论文部分内容阅读
型钢混凝土组合结构因其受力合理以及抗震性能优越使得其越来越多的应用于高层建筑中。课题组为了响应国家“住宅产业化”的政策,提出一种新型装配式中空型钢混凝土柱-钢梁框架结构体系,该体系中组合柱构件在工厂预制,运至现场进行装配,一定程度上实现了型钢混凝土结构的装配化。由于节点连接方式的新颖以及组合柱特殊的中空截面形式,中空型钢混凝土柱-钢梁框架节点(HSRCS)的力学性能尚不清楚。在此背景下,本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对装配式HSRCS节点的抗震性能和抗剪承载力进行研究,主要包括以下几方面内容:首先利用ABAQUS有限元分析软件对HSRCS节点在单调加载作用下的破坏情况和内力分布进行了研究。结果表明:HSRCS节点破坏形式为梁端形成塑性铰而破坏。具体表现为钢梁翼缘和水平连接盘连接处因变形较大而率先发生破坏,抗剪板、方钢管腹板、水平连接盘和竖向连接件均进入屈服,节点域混凝土在拉应力作用下开裂,钢梁螺栓孔处挤压应力较大,但并未发生撕裂变形而破坏;在单调加载有限元分析的基础上,继续对HSRCS节点在往复荷载作用下的破坏形态和内力分布进行了研究。结果表明:在往复荷载作用下破坏模式和位置与单调荷载作用下相同,均为梁端翼缘屈曲形成塑性铰而破坏;装配式节点钢材部分最大应力出现在高强螺栓和钢梁翼缘处,焊接节点最大应力出现在钢梁翼缘处;混凝土内表面与方钢管腹板接触面上应力最大,这是因为混凝土内表面处于受剪力和内钢管压力的复合应力状态;混凝土内外表面拉压主应力均呈倾斜的带状分布,符合“斜压杆”力学模型;基于破坏特征,选取合适的参数系统地分析了混凝土强度、核心方钢管厚度、钢材强度、轴压比、抗剪板厚度、钢梁翼缘厚度、梁柱节点连接方式以及螺栓预紧力8个参数对HSRCS节点滞回性能、延性以及耗能能力的影响,结果表明:17个HSRCS节点的梁端荷载-位移滞回曲线均呈饱满的梭形,不仅说明所有节点具有良好的抗震性能,同时也验证了新型装配式HSRCS节点的承载力、刚度和抗震性能可以达到传统的焊接节点的要求;全部试件的位移延性系数μ=2.53~5.40,在17个构件中,HSRCS6(整体钢材Q345)试件延性最好达到5.40,HSRCS2(混凝土强度C30)延性最差仅为2.53,不同参数对节点延性的影响不同;17个HSRCS节点试件等效粘滞阻尼系数h_e均位于0.44~0.47之间,这说明试件破坏时梁端形成了明显的塑性铰,具有很好的耗能能力,不同参数对构件耗能能力的影响不同;基于前面对HSRCS节点核心区的破坏模式及内力分布的研究,选择钢“框架-剪力墙”节点抗剪承载力模型应用于HSRCS节点,在此基础上推导得出了HSRCS节点的抗剪承载力计算公式并对公式合理性进行了验证。结果表明:公式与有限元模拟结果吻合较好,提出的抗剪承载力公式在进一步试验验证基础上可用于工程设计。