含可更换耗能连接的装配式混凝土框架节点半刚性特性研究

摘要

装配式混凝土结构是我国建筑工业化发展的一个重要方向。装配式混凝土框架节点形式对结构的施工速度、连接性能以及结构在地震作用下的消能减震能力有着显著的影响，但目前常用的两种梁柱节点——等效现浇节点和装配式节点——均无法兼顾施工速度以及连接与消能减震性能。同时，为了尽可能地加快地震灾后修缮工作，具有高可修性的节点连接形式也是装配式混凝土框架的一项重要研究内容。 为了同时满足快速施工安装、较高的连接及消能减震性能与震后易修复三个要求，课题组提出了可更换耗能连接。该连接在结构处于正常使用状态与小震作用时，为梁柱节点提供连接刚度，在中震或大震作用时，利用其滞回性能耗散地震能量，同时将损伤控制在连接中，震后只需更换损伤的连接即可完成结构的修复工作。 由于采用该连接的装配式混凝土框架中梁柱混凝土在节点处互相分离，节点连接刚度有所下降，节点呈现出半刚性特性。该可更换耗能连接的刚度特性是影响节点半刚性特性的主要因素，也是影响含可更换耗能连接的装配式混凝土框架结构抗侧刚度的一个关键因素。本文围绕该可更换耗能连接，从部件、节点与结构三个层次进行了研究，主要内容如下： （1）根据连接及节点细部尺寸，分别推导了可更换耗能连接轴向刚度及含可更换耗能连接的装配式混凝土框架节点转动刚度的理论计算方法，并给出了框架结构在风荷载及小震作用下侧移放大系数与节点半刚性系数的关系。 （2）开展了可更换耗能连接及含可更换耗能连接的装配式混凝土框架节点的试验研究，得到了可更换耗能连接的试验轴向刚度及含可更换耗能连接的装配式混凝土框架节点的试验转动刚度与弯矩-转角曲线，并结合ABAQUS有限元模拟与理论计算结果进行对比，证明了理论计算方法的正确性。 （3）利用理论计算方法，对含可更换耗能连接的装配式混凝土框架进行初步设计，并通过验算说明设计流程的可行性。利用混凝土塑性损伤模型与ABAQUS有限元模拟，分析了按照刚接框架进行计算的现浇钢筋混凝土框架在考虑梁混凝土开裂后节点的半刚性特性以及框架的抗侧刚度降低程度。 （4）讨论了可更换耗能连接的安装时机对含可更换耗能连接的装配式混凝土框架梁二次受力弯矩分配情况的影响，指出采用可更换耗能连接可将梁端负弯矩转移至跨中，减少梁端负弯矩对梁柱节点的不利影响。

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