钢-混凝土组合板柱节点抗冲切性能试验研究及理论分析

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钢筋混凝土板柱结构具有结构厚度薄,能够有效降低建筑层高,改善空间利用率等优点,故在地下车库、住宅、学校等建筑中广泛应用。但是由于板柱节点区域存在着较大的弯矩和剪力,因此板柱节点往往易发生脆性冲切破坏,造成重大的人员伤亡和财产损失。迄今为止板柱节点的破坏机理,抗冲切机制和承载力的计算方法等问题一直是混凝土板柱节点研究领域的重要课题。为提高板柱节点抗冲切性能,本文通过试验研究、有限元模拟、理论推导等方法对钢与混凝土组合板柱节点的抗冲切性能进行分析。分别以节点布钢形式、板纵筋配筋率、混凝土强度等级、板厚及型钢配钢率为研究参数,设计制作了12个1/5缩尺试验模型。通过单调加载试验测试每个构件的竖向荷载-板中心挠度曲线、钢材的应变等,分析了荷载位移曲线、极限承载力、延性及耗能等重要力学性能指标。此外,在试验的基础上建立了钢-混凝土板柱节点的数值分析模型,进行节点参数拓展分析并结合试验结果与有限元结果对板柱节点冲切破坏机理做进一步研究。研究结果表明:在板柱节点中布置型钢可显著提升节点的抗冲切承载力以及节点延性,并且随着型钢布钢数量、板纵筋配钢率、混凝土强度、板厚及型钢配钢率的增加,节点的抗冲切性能均会得到不同程度的提升。组合板柱节点的破坏特征为:在节点受力时,首先为板底混凝土受拉开裂,随后板纵筋及型钢下翼缘受拉屈服,最后为柱周边板顶混凝土被压碎,破坏具有明显的延性破坏特征。此外,对型钢混凝土组合板柱节点的冲切破坏机理研究表明,组合节点的冲切破坏面由柱对板形成的冲切面及型钢梁对板形成的冲切面两部分组成。
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