新型方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁装配式节点抗震性能研究

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近年来,钢管混凝土结构由于良好的性能和独特优势,在工程中被广泛应用。国内外很多学者对钢管混凝土结构进行了较多研究,尤其对单个构件的研究比较系统和成熟;然而,对节点的研究就相对较少,尚未形成完整的研究体系。现阶段,节点在设计和施工过程中面临着许多问题:节点设计简单有利于后期施工,但是,会影响结构的承载能力和安全;设计复杂则会导致后期施工麻烦,延长工期。装配式节点的出现能够有效解决节点中存在的这些问题,装配式节点施工方便、能够缩短工期、方便运输、有利于资源的节约和循环利用。本文在钢管混凝土结构和装配式节点基础上,提出了一种新型方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁装配式节点,并对该节点进行抗震性能的研究,本文的研究内容和结论如下:(1)利用ABAQUS有限元分析软件对钢筋混凝土框架梁柱边节点进行建模,通过分析结果与试验结果对比,验证了建模的有效性和正确性。(2)利用ABAQUS有限元分析软件对复式钢管混凝土柱-H型钢梁节点进行建模,然后将分析结果与试验结果进行对比,从而验证建模的有效性和正确性。(3)提出了一种新型方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁边节点,建立有限元模型;作为对比,再建立一个传统的普通现浇混凝土边节点模型分析对比两个节点模型的滞回曲线、骨架曲线、等效粘滞阻尼系数等参数。研究结果表明:在相同加载制度下,该新型方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁装配式节点的滞回曲线更加饱满,延性系数3.95,耗能系数为0.25。表明该新型节点的延性性能和耗能性能均较好,而且该新型节点实现了塑性铰的外移,其性能明显优于普通节点。因此,该新型节点具有较好的应用价值。(4)通过对后浇段长度、柱轴压比、梁混凝土强度、锚筋直径、角钢长度进行变参分析,研究它们对该新型方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁装配式节点的抗震性能的影响规律,进而得出各参数的合理取值范围。本文建议:后浇段长度不宜小于350mm,过短会使节点的承载力和延性降低;新型节点抗震性能受轴压比的影响较大,当轴压比由0.1逐渐增加到0.4时,承载力最大相差63.68%,下降非常明显,建议轴压比控制在0.1-0.3为宜;梁混凝土强度等级选取C30、C40比较适宜;锚筋直径变化对新型节点的承载能力、延性性能、刚度等都会产生影响,承载力最大相差16.82%、延性最大相差10.89%、刚度最大相差10.04%,建议锚筋直径不宜小于14mm;新型节点在角钢长度为180mm时各项指标均较好,故选取角钢长度180mm适宜。(5)为了进一步研究该新型方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁装配式节点的空间抗震性能,对该新型节点的平面中节点、空间角柱节点和空间边柱节点分别进行建模分析,发现平面节点和空间节点虽然形式不同,但是节点的破坏位置基本一致,均发生在后浇段和预制梁与中间端板交界处,实现了塑性铰的外移;空间边柱节点的耗能能力比平面中节点、空间角柱节点的耗能能力稍差。
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