方钢管柱-H型钢梁框架抗震性能及隔板贯通节点抗剪承载力研究

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钢管混凝土就是在钢管中填入混凝土所得到的构件形式,钢管混凝土构件结合了钢和混凝土各自的材料优势和优良力学性能且产生了一加一大于二的效果,具有型钢混凝土没有的很多优势。隔板贯通节点是目前在钢管混凝土框架结构中采用的较为普遍的一种节点形式,现阶段国内外对此种节点性能研究较多,但对于其抗剪承载力仍研究较少,且现有试验的剪切破坏不明显,以及并未考虑节点在框架中的破坏模式以及框架整体性能对节点承载力发挥的影响。本文基于试验研究、有限元和理论研究的方法,对采用隔板贯通节点的钢管柱-H型钢梁框架抗震性能和节点的抗剪承载力进行研究。
  (1)设计了三个十字形方钢管-H型钢梁隔板贯通节点试件,以考察其在梁端横向低周滞回荷载作用下的破坏模式、应力应变分布特点,并基于试验获得的滞回曲线和骨架曲线获得节点的延性和耗能能力。试件变化参数为节点核心区钢管厚度和隔板厚度。设计了三榀单跨单层方钢管-H型钢梁缩尺框架试件,以考察方钢管-H型钢梁框架的整体抗震表现以及框架性能对节点性能的发挥影响。为得到不同的破坏模式,变化参数有跨度、柱截面、是否填充混凝土、节点核心区是否削弱。
  (2)采用Abaqus有限元软件建立了十字形节点试件和框架试件模型,并通过试验验证模型的准确性和适用性,进一步进行参数化分析,分析核心区钢管腹板和翼缘、隔板厚度、轴压比对隔板贯通节点核心区抗剪承载力的影响规律。
  (3)在框架试验的基础上,采用Abaqus软件对框架滞回试验进行模拟,在验证准确性和适用性基础上进行参数化分析;并以节点参数作为框架参数建立足尺框架模型,观察框架破坏模式和节点的力学表现。
  (4)结合试验研究和有限元参数化分析,明确节点核心区各构件的贡献程度基础上,采用核心区钢管腹板拉力带和翼缘塑性铰转动模型进行节点核心区钢管腹板抗剪承载力的建立,并采用屈服线理论建立隔板抗剪承载力的计算公式,线性叠加得到隔板贯通节点抗剪承载力计算公式,并与试验试件和有限元模型进行对比,验证其准确性和适用性。
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