壁式钢管混凝土柱-H型钢梁内隔板节点受力性能研究

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随着装配式建筑的蓬勃发展,本课题组提出了以壁式钢管混凝土柱为核心技术的WCFTS(Walled Concrete Filled Steel Tube System)绿色高层集成钢结构住宅建筑体系。壁式钢管混凝土柱具有强度高、延性好、抗震性能优越等特点,但由于其截面大长宽比的限制,《矩形钢管混凝土结构技术规程》中提出的常规节点连接形式已经不再适用,针对这种情况,本文结合国内外研究现状,提出了壁式钢管混凝土柱-H型钢梁内隔板节点。为了分析该种节点的受力性能,本文主要完成了以下研究工作:(1)设计、加工了一个新型节点的足尺试件,并对节点进行了低周反复荷载下的拟静力试验研究,分析了该节点在延性、耗能能力、承载力退化、刚度退化以及破坏模式等方面的性能特点。分析表明:该节点滞回性能良好,变形能力和耗能能力强;破坏发生在梁端,属于典型的梁柱节点破坏模式,满足“强柱弱梁,节点更强”的设计原则。(2)基于试验结果,建立有限元模型,对节点在低周反复荷载下的试验过程进行数值模拟,进一步分析节点的破坏模式和受力性能。结果表明:有限元模拟的破坏现象与试验破坏现象基本一致,有限元模拟的滞回曲线、骨架曲线等与试验结果总体相近,从而验证了有限元分析的正确性、真实性。(3)通过有限元非线性单调加载模拟,分析节点的受力性能受轴压比、节点区柱翼缘厚度、节点区柱腹板厚度、内隔板长度及盖板厚度等因素的影响。分析表明:试件延性随轴压比提高而大幅减小,设计中应限制轴压比大小以保证节点的延性;改变节点区柱腹板和翼缘的厚度可以改变试件的破坏模式,当节点区柱腹板或翼缘较薄时,会发生节点域破坏;内隔板长度过长会影响混凝土浇筑,过短则无法保证节点域强度;盖板厚度的改变对节点受力性能和破坏模式影响不明显。(4)同时本文分析了节点的传力机理。该节点的传力路径比较明确,钢梁拉压应力通过内隔板和柱翼缘传递给柱腹板,并在节点域沿对角线方向传递。
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