混合干法框架中柱节点抗震性能试验研究及理论分析

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传统的钢筋混凝土结构施工方式通常为现浇整体式,所有构件均采用现场支模板,现场浇筑混凝土,现场养护。其具有整体性强、刚度大、抗震性能及抗冲击性好等优点。但目前随着人口老龄化加剧,劳动力资源日趋紧张,但作业方式多以湿作业为主,施工工序复杂,施工周期长,施工作业面混乱等问题难以解决。传统的以湿作业为主的施工方式将很难长期维持。相比于传统的现浇施工,预制装配式则具有比较明显的优势。构件在工厂等预制场地先制作好,现场只需完成拼装以及少量湿作业、生产效率高、施工环境好、构件质量易于控制且有利于可持续发展的新型装配式建筑在新的发展机遇下,将会成为建筑工程的一个重要发展方向,与此同时开发出综合性能优异且易于推广的新型装配式结构体系成为当下的发展要求。
  目前对于新型RCS连接组合框架结构的研究刚刚起步,在借鉴传统RCS混凝土柱钢梁节点现有研究成果的前提下,关于新型RCS连接组合框架节点力学性能的研究仍有大量的工作需要进行。本文以新型RCS连接组合框架中柱节点为研究对象,通过拟静力试验研究和有限元模拟对其力学性能进行了分析研究,具体工作如下:
  (1)概述了国内外关于RCS混合结构以及半刚性节点构造方式中的顶底角钢连接结构体系的研究现状与应用情况,并对带肋顶底角钢的预制混凝土柱-钢梁框架中柱节点的构造及优势进行了详细的介绍。
  (2)本文通过对4个新型RCS连接组合框架中柱节点试件进行了拟静力加载试验研究,观察了节点试件在整个试验过程中的变形特征及受力变化,设计制作了4个框架中部十字型梁柱节点试件并完成了拟静力试验研究,分析了梁柱截面尺寸,梁端螺栓数量以及角钢尺寸等因素对承载力、破坏模式以及延性耗能等抗震性能指标的影响。得到了节点梁柱表面关键截面的应变分布规律,绘制了各个试件在单向荷载作用下的荷载-位移曲线及其骨架曲线、累计耗能能力等。
  (3)采用ABAQUS通用有限元软件进行了新型RCS混合节点的有限元数值模拟研究,详细地介绍了ABAQUS建模过程中涉及到的各种参数,混凝土和钢材的材料本构关系、接触的设置、网格的划分以及边界条件的确定,完成了对新型RCS混合节点的从破坏模式,变形形态,应力及混凝土损伤开裂等多个角度的分析,并将分析结果与试验结果进行了对比。在验证模型参数设置合理的基础上,完成了以SJ-2、SJ-4为基准构件,分析混凝土柱轴压比、混凝土强度、箍筋面积、箍筋间距以及箍筋强度等五个主要因素的影响因素的参数化分析,并且以SJ-2为基础,研究了在梁端螺栓未发生滑移的基础上增大角钢尺寸以及改变钢梁高度对节点承载力的影响。
  (4)本章以斜压杆件-桁架模型为基础,进一步分析了带肋顶底角钢预制混凝土柱-钢梁中柱节点的传力途径以及破坏模式,分析其核心区抗剪承载力并提出了相应的承载力计算公式,参考有限元分析结果以及欧洲规范确定了核心区的有效计算高度。建立了考虑轴压力影响的核心区抗剪承载力计算模型,并提出了适用于带肋顶底角钢预制混凝土柱-钢梁中柱节点的核心区抗剪承载力计算公式,并通过已完成的试验数据及有限元参数化结果对该公式的计算方法进行验证。
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