钢-木组合梁柱边节点抗震性能研究

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Fukuki
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钢-木结构是一种新型的组合结构,在一般钢结构中钢板都较薄,在地震作用下容易出现局部屈曲或整体失稳,而加入木材形成组合构件后,木材对钢板有侧向支撑的作用,可以防止钢板过早屈曲,从而能提高钢结构的稳定性、充分发挥钢材的强度优势。目前,科研人员已经研究了钢、木之间采用结构胶和螺栓连接的静力性能、各种截面形式的钢-木组合梁的受弯力学性能及H型钢-木组合柱的偏压力学性能。试验结果表明通过结构胶、螺栓连接的钢-木组合构件具有良好的整体受力性能,钢-木组合构件都具有较高的承载能力。但是目前钢-木组合结构的研究大多是针对组合梁、组合柱单一构件的受力性能研究,对钢-木组合节点的研究很少,因此进行钢-木组合梁柱节点的连接方式的相关讨论及试验研究很有必要。本文设计制作了三个钢-木组合梁柱边节点,三个节点都采用焊接端板、螺栓连接的方式,且各节点中的钢-木组合梁都相同。三个边节点分别为:由胶合木矩形截面柱构成的梁柱边节点(JT节点)、由H型钢截面柱构成的梁柱边节点(JS节点)、由H型钢-胶合木矩形截面柱构成的梁柱边节点(JSTC节点)。为了研究柱子的横截面形式对钢-木组合梁柱边节点抗震性能的影响,以柱子的横截面形式为基本变量,对三个组合梁柱边节点进行了拟静力试验。在拟静力试验过程中,观察不同节点的破坏特征,并采集组合梁端的荷载、位移及节点核心区域的应变数据。通过对试验数据的处理,得到了梁柱边节点的荷载-位移滞回曲线及骨架曲线,计算出了各节点的能量耗散系数、延性系数、极限承载力、刚度及节点核心区的剪切变形量等力学性能指标。并对梁柱边节点的开裂荷载、梁柱间连接件产生的相对转角变形进行了理论计算。最后,采用ABAQUS有限元分析软件对其中两个梁柱边节点的拟静力试验进行了数值模拟,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析。研究结果表明:由胶合木柱构成的JT节点中,木柱上螺栓垫片区域木材先被压坏、螺栓被拔出、焊接端板弯曲翘起,然后焊接端板处焊缝开裂导致节点的最终破坏。而JS和JSTC节点主要是由焊接端板处焊缝开裂而导致节点破坏。在整个拟静力试验过程中,三个组合节点中钢-木组合梁、钢-木组合柱本身都未发生明显的受力开裂现象。在三个钢-木组合节点中,JT节点的耗能能力最差,破坏时梁柱间相对转角变形最大,极限承载力、刚度最小;而JS和JSTC节点耗能能力及延性较好,极限承载力、刚度都较高,且其中JS节点的滞回环最饱满,耗能能力最强。通过各节点核心区的剪切变形对比可知,在H型钢柱腹板两侧填入胶合木后能有效减少梁柱节点核心区H型钢柱腹板的剪切变形。JS和JSTC节点的梁柱间相对转角变形量的绝大部分都是由焊接端板处焊缝开裂所导致的。JS和JSTC节点的有限元模拟结果与试验结果吻合良好。
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