CFRT隔板贯通节点抗剪承载力试验与计算方法研究

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隔板贯通节点具有构造简单、传力明确和施工方便等优点,在国外,尤其是日本的方、矩形钢管混凝土柱-钢梁框架结构体系中得到了广泛应用。近年来,随着我国住宅钢结构产业化的不断发展,隔板贯通节点作为我国《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159:2004)推荐的矩形钢管混凝土柱与钢梁连接的四种形式之一,已被广泛应用于实际工程中。国内外学者针对隔板贯通节点的力学性能开展了大量试验研究和理论研究工作,并取得了一些成果,但现有的研究多集中在节点的抗弯承载力和抗震性能上,对于隔板贯通节点核心区抗剪承载力的研究资料较为缺乏,且国内没有设计准则可循。本文采用试验研究、有限元分析和理论分析相结合的方法,围绕隔板贯通节点核心区的抗剪承载力和抗震性能等问题进行了试验研究和理论分析,明确了剪力传递机制、建立了抗剪承载力简化计算模型,提出了隔板贯通节点核心区抗剪承载力计算公式。本文在查阅大量国内外相关文献的基础上,阐述了方钢管混凝土柱-钢梁框架节点的发展过程与研究现状,总结了隔板贯通节点的构造形式和存在的问题,指出了论文的研究背景,明确了论文的主要研究内容和创新点。完成了5个T字形和6个十字形隔板贯通节点试件在核心区剪切破坏模式下的低周反复荷载试验,得到了隔板贯通节点在剪切破坏模式下的破坏特征和荷载位移曲线。进行了隔板贯通节点核心区混凝土剖切试验,揭示了核心区混凝土在水平荷载作用下的裂缝开展规律,明确了核心区混凝土斜压杆受压区宽度。建立了隔板贯通节点三维有限元模型,考虑了钢材和混凝土的材料非线性、几何非线性和接触非线性等因素,采用ANSYS有限元分析软件,分析了隔板贯通节点在低周反复荷载作用下的变形情况,结果表明:节点承载力、破坏特征及核心区混凝土受力状态的有限元分析结果与试验结果基本一致,验证了有限元分析方法的可行性。通过有限元分析,得到了隔板贯通节点在水平荷载作用下的应力-应变分布规律,揭示了隔板贯通节点传力路径,确定了隔板贯通节点抗剪承载力组成部分,以及核心区混凝土斜压杆受压区宽度。介绍了现有隔板贯通节点核心区抗剪承载力计算方法,分析了各方法的适用性和优缺点。在试验结果和有限元分析结果的基础上,分析了隔板贯通节点在水平荷载作用下的传力机制,建立了核心区抗剪承载力简化计算模型。基于叠加理论,提出了钢管核心区钢管腹板与混凝土协同受力的节点核心区抗剪承载力计算方法。节点承载力理论计算值与试验值吻合较好,表明本文提出的隔板贯通节点核心区抗剪承载力计算方法较为合理,可以为隔板贯通节点的设计提供依据。
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