核心区加强式圆形钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

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钢管混凝土结构的承载能力高、抗震能力强、经济效果显著,目前已广泛应用于各大工程领域。从钢管混凝土的设计理念出发,圆形钢管混凝土的受力性能表现最优,但在实际工程中,圆形钢管混凝土柱与H型钢梁的连接不易处理,很难做到节点受力性能良好且构造形式简单、方便施工,因此,基于目前国内外对圆形钢管混凝土梁柱节点的研究成果,本文提出了一种核心区加强式圆形钢管混凝土柱与钢梁的连接节点形式,此类节点中的钢梁与圆形钢管混凝土柱通过方套筒连接,构造简单,用钢量较少,施工方便快捷,对此类节点进行低周往复荷载作用下的试验研究与有限元分析,主要研究内容及取得的成果如下:创新性的提出了一种核心区加强式圆形钢管混凝土柱-钢梁节点形式,设计制作了3个节点试件并对其进行了试验研究,对相应的破坏过程进行了详细描述,并对各个试件的抗震性能指标进行了分析。结果表明:本文设计的节点试件承载能力较高、耗能能力较强,各项指标均满足规范要求;增大梁柱线刚度比能大幅度提高节点的承载能力与刚度,但会降低其耗能能力,当梁柱线刚度比增大到一定程度时可能会使节点的破坏由梁端破坏转为柱端破坏;在节点区增设焊缝能有效提高节点的承载能力,但会降低节点的延性;通过在节点区设置加劲肋和加腋板,能够有效避免钢梁与端板处的应力集中现象,使破坏产生的塑性铰外移,避免节点区域受到破坏,达到“强节点、弱构件”的抗震要求。基于试验结果,采用有限元软件ABAQUS对核心区加强式圆形钢管混凝土柱-钢梁栓焊混合连接节点进行了低周往复荷载作用下的三维非线性有限元模拟,得到了试件的破坏形态、滞回曲线与骨架曲线,并与试验结果进行对比,结果说明:两者的滞回曲线及骨架曲线相似度较高,吻合度较好,破坏形态相同,屈服荷载和极限荷载的差值也较小,说明本文建立的有限元模型具有较高的可靠度与精确度。在有限元分析的基础上,改变模型中的轴压比、混凝土强度等级、钢材强度以及梁柱线刚度比等参数,研究分析这几种因素对此类节点抗震性能的影响程度,结果发现:轴压比越大,节点的耗能能力越强,承载能力越低,延性越差;混凝土强度等级对此类节点的抗震性能无影响;钢材强度与梁柱线刚度比越高,节点的承载能力也越高,但节点的延性随着梁柱线刚度比的增大而变差。
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