装配式钢梁-钢筋混凝土柱混合节点有限元分析

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钢梁-钢筋混凝土混合结构(Reinforced concrete and steel composite structure,RCS)作为钢筋混凝土结构与纯钢结构的继承与发展,它充分利用混凝土与钢两种材料的各自的优点,其综合性能要优于钢筋混凝土结构与纯钢结构,被称为一种“低成本高效率”的结构形式。将这种混合结构体系应用到预制装配建筑结构中是一个很好的发展方向。为充分发挥混合结构(RCS)体系的优点,结合混合结构的特点,提出了一种新型干式装配式混合节点。  新型干式装配式混合节点,它包括混凝土柱和悬臂钢梁段、钢框架梁、拼接板及高强摩擦螺栓、节点核心区面承板及核心区钢梁上下翼缘的扁钢箍;钢梁贯穿混凝土柱,在工厂完成浇筑,保证钢梁与混凝土柱连接整体性;梁梁拼接处梁的上翼缘拼接板布置在钢梁翼缘梁翼缘上侧,并预先在工厂内与上翼缘完成焊接,下翼缘拼接板布置在悬臂梁翼缘下侧,也预先在工厂内与下翼缘完成焊接,在现场安装过程中,梁的上、下翼缘充当就位板的作用,构件就位后,梁的上、下翼缘和腹板全部用高强摩擦螺栓连接,实现混合节点的刚性连接。这种节点利用了钢梁贯穿混凝土柱良好的整体性的同时克服了施工现场对焊接技术高、梁拼接就位困难等缺点,具有耗能能力好、变形能力强、施工速度快、施工质量易保证等优点。  以新型干式装配式混合连接节点为研究对象,分别利用等强设计法、实用设计法、精确设计法以及简化设计方法对此新型节点进行初步设计。在验证ANSYS有限元软件对带悬臂梁钢框架高强摩擦螺栓拼接板连接节点可靠性的前提下,采用ANSYS有限元软件对四种设计方法进行了模拟,对不同设计方法设计试件的力学性能进行了对比。在对新型干式装配式混合节点等强度初步设计基础上,通过对梁翼缘拼接板宽度和厚度、拼接位置离柱边距离、腹板拼接板厚度以及高强螺栓预应力五个系列共15个试件,对系列试件分别施加单调荷载和低周循环荷载,对节点承载力、破坏形态、滞回曲线、耗能性能以及延性性能进行了探讨。主要得到以下结论:此类节点设计应该按照等强设计法,在三种设计方法中,按照等强设计法的试件抗震性能最好和承载力最高;翼缘拼接板可以按照实际安装要求,可以选择宽而薄或者窄而宽的截面形式,在设计此种节点时,不管是选择截面形式宽而薄还是窄而厚的翼缘拼接板,其厚度的选择要符合翼缘拼接板截面面积大于等于悬臂钢梁翼缘截面面积的1.0倍同时小于等于1.15倍,此时可以取得更好的抗震性能和节点承载力;当腹板拼接板的厚度选择符合腹板拼接板截面面积大于等于悬臂钢梁腹板截面面积的1倍同时小于等于1.26倍,此时拼接节点有良好的力学性能;梁梁拼接位置离柱太近会降低耗能系数和延性系数,离柱太远降低极限承载力,同时还给运输带来困难,为取得较好的抗震性能和承载力,同时考虑运输方便,建议柱悬臂梁长度为二倍梁高;对此新型节点在施工要准确的施加预应力,超拧试件对极限荷载无明显影响,但其耗能系数有所降低,欠拧试件由于螺栓过早出现滑移,导致滞回不稳定,屈服荷载、极限承载力和延性都有所降低。
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