外包波纹钢-混凝土组合梁与波纹钢-钢管混凝土柱节点抗震性能研究

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波纹钢板具有抗剪能力强、抗侧刚度大、耗钢量小等优势。课题组提出一种新型的外包波纹钢-混凝土组合梁和波纹钢-钢管混凝土柱,而关于该新型组合梁与组合柱的节点连接形式还未研究,基于此本文提出一种外包波纹钢-混凝土组合梁与波纹钢-钢管混凝土柱节点(简称CSW节点),通过试验、有限元及理论分析三种方式对CSW节点开展研究。主要研究内容如下:(1)设计制作CSW边节点试件,进行低周往复试验,对试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、钢材应变等进行分析,此外对边节点的变形组分及占比进行研究。研究结果表明:CSW边节点为梁端受弯破坏,形成塑性铰,滞回曲线饱满,抗震性能良好,满足“强柱弱梁,强节点弱构件”的设计要求。节点层间位移主要由梁的弹性变形、梁的塑性变形、柱的弹性变形、节点剪切变形引起,其中梁塑性变形引起的层间位移占比较大,节点的剪切变形引起层间位移占比较小;(2)利用有限元软件ABAQUS对CSW边节点试件进行模拟,有限元结果与试验结果拟合较好。在此基础上,以轴压比、下翼缘板厚度、梁波纹钢板厚度、梁柱线刚度比等参数对CSW边节点的承载力、刚度等抗震性能进行分析。结果表明:梁下翼缘厚度对节点的承载能力和刚度影响较大,梁波纹钢板厚度对于节点的承载力和刚度有一定影响,轴压比对于节点的承载能力和刚度影响较小,梁柱线刚度比由0.75增加到0.81,节点的承载能力以及耗能能力均有提高,且试件的破坏模式由梁端弯曲破坏逐步向节点剪切破坏转变;(3)设计制作CSW中节点试件,进行低周往复试验,对中节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、刚度退化、强度退化、钢材应变进行研究。研究结果表明:CSW中节点模式为梁端弯曲破坏,形成塑性铰,节点滞回曲线饱满,抗震性能良好;(4)利用有限元软件ABAQUS对CSW中节点进行模拟,有限元结果与试验结果拟合较好,通过改变梁柱线刚度比,建立基于节点核心区剪切破坏的简化模型,对简化模型承载力的影响因素进行分析,结果表明:钢材的强度等级、钢管的壁厚以及轴压比对于简化模型的承载力影响较大;大腔混凝土强度等级和节点核心区拉板厚度(钢管厚度较小时)对于简化模型承载力影响较小;小腔混凝土强度等级对于简化模型的承载力几乎无影响;(5)对CSW中节点的核心区钢材和混凝的应力和应变进行深入分析,明确节点核心区各部件的传力路径和受力机理,建立节点核心区受剪力学模型,提出节点核心区受剪承载力的公式,并利用有限元计算结果对公式进行验证,可为工程计算提供参考。
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