预制混凝土异形柱-钢梁混合框架节点受力性能研究

摘要

近年来国家大力发展装配式建筑，我国建筑业正向着绿色建筑和建筑产业现代化发展转型，装配式建筑作为建筑产业化的重要载体将进入新的发展时期。我国每年住宅竣工面积约8亿平方米，采用框架结构的民用住宅建筑日渐增多。在框架结构中用混凝土异形柱代替传统的矩形截面柱避免了框架柱在房间内凸出，增加了室内空间并且便于室内装饰。混凝土异形柱结构体系具有很好的建筑功能，但是目前也存在节点核心区抗剪承载力不足的缺点。在此背景下，本文提出一种预制混凝土异形柱-钢梁混合框架结构，从受力明确、施工高效等方面考虑，设计了节点的连接方式，提出在节点核心区配置X形钢板和X形钢筋的两种方法以加强节点抗剪承载力。通过足尺试验、有限元模拟相结合对该框架节点的受力性能与节点抗剪承载力进行深入研究，主要工作及成果如下： （1）本文通过对预制混凝土异形柱-钢梁混合框架梁柱节点试件进行低周反复加载试验，得到其破坏过程和破坏模式，并分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、刚度退化等抗震指标，节点区剪切变形和应变分布规律。试验结果显示试件均发生节点剪切破坏，节点核心区配置X形钢板和X形钢筋均有效提高节点抗剪承载力并且改善试件破坏特征，该框架节点的构造合理、连接可靠。 （2）本文通过有限元软件ABAQUS对预制混凝土异形柱-钢梁混合框架节点进行数值模拟分析，混凝土和钢材的本构分别采用混凝土塑性损伤模型和钢材双折线模型。模拟结果与试验结果吻合良好，证明有限元模型合理有效。基于有限元模型进行变参数分析，参数为X形钢板的厚度与宽度。分析结果表明，对于预制混凝土异形柱-钢梁混合框架节点，X形钢板的厚度与宽度的增大会提高节点抗剪承载力，变参数分析为后续理论分析提供了参考数据。 （3）基于试验和数值模拟结果，本文对比普通异形柱节点受力机理和设计方法，分析了节点核心区配置X形钢板的预制混凝土异形柱-钢梁混合框架节点的抗剪机理，提出了节点核心区配置X形钢板的的预制混凝土异形柱-钢梁混合框架节点抗剪承载力计算公式并且验证了公式的有效性。本文提出的节点抗剪承载力公式相对准确并具有一定的安全储备。

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