【摘 要】
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复杂节点在超高层结构中已经得到越来越多应用,但目前国内外对超高层结构中关键复杂节点的研究还不够透彻。现如今实际工程中存在着各种各样类型的节点,在设计这些节点时,可查阅的资料极其有限。主要原因是以往工程节点试验的研究对象和结论的普适性不高,工程复杂节点类的低周交变试验较少,多以承载力试验为主,难以满足工程设计的要求。本文选取实际工程项目中的3处钢管混凝土柱(叠合柱)复杂节点作为研究对象,简化节点模型
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复杂节点在超高层结构中已经得到越来越多应用,但目前国内外对超高层结构中关键复杂节点的研究还不够透彻。现如今实际工程中存在着各种各样类型的节点,在设计这些节点时,可查阅的资料极其有限。主要原因是以往工程节点试验的研究对象和结论的普适性不高,工程复杂节点类的低周交变试验较少,多以承载力试验为主,难以满足工程设计的要求。本文选取实际工程项目中的3处钢管混凝土柱(叠合柱)复杂节点作为研究对象,简化节点模型,按1:6进行缩尺,对其开展低周反复荷载试验研究。通过对此类节点进行抗震性能研究来检验实际工程中节点的设计是否具备足够好的性能,并对该类节点在工程上的设计应用提出建议,具有重要的实际工程指导意义。本文的研究主要有:进行抗震性能试验,试验过程中观察梁端、柱端及节点核心区混凝土裂缝分布情况、钢板屈服情况以及最终的破坏模式;分析滞回曲线、骨架曲线、强度退化、刚度退化、延性和耗能等抗震性能指标。在试验的基础上,应用ABAQUS有限元软件建立了与试验对应的3个有限元模型JD1、JD2和JD3,数值模拟结果与试验结果进行了对比,验证试验结果的可靠性。再以JD1和JD2为原型建立9个有限元模型,对比分析了节点两侧梁的对称性对节点力学性能的影响;以JD3为原型建立4个有限元模型,对比分析了Y形钢管节点管内是否有混凝土对节点抗震性能和承载能力的影响。通过试验研究和有限元模拟分析,主要得到以下结论:(1)3处节点的抗震性能和承载力良好,均满足“强节点,弱构件”的抗震设计要求,试件破坏模式以节点区“梁铰”破坏为主,分别为钢梁塑性铰处受弯断裂(试件JD1)和钢筋混凝土梁塑性铰处钢筋拉断、混凝土压碎破坏(试件JD2和试件JD3)。(2)左右两侧不对称的梁节点,梁刚度大的一侧在整体抗震性能中受力更大,耗能更大,且在加载后期表现愈加明显。相比对称梁节点,非对称梁节点延性较差但承载力上相差较小。在实际工程中,节点两侧梁荷载不对等且地震设防要求不高时,可根据荷载选用两侧不对称的梁截面,以获取更高的经济性。(3)对Y形钢管的转换节点,钢管中浇筑混凝土能有效提升节点的承载力和延性。推广到实际工程中,对有钢管转换的节点在底柱钢管和节点核心区钢管内浇筑混凝土,形成过渡段,是兼具较好的延性、承载力和工程经济性三者的最有效方案。
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