高强混凝土管柱-钢梁装配式框架节点抗震性能研究

摘要

高强混凝土管柱-钢梁（RCS）混合装配式框架结构兼具传统钢筋混凝土结构与钢结构的优点，可以发挥高强混凝土高承载力的特点和钢结构延性性能好的优势，在地震作用下抗震性能有良好的表现；同时该体系自重轻，节约材料，尤其适合工业化生产、装配式安装，符合现代土木工程发展要求。而梁柱节点是连接钢梁与混凝土柱的关键部位，处于压弯剪复合应力状态，受力复杂，对整个框架的安全至关重要。
　　本文采用通用有限元软件 ABAQUS对高强混凝土混合配筋管柱-钢梁框架中节点进行了36个试件的模拟分析，系统分析了轴压比、管柱配筋率、配箍率、非预应力配筋率、预应力张拉强度、梁柱线刚度比、管柱灌芯、预埋钢管长度、环板宽度、环板厚度等参数对于节点抗震性能的影响。分析结果表明：（1）随着轴压比的增大，试件抗震性能逐渐降低；（2）一定的预应力钢筋可以有效提高试件承载能力，但预应力筋张拉强度越大，初始刚度越大，后期承载力下降较快；（3）有限元模拟分析显示预埋钢管长度对试件的抗震性能影响不明显。
　　为进一步研究该结构的抗震性能及破坏模式，确保该节点构造合理、传力明确，结合有限元分析结果，设计制作了6个高强混凝土管柱-钢梁装配式框架梁柱中节点试件，主要参数如下：（1）环板宽度为60mm，厚度设10mm、16mm两种；（2）预埋与钢梁连接的钢管长度为400mm，厚度10mm；（3）节点核心区域采用焊接抗剪栓钉和环向抗剪钢筋两种抗剪构造措施；（4）管柱考虑配箍形式的变化，灌芯与否作为对比。6个试件在相同轴压比条件下进行低周反复荷载作用下的试验，通过对试验数据进行分析，得到了以下4点结论：
　　（1）6个试件均未发生梁柱节点核心区破坏，表明该结构符合“强节点弱构件”的设计准则；焊接栓钉和抗剪钢筋的两种构造措施均能够保证有效地传递梁端剪力，对结构试件的抗震性能影响不大。
　　（2）JD-1试件发生梁端破坏，滞回曲线呈现比较规则饱满的“梭形”，等效粘滞阻尼系数为0.25，具有优异的耗能能力，其余试件均发生柱端形成塑性铰破坏，滞回曲线存在一定的捏拢现象，等效粘滞阻尼系数在0.12~0.18之间
　　（3）管柱中施加预应力使各试件在加载的过程中，刚度退化均匀缓慢，未发生刚度突变等现象。配置复合箍筋可以有效改善结构承载能力和延性性能；灌芯与否对试件承载力提高不明显。
　　（4）外加强环板厚度越厚，其对预埋钢管约束作用越大，可以保证水平力通过钢管-核心混凝土进行传递。

目录

声明

第一章绪论

1.1选题背景

1.2 RCS结构体系概况

1.3混凝土管柱及高强混凝土柱研究现状

1.4本文主要研究内容及创新点

第二章混合装配式框架梁柱节点ABAQUS数值模拟

2.1混凝土塑性损伤模型简介

2.2有限元模型的建立

2.3节点有限元分析

2.4数值分析对试验的指导

2.5小结

第三章混合装配式框架梁柱节点试件的设计与制作

3.1试件设计与制作

3.2试验加载与量测

3.3小结

第四章混合装配式框架梁柱节点抗震性能分析

4.1试验加载过程分析

4.2试件主要抗震指标分析

4.3试件主要应变量测结果分析

4.4有限元模型验证对比

4.5小结

第五章结论与展望

5.1本文主要结论

5.2问题与展望

参考文献

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致谢