【摘 要】
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钢管混凝土组合异形柱(S-CFST柱)是由单根方钢管混凝土柱通过连接板形成的新型竖向承重构件,具有形式布置灵活、建筑效果好、产业化程度高、抗震性能优、绿色环保等优点,成为当前装配式钢结构住宅的一个热点方向。当前对于高层S-CFST柱结构体系的研究限于基本构件的轴压、偏压及抗震性能等方面,在抗连续倒塌方面的研究较少。侧板加强型节点是特别适合于S-CFST柱的节点形式,其应用于S-CFST柱梁框架结构
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钢管混凝土组合异形柱(S-CFST柱)是由单根方钢管混凝土柱通过连接板形成的新型竖向承重构件,具有形式布置灵活、建筑效果好、产业化程度高、抗震性能优、绿色环保等优点,成为当前装配式钢结构住宅的一个热点方向。当前对于高层S-CFST柱结构体系的研究限于基本构件的轴压、偏压及抗震性能等方面,在抗连续倒塌方面的研究较少。侧板加强型节点是特别适合于S-CFST柱的节点形式,其应用于S-CFST柱梁框架结构时,侧板端部的钢梁翼缘由于应力集中和焊接残余应力的影响极易发生断裂,因此本文针对S-CFST柱-钢梁侧板加强型节点的抗连续倒塌性能开展系统研究,主要内容有:(1)对四根足尺的S-CFST柱-钢梁侧板加强型节点的抗连续倒塌性能进行了试验研究,对比参数包括钢管内是否填充混凝土、钢梁高度和节点连接构造形式。结果表明:所有试件的断裂破坏均首先发生在钢梁下翼缘全熔透焊缝附近或发生在侧板端部与底盖板交接的焊缝附近;钢梁腹板或剪切板在螺栓孔处发生断裂破坏;钢管柱内填充混凝土有利于提高构件的延性,有利于悬链线机制的发展,而减小钢梁的跨高比会使构件更晚的进入到混合机制阶段;圆弧扩盖板式侧板加强型(ACPSP)节点可以避免全熔透焊缝过早断裂,提高其抗连续倒塌能力。(2)通过采用合理的填充混凝土以及钢材的本构关系模型、相互接触作用、边界条件以及加载方式,建立了考虑微观力学断裂失效的S-CFST柱梁节点高精度有限元模型,对上述4个试件进行了非线性数值模拟,分析了在抗连续倒塌工况下节点的承载力、竖向位移、启裂点和开裂路径,将有限元分析结果与本文的试验结果进行验证对比,以此证明高精度有限元模型的合理性和准确性。(3)为了得到不同参数影响下节点的抗连续倒塌性能演化规律,对抗连续倒塌性能最好的ACPSP节点进行参数化分析,对比参数包括钢梁跨高比、盖板宽度、短梁翼缘厚度。结果表明:减小钢梁跨高比会提高子结构的竖向抗力和刚度,使得峰值竖向荷载作用下相应的竖向位移变小;增大盖板宽度对ACPSP节点的抗连续倒塌性能有积极的影响,但影响有限;增大短梁翼缘厚度可以显著增大构件的极限性能,但对于构件的刚度和承载力的发展路径没有影响。
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