可更换耗能连接装配式混凝土框架节点的抗震性能研究

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装配式混凝土结构的发展可以有效推动我国建筑工业化的进程,对这种结构的研究符合我国未来建筑业发展的需求。近年来我国的装配式结构工程实践中,主要以“等同现浇”为原则,并已取得了长足的进步和发展。然而目前付诸应用的“等同现浇”装配式混凝土框架结构体系,虽有工业化生产的优势,但也继承了现浇结构普遍存在损伤分散、不易修复、屈服机制不理想等问题。为充分发挥装配式混凝土框架结构工业化建造的优势,实现结构震后易修复的设计目标,本文提出了一种带可更换耗能连接的装配式混凝土框架结构单侧屈服梁柱节点(Single-Side Yield Beam-Column Joints With Replaceable Energy Dissipation Connector of Precast Concrete Frame,REDC-SPCF)。采用这种节点的装配式混凝土框架结构,不仅具有良好的可施工性,而且具有优良的延性和耗能性能;在地震激励下,结构的损伤仅集中在耗能连接件,震后只需更换连接件即可实现结构的快速修复;其受弯承载能力由梁端下侧的耗能连接所控制,因此很容易实现“强柱弱梁”的抗震原则,进而保障“强剪弱弯”和“强节点弱构件”。本文将针对这一新节点的构造机理、耗能特性、剪力传递特性、刚度特性、承载能力和抗震性能做出具体的研究,并提出REDC-SPCF梁柱节点抗震设计方法的理论基础及设计原则。本文主要的研究内容及成果如下:(1)归纳总结了装配式混凝土框架结构中梁-柱节点的主要连接方式以及目前现浇框架结构与“等同现浇”框架普遍存在的问题,提出了REDC-SPCF梁柱节点。(2)针对REDC-SPCF这种新型梁柱节点,对其传力途径、构造机理、连接刚度及设计理论与方法展开研究。研究REDC-SPCF节点弹性和弹塑性阶段承传力机制,揭示不同受力方向的弯矩和剪力传递特性,提出该REDC-SPCF节点的上下部纵向钢筋的设计、留缝设计、耗能连接件设计及剪力传递设计的理论基础及设计原则;研究REDC-SPCF节点的耗能特性及耗能件布置形式,推导连接刚度与构造参数之间、层间变形-节点转角-耗能构件塑性应变之间的内在影响关系。(3)对REDC-SPCF节点开展拟静力抗震性能以及震后修复的试验研究,着重分析节点的力学性能、变形特征、耗能能力等。试验结果表明:REDC-SPCF节点的塑性损伤主要集中在耗能连接件以及梁板顶部交界面处的部分混凝土及纵向钢筋,其他构件都几乎保持在弹性状态,基本实现了单侧屈服以及损伤集中的目标;节点滞回曲线饱满,无捏缩现象,耗能能力良好;且震后修复后节点的各项抗震性能与初始节点基本相当,验证了REDC-SPCF节点的震后修复的可行性。(4)基于REDC-SPCF节点的试验结果,采用ABAQUS软件建立构件层次及节点层次的精细化模型,以模拟再现试件的试验现象及性能,进而开展关键因素的参数化分析,继续深入开展对REDC-SPCF节点的力学能及抗震性能的研究。
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