大直径钢管混凝土柱-H型钢梁框架节点的抗震性能

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钢管混凝土柱-梁框架节点作为钢管混凝土组合结构中传力的重要部件,其抗震性能直接影响整体结构的稳定性。关于大直径圆钢管混凝土柱-H型钢梁框架节点的设计,规范《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936-2013)中给出了限制要求:钢梁翼缘宽度与钢管柱直径之比rwd=0.25–0.75,钢管柱直径与钢管柱壁厚之比D/c=25–50;在超高层结构中,由于底层柱轴力较大,经常出现大直径方钢管混凝土柱–(窄翼缘)钢梁节点形式。目前对此类节点的抗震性能研究有限。针对上述问题,本文对大直径钢管混凝土柱-H型钢梁框架节点的抗震性能进行了研究,主要工作和成果有:(1)设计了5个大直径圆钢管混凝土柱-H型钢梁框架节点和6个大直径方钢管混凝土柱–(窄翼缘)H型钢梁框架节点试件,并进行了拟静力加载试验,试验参数包括:轴压比、节点形式、钢管柱壁厚、梁翼缘宽度与钢管混凝土柱直径之比。试验结果表明,对于外环板式圆钢管混凝土柱-H型钢梁框架节点,当rwd<0.25时,规范设计方法不再适用,应将环板的弯矩作用考虑在内;方钢管混凝土柱-H型钢梁框架节点均为半刚性连接,所有试件的节点区钢管柱都出现了断裂,最终环板发生破坏,环板的破坏位置主要集中在四角和钢梁翼缘与环板相连转角处。(2)建立了大直径钢管混凝土柱-H型钢梁框架节点在单调荷载作用下有限元模型。该模型考虑了材料和几何非线性、钢管和核心混凝土的接触的影响。通过与试验结果对比,表明本文建立的有限元模型在破坏形态、承载力、骨架曲线等方面与试验结果吻合较好,可以较为准确地预测试件的破坏机制。(3)基于上述建立的有限元模型,分别对大直径圆钢管混凝土柱-H型钢梁框架节点和大直径方钢管混凝土柱-H型钢梁框架节点展开参数分析,包括轴压比、钢材强度等级、钢管混凝土柱宽度、钢管混凝土柱壁厚、环板宽度和钢梁翼缘厚度,系统分析了上述参数对节点破坏形态、承载力和初始刚度的影响规律。(4)根据试验和有限元参数分析结果,针对大直径圆钢管混凝土柱-H型钢梁框架节点和大直径方钢管混凝土柱-H型钢梁框架节点,提出一种考虑抗拉承载力和初始刚度的简要环板宽度设计方法。根据对比结果,表明本文提出的环板宽度设计方法与试验和有限元分析结果均吻合较好,具有一定的适用性。
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