钢质耗能节点预制装配式钢筋混凝土结构抗震性能研究

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装配式建筑在工业化背景下逐渐成为我国建筑行业未来发展的主要方向之一。但从过往的震害调查中发现,在强震作用下装配式结构预制构件拼装连接部分因连接性能不足易出现损坏现象,造成建筑整体抗震性能不如现浇结构。对于装配式框架结构来说,其节点的连接区域是薄弱环节。为提高装配式结构整体的抗震能力,需要改善节点的连接性能,提升节点的变形和耗能能力。在课题组新型装配式钢质耗能节点试验研究的基础上,本文借助有限元软件ABAQUS和SAP2000,利用静力推覆和弹塑性动力时程分析等方法对装有新型钢质耗能节点的框架结构进行抗震性能模拟研究。主要的研究内容和结论如下:(1)为了建立合理的耗能器模型,利用有限元软件ABAQUS建立装有耗能器的节点实体模型,通过与试验结果的对比可得:耗能节点在滞回曲线、骨架曲线和耗能器变形等方面与试验结果吻合良好,证明耗能器建模合理,可进行后续的模拟研究。(2)为了探究弯剪比(弯剪比为作用在耗能器上的弯矩和剪力的比值)对耗能器承载能力的影响。利用ABAQUS软件,采用上一步耗能器模型的建立方式,模拟12个不同翼缘及腹板厚度的耗能器在不同弯剪比条件下的低周反复加载,分析结果表明:当弯剪比位于0.6-1.6范围内,需考虑弯剪共同作用对耗能器承载力的降低效应,工程应用中可通过将承载力乘以相应降低系数的方式考虑其不利影响。(3)运用有限元软件ABAQUS建立一榀普通框架和耗能框架实体模型。在两类框架的梁柱截面尺寸及配筋一致的前提下,按倒三角模式进行静力推覆分析,对比两者的塑性发展程度和混凝土损伤情况。结果表明:耗能框架梁端耗能器率先屈服并充分发挥人工塑性铰的功能,将塑性变形集中于耗能器,保护相邻的预制梁端和节点。(4)利用SAP2000建立6层普通框架和耗能框架模型进行弹塑性动力时程分析,研究两类框架结构的整体抗震性能。结果显示:新型钢质耗能器起到了人工塑性铰的作用,达到小震连接承载,大震屈服且充分耗能的目标;大震作用下耗能框架结构的最大层间位移角、基底剪力峰值及顶点最大加速度较普通框架均有所降低。
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