预应力型钢混凝土梁-角钢混凝土柱节点抗震性能试验研究

摘要

随着我国社会经济的高速发展以及城市化水平的快速提高，越来越多的大城市兴起了高层、超高层建筑的新建热潮，而型钢混凝土结构目前已成为高层、超高层建筑普遍选用的结构形式之一。对于型钢混凝土组合框架而言，节点是梁和柱连接最为关键的部位，梁和柱通过节点传递内力，而节点的剪切破坏是地震等灾害导致房屋倒塌的主要原因，因此节点的设计显得特别重要。目前国内外学者对普通型钢混凝土梁、柱节点做了不少研究，但对预应力型钢混凝土梁柱节点研究较少。本文拟结合预应力型钢混凝土梁承载能力高、截面面积小的优点构建了一种新型预应力型钢混凝土组合框架结构:即柱子采用空腹式角钢混凝土柱，梁采用预应力型钢混凝土梁。该框架结构与普通预应力型钢混凝土框架相比，梁中预应力筋与纵筋可方便的从柱中角钢间穿过，本文通过试验及初步模拟分析重点研究了此类新型框架结构节点的抗震性能。
　　本文开展了3个预应力及1个非预应力型钢混凝土梁-角钢混凝土柱节点试件的低周往复荷载试验，重点研究了此类新型框架梁柱节点的破坏形态、破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、刚度退化、变形恢复性能、延性性能以及节点核心区抗剪承载力，分析了预应力度和轴压比对此类节点抗剪承载能力的影响。试验结果表明:4个节点试件破坏形态均呈典型的“X”型，节点滞回曲线呈弓型，有一定的捏缩效应，介于梭形和倒S型之间;在往复荷载下，尽管4个试件均发生核心区剪切破坏，但由于型钢对节点的有利作用，节点耗能能力强，4个试件的位移延性系数均好于普通钢筋混凝土结构，在弱节点下仍表现出良好的抗震性能;施加预应力可以提高此类节点核心区的抗剪承载力但对延性有不利影响，且在预应力度不大的情况下预应力对节点核心区的抗剪承载力的提高有限，而在预应力度较大的情况下，预应力对节点核心区抗剪承载力的提高非常明显;过高的轴压比会在一定程度上降低节点核心区的抗剪承载力以及延性。柱角钢与混凝土粘结性能较差，主要表现在角钢混凝土保护层易剥落，可通过设置剪力栓加强角钢与混凝土的粘结性能。
　　本文采用非线性分析软件ABAQUS建立了节点的有限元模型，该模型考虑预应力度和轴压比的影响。通过施加与试验条件相同的边界条件，对节点试件开展单调静力加载数值分析，得到了与试验结果较吻合的荷载-位移关系曲线，验证了数值模型的可靠性。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 组合框架节点抗震性能

1．2．2 组合框架节点的有限元模型

1．2．3 组合框架节点核心区的传力机理和抗剪承载力

1．3 本文开展工作

第2章 预应力型钢混凝土梁-角钢混凝土柱节点抗震性能试验方案

2．1 概述

2．2 试件设计与制作

2．2．1 试件设计

2．2．2 试件制作

2．2．3 材料性能

2．3 试验装置及加载方案

2．4 量测内容及测点布置

2．5 本章小结

第3章 预应力型钢混凝土梁-角钢混凝土柱节点抗震性能试验结果分析

3．1 概述

3．2 试验加载全过程和试件破坏形态

3．2．1 试验加载全过程

3．2．2 裂缝分布及破坏形态

3．3 试件的主要试验结果

3．3．1 荷载-位移滞回曲线及骨架曲线

3．3．2 耗能能力

3．3．3 刚度退化

3．3．4 变形恢复性能

3．3．5 延性性能

3．3．6 应变分析

3．4 核心区抗剪承载力分析

3．5 本章小结

第4章 预应力型钢混凝土梁-角钢混凝土柱节点抗震性能有限元模拟

4．1 概述

4．2 有限元模型的建立

4．2．1 材料本构关系模型

4．2．2 单元类型的选择

4．2．3 模型部件的建立与装配

4．2．4 荷载及边界条件

4．3 模拟结果分析

4．4 本章小结

第5章 预应力型钢混凝土梁-角钢混凝土柱节点设计与施工建议

5．1 概述

5．2 框架柱轴压比限值

5．3 型钢锚脚锚固长度计算

5．4 构造要求

5．4．1 一般规定

5．4．2 型钢混凝土组合框架节点连接

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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