壁式钢管混凝土柱—钢梁嵌入式双侧板节点抗震性能研究

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随着我国社会主要矛盾的转换,人们对建筑物舒适度的要求越来越高,为了解决柱角突出墙面的问题,本课题组提出了壁式钢管混凝土柱及其节点。为了解决已研究双侧板节点中存在的侧板突出柱壁的问题、优化侧板厚度,本文提出双侧板嵌入柱壁、梁柱之间无物理隔离的壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点,并提出适用于这种节点的两种构造措施,即装配化程度较高的侧板焊接型及焊缝数量较少的侧板整体型。为了研究嵌入式双侧板节点的抗震性能、对比焊接型双侧板节点与整体型双侧板节点抗震性能的差别、分析嵌入式双侧板节点的传力路径及应力传递系数,本文对焊接型双侧板节点及整体型双侧板节点进行了对比分析,主要工作有:(1)通过两个足尺壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点的拟静力试验研究,对比分析了两者的抗震性能。试验结果表明,焊接型双侧板节点的破坏模式为侧板之间焊缝撕裂,其抗震性能稍差;整体型双侧板节点的破坏模式为梁端形成塑性铰,其抗震性能较好。(2)数值模拟了壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点在低周往复荷载作用下的抗震性能。通过与试验结果对比,验证了数值模拟建模方法的正确性,分析了嵌入式双侧板节点的传力路径。分析结果表明,梁端应力主要通过双侧板传递至节点核心区,梁柱焊缝参与应力传递比例较小。(3)对壁式钢管混凝土柱-钢梁嵌入式双侧板节点进行参数扩展分析,提出设计建议。分析了侧板厚度、钢管内混凝土、设计轴压比、框架柱段钢管竖向内隔板对节点抗震性能的影响。分析结果表明对于文述梁柱截面的双侧板节点,侧板厚度影响节点的破坏模式,侧板厚度越小其抗震性能越差,建议侧板厚度不小于梁翼缘厚度2mm;取消钢管内混凝土后节点的破坏模式变为节点核心区侧板破坏,不建议取消壁式钢管柱内混凝土;设计轴压比对节点加载初期刚度退化系数有较明显的影响,设计轴压比越大加载初期刚度退化系数越大;取消框架柱段钢管竖向内隔板后节点的抗震性能基本无变化,建议取消框架柱段钢管竖向内隔板。分析节点的破坏机理,结果表明,梁端塑性铰区、节点核心区侧板、位于梁下翼缘与柱壁焊接处的侧板母材为嵌入式双侧板节点的三个薄弱区。提出建议的应力传递系数及“强节点弱构件”验算公式。
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