预制装配式RCS混合结构节点抗震性能试验研究

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混凝土柱-钢梁混合结构(reinforcedconcretecolumn-steelbeam,RCS)充分发挥了钢与混凝土两种材料各自的优点,是一种可持续发展的结构体系,其综合性能要优于传统钢筋混凝土框架结构和钢框架结构,被称为“低成本高效率”的结构形式。将这种体系应用到预制装配式当中,发展装配式混合结构体系,这对于改变我国粗放型建筑施工作业,顺应建筑产业化发展趋势,无疑具有重要的经济和社会意义。为充分发挥混合结构(RCS)体系的优点,本文结合削弱外伸节点的特点和耗能减震技术的研究,提出了3种不同的干作业螺栓连接方式混合节点。为了研究全装配式RCS混合结构节点的抗震性能,根据提出的3种不同的干作业螺栓连接混合节点,通过拟静力试验,分别对节点构件的破坏特征、破坏机理以及承载能力、延性和耗能能力等抗震性能进行了试验研究。研究结果表明:(1)结合钢结构削弱外伸梁端节点的理念,将塑性铰的位置从梁端外移到削弱处,能避免塑性铰对核心区的不利影响,实现强柱弱梁的抗震设计要求;(2)采用单盖板连接的钢梁拼接节点,其耗能性能不如双盖板连接的钢梁拼接节点;(3)采用无箍筋的钢构套构造,节点核心区具有较高的承载能力和良好的耗能性能;(4)盖板拼接节点的滞回曲线呈Z字型,反映出存在较大滑移的影响;(5)外伸端板的半刚性连接节点,其滞回曲线呈纺锤形,端板屈曲能较好地耗散能量,具有良好的抗震性能;(6)盖板内侧设置摩擦铜片后,能起到很好的耗能效果;通过合理设计,震后破损的构件还可能实现修复和替换功能。在试验研究基础上,结合试验的破坏特征,使用非线性连接单元,建立用于框架结构分析的耗能拼接节点的弯矩—转角模型,对该RCS混合结构耗能节点进行数值模拟。通过对比可以发现,数值模拟曲线和试验曲线基本一致,因此,可以利用该连接单元模拟实际的摩擦耗能拼接节点。为了研究全装配式RCS混合结构节点耗能对框架结构整体抗震性能影响,利用SAP2000建立普通框架结构和带摩擦耗能节点的框架结构,进行了模态分析,用位移控制法在两种加载模式下进行静力弹塑性推覆分析,研究表明:连接的刚度会影响结构的低阶自振周期,但是对高阶模态影响很小;采用耗能节点的全装配式RCS混合结构能够有效减少底部受力,表现出较好的延性;结构的层位移角都符合抗震规范的要求。
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