端板型半刚性钢-混凝土组合节点的试验研究

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钢-混凝土组合框架中半刚性组合节点性能的研究近来引起了广泛的关注,这种节点形式花很低的成本就可以通过混凝土板内的纵向钢筋实现组合梁在不同跨之间的连续性,而且通过选择合适的型钢梁柱连接方式和纵向钢筋数量,可以有效地控制节点的刚度与承载能力。但是就目前对组合节点性能及其对整个框架的影响程度的了解,还不足以得出一个可靠的设计方法。因此有必要对半刚性钢-混凝土组合节点受弯承载力、转动刚度和转动能力进行全面的研究。本文设计了6个端板型钢-混凝土组合梁柱节点与2个端板型纯钢梁柱节点,通过对这些试件的静力荷载试验,重点研究了端板型钢-混凝土组合节点的弯矩-转角性能的影响因素,包括高强螺栓、压型钢板、型钢梁、型钢柱、加劲肋,以及混凝土板内纵向钢筋配筋率等。试验结果表明,半刚性钢-混凝土组合节点具有较高的受弯承载能力与转动刚度,同时还具有良好的转动耗能能力。而合理考虑上述影响因素是半刚性钢-混凝土组合节点受力性能得以充分发挥的关键。在试验研究的基础上,本文提出了端板型钢-混凝土组合节点塑性受弯承载力的计算公式。本文公式采用塑性分析方法,以纵向钢筋屈服破坏为节点破坏的准则。与试验结果的比较表明,本文的公式具有较好的精度。本文认为,在负弯矩区,组合节点的转动刚度是由混凝土板内纵向钢筋与梁柱型钢连接部分各自的贡献叠加而成的,为了简化计算,这里忽略了受拉混凝土对节点转动刚度的影响。以此为基础,提出了半刚性组合节点和纯钢节点的初始转动刚度计算公式。该公式与试验结果吻合较好。为了满足组合梁力矩重分配的要求,足够的节点转动能力是必需的。本文初步探讨了钢-混凝土组合节点极限转动能力下限值的计算方法,经与试验结果比较表明,本文所介绍的组合节点极限转角计算模型是合理的。本文发展了一个钢-混凝土组合节点的有限元模型,该模型考虑了混凝土板与型钢梁之间相对滑移与梁柱之间半刚接对节点受力性能造成的影响,并充分利用现有的节点试验与理论分析成果,将半刚性钢-混凝土组合节点简化为一个二维平面模型。模拟所得的节点M-φ曲线性能关系用于半刚性钢-混凝土组合框架受力性能的分析。
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