基于钢化连接的预制装卸式混凝土柱—柱连接节点研究

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装配式混凝土结构具有节约资源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平的优势,近年得到了大力的发展。当前,装配式混凝土结构的研究和应用以“湿”式连接为主,考虑到柱在结构中的重要性,实际装配式混凝土工程结构中的柱基本还是采用现浇技术,对于“干”式连接技术,还处于研究阶段,至于柱-柱“干”式连接技术的研究则更少,应用几乎没有。考虑到如需实现全“干”式连接的装配式混凝土结构,柱-柱“干”式连接技术也必不可少。为此,本文针对现有柱-柱干式连接技术的不足,提出一种基于钢化连接的预制装卸式混凝土柱-柱连接节点,该技术具有可装可卸、等同现浇、整体性较强等特点,主要研究内容如下:(1)结合装配式混凝土结构连接技术的研究现状,提出了一种基于钢化连接的预制装卸式混凝土柱-柱连接节点,明确本文的研究意义和研究内容。(2)详细介绍了预制装卸式混凝土柱-柱连接节点的构造特点,其中,柱-柱间连接主要通过连接板和高强螺栓连接柱端的工字钢,包覆板与柱内钢筋通过焊接连接,混凝土结构的力通过带栓钉的包覆板稳定过渡到钢结构。然后,结合《钢结构设计标准》、《混凝土设计规范》和《钢结构连接节点设计手册》等设计规范,给出了预制装卸式混凝土柱-柱连接节点的设计方法和设计过程。(3)建立预制装卸式混凝土柱-柱连接节点的有限元模型和现浇混凝土柱的有限元数值模型,并通过装卸式混凝土梁柱节点试验验证了柱-柱节点有限元模型建模方法的正确性。通过对比预制装卸式混凝土柱-柱连接节点和现浇混凝土柱的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力等抗震性能参数,结果表明:单调位移加载时,两组模型承载力误差不到4.5%;低周往复位移加载时,预制装卸式混凝土柱-柱连接节点的延性系数比传统现浇混凝土柱增加了13.7%,累积耗散能量减少了4.5%,说明预制装卸式混凝土柱-柱连接节点的抗震性能能够达到“等同现浇”。(4)预制装卸式混凝土柱-柱连接节点参数分析,研究的参数主要包括:偏心距、轴压比、包覆板长度和厚度等,重点探讨这些参数对柱-柱节点抗震性能参数的影响,给出预制装卸式混凝土柱-柱连接节点的优化设计方案。研究结果表明:节点轴压比最优取值范围为0.5—0.7;节点的包覆板厚度最优取值范围为8mm—10mm;节点包覆板长度最优取值范围为160mm—180mm;偏心距对预制装卸式混凝土柱-柱连接节点的耗能能力具有较大的影响。
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