复式钢管混凝土外环板节点滞回性能与核心区应变研究

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复式钢管混凝土是在普通钢管混凝土基础上发展而来的新型结构形式,具有承载力高、塑性韧性好、施工方便、经济效益显著等一系列优点与广阔的应用前景。复式钢管混凝土节点研究多借鉴较成熟的单钢管混凝土梁柱节点形式并加以改进。钢管混凝土外环板式节点具有应力分布均匀、刚度、塑性、承载力、抗震性能良好等优点,也是《矩形钢管混凝土结构技术规程》和《钢管混凝土结构技术规程》推荐的主要节点形式。因此本文拟对复式钢管混凝土外环板节点进行了研究。基于数字散斑相关方法(digital speckle correlation method,DSCM)对复式钢管混凝土节点试件进行试验研究,得到弯矩-梁柱相对转角(M-θ)滞回曲线与核心区剪力-剪切角(V-γ)滞回曲线以及节点核心区变形场演化过程,对节点抗弯、抗剪性能进行研究,并对节点延性、刚度、耗能等抗震性能和节点核心区进行了分析,最后以梁柱线刚度比为参数通过ABAQUS有限元软件研究了节点连接区域的屈服机制,研究结果表明:(1)基于DSCM技术所得核心区弯矩-梁柱相对转角(M-θ)滞回曲线和核心区水平剪力-剪切角(V-γ)滞回曲线、骨架曲线表现出良好的耗能能力和后期变形能力。根据初始转动刚度,复式钢管混凝土外环板节点属于半刚性节点,但仍属于强节点范畴,复式钢管混凝土外环板节点核心区剪切角变形值对梁柱相对转角变形的贡献较大,不可忽略节点域剪切变形对结构变形的影响。剪应变云图呈斜45°对称分布,出现梁端弯曲破坏的试件节点域剪应变随荷载增加发展缓慢,出现柱端压弯破坏的试件节点域剪应变随荷载增加发展较快,柱端压弯破坏的试件节点域极限剪应变是出现梁端弯曲破坏的2~3倍。(2)ABAQUS有限元模拟所得弯矩-梁柱相对转角(M-θ)滞回曲线与试验吻合良好,极限抗弯承载力的差在15%以内,且所有模拟滞回曲线饱满呈明显梭形,骨架曲线呈倒S形,具有良好的耗能能力。节点的破坏形态受梁柱线刚度比的影响比较大,轴压比对节点试件的延性影响较大,对试件破坏形态的影响比较小。试件梁柱线刚度比较小破坏形态以梁端弯曲为主,产生梁端塑性铰的破坏;刚度比较大,破坏形态以柱端鼓曲为主,产生柱端塑性铰为主的破坏。核心区应变集中在对角,为核心区的薄弱区域。(3)随着梁柱线刚度比的增长,节点的初始刚度增加,抗弯承载力也随着刚度比的上升而增长,在达到一定值后涨势减缓;试验与有限元分析结果表明复式钢管混凝土外环板节点具有较好的强度、刚度,有良好的变形能力和耗能能力,符合强节点弱构件的抗震要求。
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