【摘 要】
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钢管混凝土柱具有抗震性能好、经济性优和施工便利等特性,在多高层和超高层钢结构建筑中获得广泛运用,但若在住宅中应用,柱会凸出墙体影响住户使用感受。为此,本课题组提出壁式钢管混凝土柱（以下简称壁柱）。与普通钢管混凝土柱相比,壁柱可以内嵌于住宅墙体中,避免在室内凸出。梁柱节点作为框架结构的关键传力部位,其连接构造会直接影响整体结构的抗震性能,深入研究梁柱节点的力学性能和设计方法具有重要意义。目前针对壁柱
【基金项目】
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国家重点研发计划,钢管混凝土建筑高效装配化及机电设备与结构连接技术和产品研发,2017YFC0703806； 陕西省建设厅科技发展计划项目,装配式绿色钢结构住宅体系研究及应用,2016-K86； 西安市重大科技成果转化及产业化项目,装配式钢结构壁柱建筑体系成套技术研发及成果转化,20GXSF0007；
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钢管混凝土柱具有抗震性能好、经济性优和施工便利等特性,在多高层和超高层钢结构建筑中获得广泛运用,但若在住宅中应用,柱会凸出墙体影响住户使用感受。为此,本课题组提出壁式钢管混凝土柱（以下简称壁柱）。与普通钢管混凝土柱相比,壁柱可以内嵌于住宅墙体中,避免在室内凸出。梁柱节点作为框架结构的关键传力部位,其连接构造会直接影响整体结构的抗震性能,深入研究梁柱节点的力学性能和设计方法具有重要意义。目前针对壁柱-钢梁节点的研究尚不多见,尤其缺乏可指导工程应用的设计方法研究,不利于壁柱体系的推广。本文提出壁柱-H形钢梁内嵌侧板式连接节点,通过试验研究、有限元模拟和理论分析,系统研究了此类节点的抗震性能和设计方法。本文主要研究工作和成果如下:（1）以框架结构的中柱节点作为研究对象,设计制作了6个壁柱-H形钢梁内嵌侧板式节点的足尺试件,进行了低周往复加载拟静力试验。试验参数包括侧板外伸长度、侧板厚度、侧板高度和侧板的连接形式等。深入分析了试件的试验过程和破坏特征,给出了侧板式节点的破坏模式;基于试验得到了柱顶水平荷载-位移曲线,研究了此类节点的延性、耗能能力、承载力退化、刚度退化等指标。试验结果表明合理设计的内嵌侧板式节点具有良好的延性和抗震性能。（2）建立了壁柱-H形钢梁内嵌侧板式连接节点的精细化有限元模型,该模型考虑了柱内填混凝土在往复荷载作用下的塑性损伤、壁式钢管对内填混凝土的约束效应、材料非线性、几何非线性和初始几何缺陷等因素。有限元模型计算得到的结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性。（3）对壁柱-H形钢梁内嵌侧板式连接节点进行了拟静力加载数值模拟,利用数值模型进行了有限元变参分析,对比了不同参数下此类节点破坏模式的差异,系统研究了侧板外伸长度、侧板厚度、侧板高度和壁柱轴压比等参数对此类节点抗震性能的影响。（4）考虑节点域钢管腹板侧、翼缘侧和内填混凝土的贡献,揭示了节点核心区传力机理,并结合壁柱-H形钢梁侧板式节点的有限元变参分析资料,推导了节点核心区受剪承载力计算公式,公式计算结果与有限元结果吻合较好。（5）在前述试验和有限元研究的基础上,分析了内嵌侧板式节点的梁端内力传递路径,并给出了节点受弯承载力计算公式;结合试验破坏现象、有限元和理论研究成果,参考我国现行相关规范,系统提出了壁柱-H形钢梁内嵌侧板式节点的抗震构造措施和设计方法,可为壁柱-H形钢梁内嵌侧板式节点的工程应用提供依据。
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