的低周疲劳性能。(2)对PBL节点和焊钉节点的拟静力滞回加载试验,进行了有限元仿真分析。通过有限元与试验结果的对比,考察了PBL节点板和焊钉节点板的应力发展情况、试件的滞回性能和不同荷载下钢筋骨架的应力水平,并验证了损伤控制方法的有效性。(3)对PBL节点板进行了有限元分析,考虑了开孔板、混凝土榫、贯穿钢筋和混凝土块之间的相互作用,研究了PBL节点板的受力性能、混凝土榫和PBL节点板的破坏模式。分析了在弹性阶段,所有PBL孔承受剪力的分布特征,基于单孔的设计承载能力,获得了PBL节点板的弹性承载能力。考察了PBL节点板不同参数对其受力性能的影响,包括不同布置方式、开孔板厚度、开孔直径和贯穿钢筋长度。基于开孔板厚度的参数分析,提出了计算最优开孔板厚度的公式。
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