内置钢板混凝土连梁与剪力墙节点抗震性能试验研究与有限元分析

摘要

随着我国国民经济的飞速发展和人口数量的急剧增长，大量的高层和超高层建筑不断涌现。混合结构则兼有钢结构和混凝土结构的优点，能充分的发挥钢材与混凝土在强度、刚度、延性、耗能性能及建筑功能适用性方面的优势。近年来已经越来越广泛的应用在高层和超高层建筑中。
　　尽管如此，该结构体系在实际应用中仍然存在一些问题，该体系的研究还与工程实际有一定差距。目前的研究主要集中在该结构体系在地震作用下结构层间位移角控制、罕遇地震作用下结构破坏形态等方面，连梁与混凝土剪力墙节点的相关研究还较少。连梁与剪力墙节点是连梁与剪力墙之间的连接传力枢纽，是结构的关键部位，更是连接的薄弱部位。其性能直接影响整体结构的抗震性能。实际工程中，连梁跨高比较小，钢筋混凝土连梁很难满足抗震性能的要求。通过比较其他形式的组合结构连梁，本文建议在钢筋混凝土连梁中配置钢板，利用钢板与钢筋混凝土共同抗剪，从而改善连梁与混凝土剪力墙节点的抗震性能。
　　本文根据前人研究和我国的实际情况，对四组内置钢板混凝土连梁与混凝土剪力墙节点试件和一组对比件进行了低周往复加载试验，对其在低周往复荷载作用下的抗震性能进行了研究。根据试验现象及获得的试验数据，对比了各试件在低周反复荷载作用下的破坏形态、承载力及退化规律、滞回曲线、刚度退化、延性与耗能能力、关键部位的应变分布情况和节点核心区的受力特点。结果表明：内置钢板的试件的承载力、延性和耗能能力有大幅度的提高。钢板的截面面积和栓钉的布置方式是影响节点抗震性能的重要因素。在满足基本构造要求的前提下，增大钢板截面面积和增加栓钉数量能显著提高节点的抗震性能。
　　试验研究后，运用有限元软件ABAQUS对试验试件进行了非线性有限元分析，分析结果与试验结果基本吻合，验证了有限元分析的可靠性。在此基础上对影响节点承载力和抗震性能的因素包括配板率、钢板的高度、厚度、钢板高厚比、钢板埋入长度、轴压比、栓钉布置和混凝土强度等进行了初步的分析，讨论了这些因素的改变给节点抗震性能带来的影响，并对内置钢板混凝土连梁与混凝土剪力墙节点的构造要求提出了建议。
　　内置钢板混凝土连梁与混凝土剪力墙节点试件与普通钢筋混凝土连梁与混凝土剪力墙节点相比，其承载力、变形性能和抗震耗能性能要明显优于后者。故此节点形式具有良好的应用和发展前景。