部分包裹混凝土柱与型钢梁连接节点的抗震性能研究

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部分包裹混凝土组合结构具有承载力高、延性和耗能性能良好,施工方便快捷、经济性优越等优点,所以被用于旧建筑的加固改造和新建建筑物的多高层结构中。目前,国内外对部分包裹混凝土的梁和柱分别进行了相关研究,但对于部分包裹混凝土柱与型钢梁连接节点的研究较少见,尚未有系统的设计方法和成熟的计算理论,这就阻碍了其在实际工程中的推广和应用。因此,对部分包裹混凝土柱与型钢梁连接节点进行试验和理论研究具有一定的理论和工程实践意义。根据国内外的研究状况,本文对4个构造不同的部分包裹混凝土柱与型钢梁连接节点进行了拟静力试验。通过施加低周反复水平荷载,得到节点的P-Δ滞回曲线、各连接组件板域的应变分布、破坏模式发生的顺序和发展程度,分析端板厚度、竖向加劲板、背垫板等参数对节点承载力、刚度、延性及耗能性能的影响。根据试验结果,可以得出:端板厚度的增加和背垫板的设置可提高试件的承载力,而设置竖向加劲板对试件的承载力影响很小。当端板厚度由10mm增加到12mm后,试件的承载力提高了15.8%;在柱翼缘内侧设置了背垫板的试件,承载力提高了22.7%。各试件的承载力退化系数比较稳定,平均在0.97左右,循环次数对试件承载力影响较小。端板厚度和背垫板是影响刚度退化的主要因素,端板厚度的增加及背垫板的设置可提高试件的初始刚度,而设置竖向加劲板对试件的刚度影响不明显。当端板厚度由10mm增加到12mm时,初始刚度提高了58.6%;设置了背垫板的试件初始刚度提高了17%。各试件具有较好的延性,其延性系数都在3.56~4.42之间,平均值为3.99,大于一般混凝土结构的延性系数2.0。各试件的耗能性能也较好,等效粘滞阻尼系数he的数值在0.62~1.74之间,高于型钢混凝土结构的系数0.3、钢筋混凝土结构的系数0.1。因此,此类节点具有良好的抗震性能。本文在试验研究的基础上,采用大型通用的有限元软件ABAQUS对部分包裹混凝土柱与型钢梁连接节点进行了有限元模拟。对比分析表明有限元模拟结果与试验结果能较好的吻合。根据试验和有限元模拟的结果,对此类组合节点提出改进措施,如设置三角端板加劲板,节点域柱腹板在对应梁上下翼缘处均设置水平加劲板,梁翼缘水平加腋等。这些措施能不同程度地提高节点的承载力和刚度,改善节点的抗震性能。
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