内管加肋型方套圆中空夹层钢管再生混凝土柱-钢梁节点拟静力性能研究

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中空夹层钢管再生混凝土柱-钢梁节点继承了中空夹层钢管混凝土构件的自重轻、抗弯能力好等优点。虽然中空夹层钢管再生混凝土节点的连接构造可以借鉴实心钢管混凝土节点,但是两者之间有明显不同之处。相比实心钢管混凝土节点,中空夹层钢管混凝土节点的区别主要在内管的尺寸(可在柱截面空心率中体现)和内力的传递方式。若将内管与梁连接,节点的整体性好,但施工特别复杂、且可能造成较大的焊接残余应力。若内管与梁没有连接,试验表明内管在节点区域的局部变形较大,这将影响内管在节点中所分担的荷载。本文提出的内管加肋型方套圆中空夹层钢管再生混凝土柱-钢梁节点是通过在节点区域对内管加肋的方式来加强内管与混凝土的联系,从而达到既保证内外钢管及夹层混凝土协调工作,又施工方便的目的。本文通过试验研究和有限元模拟,探讨内管加肋型方套圆中空夹层钢管再生混凝土柱-钢梁节点相关参数对试件滞回曲线、强度退化、刚度退化、延性、耗能等指标的影响。本文研究的主要内容如下:(1)本文实验部分共设置了混凝土类型、肋长、轴压比和空心率四个参数,对12根方套圆中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点试件进行了拟静力试验研究,分析了节点试件在往复荷载下的强度退化、刚度退化、节点延性和节点耗能能力等抗震指标。(2)本文利用ABAQUS有限元软件建立内管加肋型方套圆中空夹层钢管再生混凝土-钢梁节点的有限元分析模型,根据材料的受力特点选择了合适的钢材和混凝土本构关系模型,根据试验加载方式设置合理的边界条件,将有限元模拟结果和试验结果对比,结果表明试件的破坏形态,滞回曲线和承载力和试验结果大致相同。验证了本文有限元建模的合理性和准确性。(3)基于验证了建立的有限元模型的合理性和准确性的基础上,利用ABAQUS有限元软件对节点在肋长、肋宽、空心率、轴压比、梁柱抗弯承载力之比、再生混凝土强度等参数变化下的节点的荷载-位移关系曲线、弯矩-转角曲线和剪力-剪应变曲线进行了系统分析,确定节点抗震性能的影响参数。(4)通过大量有限元模型算例分析,内管加肋型方套圆中空夹层钢管再生混凝土柱-钢梁节点试件的破坏形态跟梁柱抗弯承载力之比有关。当km≦0.97时,该类型节点试件发生钢梁扭曲破坏;通常当0.97<km≦1.21时,该类型节点试件发生节点区域的剪切破坏;通常当km>1.21时,该类型节点试件发生方套圆中空夹层钢管再生混凝土柱弯曲破坏。(5)对内管加肋型方套圆中空夹层钢管再生混凝土柱-钢梁节点在低周往复荷载下峰值荷载时的外方钢管、核心混凝土、内圆钢管的应力状态进行了分析。分析表明:加肋对节点域的内管、外管、核心混凝土的应力集中现象有所缓解。
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