【摘 要】
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近年来,钢-混凝土组合构件得到了广泛的应用,各种新型钢-混组合结构层出不穷。钢管混凝土叠合柱(Concrete-encased CFST column)及部分包裹混凝土梁(PEC beam)通过在钢构件外表面填充混凝土,可显著提高构件的力学和抗火性能,采用钢管混凝土叠合柱与PEC组合梁形成的新型组合框架具有较强的可装配性和广阔的应用前景。然而,目前缺乏对钢管混凝土叠合柱与PEC组合梁连接节点及框架
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近年来,钢-混凝土组合构件得到了广泛的应用,各种新型钢-混组合结构层出不穷。钢管混凝土叠合柱(Concrete-encased CFST column)及部分包裹混凝土梁(PEC beam)通过在钢构件外表面填充混凝土,可显著提高构件的力学和抗火性能,采用钢管混凝土叠合柱与PEC组合梁形成的新型组合框架具有较强的可装配性和广阔的应用前景。然而,目前缺乏对钢管混凝土叠合柱与PEC组合梁连接节点及框架的研究。本文将钢管混凝土叠合柱与部分包裹混凝土梁结合,采用外伸端板及全螺栓两种装配式节点进行连接,有望在实际工程的装配式建筑中应用。为获悉此类节点及框架的性能,本文开展了钢管混凝土叠合柱装配式节点抗震性能分析及框架易损性分析,具有重要的理论价值和工程意义。本文的主要工作可以概括如下:(1)设计并制作了梁类型及节点形式不同的4个试件,并对其开展了拟静力试验,分析了不同试件的破坏模态,揭示了各节点的荷载-位移滞回曲线,深入研究了荷载-位移骨架曲线、弯矩-转角骨架曲线、节点延性系数、强度及刚度退化、耗能能力等评价指标。分析了关键部位的应变分布,明确了节点的受力机理。研究结果表明节点具有优良的抗震性能。(2)采用ABAQUS软件建立了各节点的有限元模型,明确了模型中使用的本构关系、接触设置、单元类型、边界条件及网格尺寸。并基于实验结果,验证数值模型的可靠性。分析了外伸端板节点模型中叠合柱的柱壁传力机制,研究管外混凝土在受到螺栓拉力和受压区压力时的柱内传力路径。以此为基础,提出两类节点的受弯承载力和初始刚度计算方法。对于外伸端板节点,受弯承载力计算方法考虑PEC梁翼缘间混凝土的影响。根据叠合柱柱壁传力路径,考虑管外混凝土的影响,使用组件法给出了外伸端板节点及全螺栓节点的初始刚度计算公式。又使用两种方法对节点进行刚性评价,为后文进行框架非线性时程分析及地震易损性分析奠定理论基础。(3)使用OpenSees软件建立了各节点的有限元分析模型,包括纤维截面模型、本构关系模型以及半刚性节点域模型。模拟得到了各节点的荷载-位移滞回曲线,与试验结果进行对比验证建模方法的合理性。基于Open Sees节点建模方法和前文推导的节点计算方法,建立了采用两种不同类型节点的钢管混凝土叠合柱-部分包裹混凝土梁组合框架计算模型,并对其进行了不同地震动下的非线性时程分析,以最大层间位移角和残余层间位移角为指标评价了框架抗震能力。基于增量动力分析,研究了框架的地震易损性,揭示了框架在倒塌概率和非倒塌概率下结构的性能水平,为实际工程提供参考。
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