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针对已有的方钢管混凝土柱-H型钢梁节点装配化程度低、焊缝质量不易保证等缺点,本文提出一种适于装配的、无施工现场焊接作业和混凝土灌注作业的方钢管混凝土柱-H型钢梁螺栓装配节点,研究了压型钢板-混凝土组合楼板组合作用对该节点静力性能及抗震性能的影响。 分别对无楼板、楼板受压、楼板受拉的3个足尺节点试件进行了静力加载试验研究,对比分析了节点在单调荷载作用下的受力性能,包括初始转动刚度、极限承载力等,研究了正负弯矩作用下楼板组合作用对其静力性能的影响。研究结果表明:该节点的位移延性系数达到3.6以上,满足抗震设计要求;组合节点和无楼板节点性能差别明显,相比于纯钢梁,组合梁横截面中和轴上移,组合节点的初始转动刚度、极限承载力,与无楼板节点相比均有大幅度提高;组合节点螺栓开始滑移的荷载提高,最大滑移量减小。 为了研究楼板组合作用对该节点抗震性能的影响,对2个足尺方钢管混凝土柱-H型钢梁螺栓装配节点进行了低周反复加载试验研究,详细对比了无板节点与组合节点的梁端荷载-位移滞回曲线与骨架曲线、节点破坏形态、刚度和强度退化规律、刚性评价以及耗能能力等。研究结果表明:与无板节点相比,考虑楼板组合作用后,组合节点的滞回曲线更为饱满,但“捏缩”现象更加显著,屈服荷载及极限荷载均有所增大;无板节点及组合节点的位移延性系数分别为3.30-3.33、3.88-3.99,同级荷载强度退化系数分别在0.9、0.85以上,等效黏滞阻尼系数分别为0.43、0.40,表现出良好的抗震性能;无板节点和组合节点均为半刚性、全强度连接节点。 与试验结果相对比,利用有限元软件ABAQUS建立方钢管混凝土柱-H型钢梁螺栓装配节点的三维有限元数值分析模型,对节点试件进行非线性有限元数值仿真模拟,分析了单调荷载作用下楼板组合作用对其静力性能的影响。研究结果表明:有限元模拟和模型试验中试件的破坏机理基本相同,破坏模式一致,两者结果吻合较好,验证了有限元模型的正确性。 共设计3组7个试件,研究此类节点在正负弯矩作用下的荷载-位移曲线,确定影响其极限承载力、延性及初始转动刚度的主要因素及其影响规律。研究结果表明:组合节点的极限承载力、延性及初始转动刚度等,随着压型钢板-混凝土组合楼板板厚、配筋率的增大而逐渐增大,随着抗剪栓钉布置数量的减少而降低。在模型低周反复加载试验滞回曲线的基础上,确定了试件的简化骨架曲线,针对方钢管混凝土-H型钢梁螺栓连接无板节点,提出了考虑捏缩效应的刚度退化三折线模型,针对方钢管混凝土-H型钢梁螺栓连接组合节点,提出了考虑楼板组合效应和捏缩效应的刚度退化双折线模型,该模型可以用于结构弹塑性时程反应分析和钢框架节点抗震设计,并提出此类节点的设计建议。 本文通过模型试验,研究了楼板组合作用对方钢管混凝土柱-H型钢梁螺栓装配节点静力性能及抗震性能的影响,并在模型试验的基础上,运用有限元软件进行了数值模拟和参数分析,得到了一些有价值的结论和规律,对促进工业化装配式钢结构体系在实际工程中的应用,推动工业化装配式钢结构在钢结构学科中的发展,具有重要意义。