新型震后可修复装配式梁柱连接节点抗震性能研究

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目前梁柱节点抗震常用的构造方式主要有加强型与削弱型两种。但强震作用下梁柱节点会出现过大残余变形与严重损坏,使得建筑功能丧失且梁柱节点修复难以实现。为此,本文结合装配式建筑结构在设计、模块化加工与施工工期等方面的优势,提出两种新型装配式梁柱节点,分别为装配式狗骨削弱梁柱连接节点与装配式管状腹板梁柱连接节点,新型装配式节点在实现塑性铰转移的同时也能够实现震后可修复。本文以提出的两种新型震后可修复装配式梁柱连接节点为对象,通过拟静力加载试验、有限元模拟与理论分析等方法对新型节点的抗震性能进行了研究。通过建立原型组合结构框架,对节点的梁柱截面尺寸进行了初步设计。在此基础上设计并制作4个1/2缩尺的梁柱节点试件,包括传统栓焊连接节点、狗骨式削弱节点与装配式狗骨削弱梁柱连接节点、装配式管状腹板梁柱连接节点,并对4个原始节点试件以及2个修复后的节点进行了拟静力试验,对比研究了新型节点与传统栓焊连接节点、修复节点的破坏模式、承载性能、延性、转动能力、耗能等指标,并对节点加载过程中应变分布规律进行了分析。采用ABAQUS建立梁柱节点的有限元模型,并与试验结果进行对比,验证有限元方法的有效性。在此基础上,对节点关键部位尺寸的影响进行分析,建立并计算了19个装配式狗骨削弱梁柱连接节点与15个装配式管状腹板梁柱连接节点的有限元模型,得到了不同参数条件下节点的破坏形式与承载性能等。此外,基于节点破坏模式,提出新型梁柱节点极限承载力的计算公式。根据试验与有限元分析结果提出了节点的设计与构造建议。研究表明,两种新型装配式节点与传统栓焊连接节点、狗骨式削弱节点相比,具有更高的承载力、延性与耗能性能;装配式狗骨削弱梁柱连接节点与装配式管状腹板梁柱连接节点的耗能主要通过螺栓拼接区域的滑移耗能与耗能梁段的弹塑性变形耗能两部分实现,并且使得节点的塑性损伤集中出现在中间耗能梁段;装配式节点实现了节点塑性铰转移与震后可修复,修复后的节点试件承载力下降约5.8%~10.6%,耗能性能等与原始节点保持一致;狗骨式削弱梁段的相关参数、管状腹板梁段的相关参数以及悬臂梁的扩翼尺寸对节点性能与破坏模式有一定的影响,在对节点进行设计时应当进行考虑;提出的极限承载力计算方法与试验结果吻合良好,可用于计算新型节点的极限承载力。综上,本文展开的系列研究实现了现梁柱节点塑性铰转移以及震后可修复,对发展震后可修复结构以及大力推广装配式组合结构具有重要的工程意义与社会价值。
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