方钢管混凝土柱—蜂窝梁节点抗震性能研究

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钢管混凝土柱(CFST)、钢蜂窝梁均具有良好的力学性能,是工程中比较理想的两种构件。二者的连接,不但可以发挥二者自身的优点,且更容易实现“强柱弱梁”的屈服机制。目前对外加强环式圆CFST-钢蜂窝梁节点的力学性能已经开展了一定的研究,但还未查阅到对方CFST-钢蜂窝梁节点的研究。为此,本文开展了外加强环式方CFST-钢蜂窝梁节点的力学性能及设计计算方法研究,主要完成了以下工作:基于大型有限元软件ABAQUS和已有外加强环式方CFST-实腹钢梁节点试验数据,建立了外加强环式方CFST-实腹钢梁节点的有限元模型,对其在低周往复荷载作用下的受力和破坏过程进行了有限元模拟分析,并与已有的试验结果进行了比对,结果表明模拟和试验二者吻合较好,从而证明了所采用有限元模拟方法对方CFST-钢蜂窝梁节点受力过程进行模拟的可行性。在此基础之上,根据实际工程使用的钢管混凝土柱尺寸进行一定比例的缩放,建立了尺寸相同的方CFST-钢蜂窝梁和方CFST-实腹钢梁两个模型,通过对比二者在低周往复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线、延性系数及耗能能力,可以看出方CFST-钢蜂窝梁节点也具有良好的抗震性能,且更容易实现“强柱弱梁”的屈服机制,由此表明外加强环式方CFST-钢蜂窝梁节点具有良好的工程应用价值。通过改变方CFST的轴压比、含钢率、钢材强度、混凝土的强度、含钢率、蜂窝梁的第一个开孔到柱边的距离、开孔率和孔间距以及加强环板宽度等因素,设计了 25个外加强环式方CFST-钢蜂窝梁节点,并采用上述有限元模拟方法,模拟了其受力破坏的过程,计算得到了相应的滞回曲线、骨架曲线、延性系数,等效粘滞阻尼系数。从计算结果可以看出,该种节点滞回曲线均比较饱满,没有明显的刚度退化,其位移延性系数在4.2~5.3之间,等效粘滞阻尼系数在0.31~0.36之间,能量耗散系数在1.98~2.28之间,由此进一步说明该种节点具有良好的抗震性能。采用以上模拟结果,定量的分析了影响该种节点滞回曲线和骨架曲线的因素,结果表明:轴压比、环板宽度、钢材强度、含钢率、梁柱线刚度比、开孔率、孔间距、梁上开孔中心到柱壁距离d这些参数对节点骨架曲线的均有不同程度的影响,其中轴压比、开孔率、孔间距、梁上开孔中心到柱壁距离d对骨架曲线影响较小,而环板宽度、钢材强度、含钢率、梁柱线刚度比对骨架曲线的影响较明显。根据上述研究结果回归了该种节点的抗弯承载力、极限抗弯承载力和初始刚度的简化计算式,并验证了简化计算式的准确性,从而为该种节点的实际工程应用和相关规范的制定提供了理论依据。
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