型钢混凝土梁-柱斜交节点受力性能及抗剪承载力研究

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型钢混凝土结构既具有钢结构强度高、韧性好的优点,又能够提高混凝土利用率和减少材料浪费,在超高层和大跨建筑结构中应用较为广泛。型钢混凝土梁-柱节点的抗震性能对整体结构安全起着至关重要的作用。然而,现有研究主要针对梁-柱正交节点,缺乏对型钢混凝土(SRC)梁-柱斜交节点抗震性能的系统研究,这使得设计和施工没有可靠的理论参考依据、极易造成整体结构安全隐患。因此,本文采用数值模拟和理论分析的方法对SRC梁-柱斜交节点的受力性能和抗剪承载力计算方法进行深入研究。主要研究内容和成果如下:(1)在总结国内外专家学者对型钢混凝土梁-柱节点研究成果的基础上,采用有限元软件对已有SRC梁-柱平面节点进行建模分析,并将数值模拟结果与试验结果对比分析,结果表明:数值模拟曲线和试验曲线吻合较好,验证了建模的准确性和合理性。(2)以实现劲性混凝土结构抗震设计为目标,针对某综合广场主体结构的功能需要,设计1个SRC梁-柱斜交边节点,同时建立1个SRC梁-柱正交边节点,在低周往复荷载下,从滞回曲线等方面对比分析两节点试件的受力性能。结果发现:试件屈服后,与SRC梁-柱正交边节点相比,SRC梁-柱斜交边节点的承载力约降低20%,耗能能力约降低8%,因此在斜交节点设计中可参考该变化幅度增加配钢率,进而提高结构的承载力和耗能能力。(3)分析了轴压比、混凝土强度、柱型钢腹板厚度等参数对SRC梁-柱斜交边节点抗震性能的影响,结果表明:在加载过程中,轴压比和柱型钢腹板厚度是影响SRC梁-柱斜交节点抗震性能的主要因素,并建议轴压比控制在0.3~0.4为宜,柱型钢腹板厚度控制在30mm~35mm之间;在加载后期,混凝土强度对结构抗震性能的影响较小。(4)分别建立SRC梁-柱斜交中节点和SRC梁-柱正交中节点模型,对比分析两者在低周往复荷载下的受力性能,结果表明:试件屈服后,与SRC梁-柱正交中节点相比,SRC梁-柱斜交中节点试件耗能较大,但其结构承载力约降低15%,为保证该结构承载力满足设计要求,可参考该变化幅度进行加强。(5)分析各参数变化对SRC梁-柱斜交中节点抗震性能的影响规律,结果表明:当轴压比为0.2~0.5时,轴压比为0.4时的试件承载力和能量耗散系数均为最大,且延性性能最好,建议轴压比取为0.4;当混凝土强度为C40~C70时,随着混凝土强度等级的提高,试件的环线刚度和能量耗散系数均逐渐增大,当混凝土强度为C60时,试件延性性能最好,建议混凝土强度取为C60;当柱型钢腹板厚度为25mm~40mm时,其厚度为30mm的试件延性性能和耗能能力最优,建议柱型钢腹板厚度取为30mm。(6)基于SRC梁-柱斜交节点在低周往复荷载下的研究成果,参考现行相关规范,采用叠加法对其抗剪承载力计算方法进行深入研究,分别推导得出了SRC梁-柱斜交中节点和斜交边节点的抗剪承载力计算公式,验证了公式的准确性,可为该类节点的设计提供参考依据。
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