新型装配式钢-混组合梁柱节点抗震性能及框架易损性研究

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装配式混凝土结构具有施工进度快、经济效益高等优点,已在许多国家和地区得到广泛应用。在考虑地震作用时,节点是装配式混凝土结构的关键部位,其性能直接影响到结构的强度、可施工性和整体性。然而现有等同现浇钢筋混凝土框架节点的延性和耗能能力不足,现场装配复杂。因此,本文研发一种新型装配式钢-混组合梁柱节点,即预制梁、柱中分别预埋型钢骨架,将钢筋混凝土梁柱现场装配转变为通过钢连接的栓接或者焊接形式,有必要对该新型梁柱节点的抗震性能进行研究,并分析基于新型节点行为的框架结构的易损性。论文设计2个新型装配式钢-混组合梁柱节点试件和1个现浇混凝土梁柱节点试件,试验变量为混合连接形式、翼缘连接板和钢纤维混凝土的使用。在试验过程中,记录试件的破坏过程、荷载-位移滞回曲线,分析节点试件的强度和刚度、延性性能和耗能能力等。研究结果表明,采用翼缘连接板与钢纤维混凝土的装配式节点破坏形式为典型的梁端弯曲破坏,滞回性能和抗震性能得到显著提升。与现浇混凝土梁柱节点试件相比,新型装配式钢-混组合梁柱节点试件的强度和累积耗能分别提高47%和231%。所提出的钢-混组合连接方式能有效地将塑性铰从节点核心区转移到连接区域,同时翼缘连接板和钢纤维的拉伸变形能够降低节点损伤,延缓节点试件的刚度退化。论文分析新型梁柱节点试件的核心区剪切变形,对比剪力-剪切变形滞回曲线,发现新型节点的剪力得到提高,剪切变形显著降低。进一步采用各国装配式钢-混组合梁柱节点受剪承载力公式计算其受剪承载力,发现国内和日本的计算结果比试验结果偏小,美国规范的计算结果比试验结果略大。最后结合节点核心区应力-应变分析,考虑型钢腹板、混凝土斜压杆以及箍筋的抗剪作用,建立新型装配式钢-混组合梁柱节点受剪承载力模型,提出受剪承载力的计算公式。研究结果表明,本文提出的装配式钢-混组合梁柱节点受剪承载力计算公式与试验结果吻合较好,且具有一定的安全储备。通过OpenSees软件建立新型装配式钢-混组合梁柱节点和现浇混凝土梁柱节点数值模型,发现数值模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,基于新型梁柱节点连接形式建立一榀三跨四层的装配式钢-混组合框架结构的有限元模型,同时建立现浇混凝土框架结构的数值分析模型用于对比分析,基于增量动力分析(IDA)进行两种结构的概率地震需求分析,建立概率地震需求模型,进一步进行地震易损性分析。研究结果发现,装配式钢-混组合框架结构的变形能力提高,结构的易损性显著降低,具有良好抗震能力。
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