圆钢管约束混凝土柱-钢梁框架节点抗震性能研究

摘要

钢管约束混凝土柱-钢梁框架结构属于一种高性能的结构体系，但目前关于节点抗震性能的研究甚少。本文提出新型的圆钢管约束混凝土柱-钢梁框架节点，并采用试验研究、有限元数值模拟与理论分析相结合方法进行研究。本文的主要内容如下： ①提出了圆钢管约束混凝土柱-钢梁框架的新型节点形式，并进行了8个圆钢管约束混凝土柱-钢梁框架节点在梁端剪力作用下的试验研究。基于试验结果，分析了破坏模式、荷载-位移曲线以及钢管应力应变。采用ABAQUS软件建立了节点界面受剪的精细化有限元模型，并进行参数化分析，分析了混凝土轴心抗压强度、节点区钢管厚度、环板厚度以及内嵌环板宽度对节点界面受剪性能的影响。根据试验研究和有限元分析结果，提出了基于“有效宽度法”的简化力学模型，建立了节点的界面受剪承载力公式，并提出节点的构造要求； ②进行了6个圆钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点的抗震试验研究。试验参数包括：节点区钢管厚度、节点区伸出钢管高度以及加载方式。基于试验结果，分析了破坏模式、荷载-位移曲线以及钢管应力应变，并对试件的延性、强度退化、刚度退化以及耗能能力等不同指标进行计算； ③进行了4个圆钢管约束型钢混凝土柱-钢梁框架节点的抗震试验研究。试验参数包括：节点区钢管厚度、节点区伸出钢管高度以及柱轴压比。基于试验结果，分析了破坏模式、荷载-位移曲线以及钢管应力应变，并对试件的延性、强度退化、刚度退化以及耗能能力等不同指标进行计算； ④从机理上对比了不同有限元软件在混凝土剪压性能模拟方面的适用性和局限性。采用MSC.Marc软件建立了节点抗震的精细化有限元模型，并进行参数化分析，从机理上阐述了混凝土、节点区钢管、柱型钢腹板、柱轴压比、柱纵筋以及节点高径比对节点受剪性能的影响； ⑤基于斜压杆理论和叠加理论，提出了圆钢管约束混凝土柱-钢梁框架节点受剪的力学模型，并建立了节点受剪承载力公式。基于提出的力学模型，考虑平衡条件、变形协调以及本构关系，提出了节点剪力-剪切变形骨架曲线的计算方法。

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