型鋼混凝土L形柱空間角節(jié)點(diǎn)抗震性能研究.pdf

1、型鋼混凝土異形柱結(jié)合了鋼與混凝土的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)將型鋼混凝土矩形柱與鋼筋混凝土異形柱的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮到極致,已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在結(jié)構(gòu)體系中,節(jié)點(diǎn)不僅是傳力的樞紐,還是受力的重要部位,對(duì)框架結(jié)構(gòu)的重要性不言而喻。實(shí)際的地震作用方向是與建筑軸線呈任意角度,而L形柱因其不對(duì)稱的截面特性使得型鋼混凝土L形柱空間角節(jié)點(diǎn)的受力更加復(fù)雜,因此研究空間角節(jié)點(diǎn)更加合理的加載方式、抗震性能、破壞機(jī)理和剪扭承載力很有必要。在課題組已有研究的基礎(chǔ)上,本文對(duì)型鋼混凝

2、土L形柱空間角節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。
　　本文采用課題組設(shè)計(jì)的空間加載裝置對(duì)12個(gè)型鋼混凝土L形柱空間角節(jié)點(diǎn)進(jìn)行低周反復(fù)加載試驗(yàn),考慮了柱截面配鋼形式、加載角度、軸壓比和梁的形式4個(gè)變化參數(shù)。獲取其破壞機(jī)理、荷載-位移滯回曲線及骨架曲線、荷載-應(yīng)變滯回曲線、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切變形、梁截面平均曲率和特征點(diǎn)參數(shù),并分析了不同變化參數(shù)對(duì)其峰值荷載、位移延性、極限側(cè)移角、強(qiáng)度退化、剛度退化、耗能能力和累積損傷等抗震性能的影響。試驗(yàn)研究結(jié)果

3、揭示了型鋼混凝土L形柱空間角節(jié)點(diǎn)的破壞機(jī)理,即弱核心試件破壞形態(tài)是以節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切斜壓破壞為主,彎曲扭轉(zhuǎn)伴隨粘結(jié)破壞為輔,強(qiáng)柱弱梁試件發(fā)生的是梁端彎曲破壞。滯回曲線飽滿,位移延性、耗能能力和抗倒塌能力較好,強(qiáng)度、剛度衰減緩慢,具有較好的抗震能力。實(shí)腹配鋼試件的峰值荷載最高,配T型鋼桁架的試件的延性、抗倒塌能力、耗能能力最好,配槽鋼桁架試件各級(jí)位移下的的累積損傷程度最大。隨著加載角度的降低試件的峰值荷載逐漸降低,延性略有增加,0°加載試件

4、較45°加載試件峰值荷載降低了約25％,并且各級(jí)位移下累積損傷程度最高增加30%,剛度退化速度0°加載試件最快,30°加載試件最緩慢。在一定范圍內(nèi)隨著軸壓比的增加,耗能能力更好,試件延性和抗倒塌能力變差,試件的剛度退化更加明顯。梁形式為型鋼混凝土梁的試件較梁形式為鋼梁的試件峰值荷載提高38%,并且累積損傷有較大程度的緩解,延性、抗倒塌能力均較好,梁形式為鋼筋混凝土梁的試件的剛度退化較帶鋼梁更加明顯。
　　采用有限元軟件Abaqus

5、對(duì)既有試驗(yàn)試件LJ-1～LJ-9進(jìn)行有限元分析,破壞形態(tài)與試驗(yàn)相似,計(jì)算的滯回曲線較試驗(yàn)的更加飽滿、對(duì)稱,初始剛度和峰值荷載較試驗(yàn)值偏大,峰值荷載計(jì)算值與試驗(yàn)值的誤差基本在10%以內(nèi),滿足一般的精度。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)各種工況下的足尺試件74個(gè),并對(duì)其進(jìn)行滯回特性有限元分析,考慮了柱截面配鋼形式、軸壓比、加載角度、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、肢高厚比、配鋼率、不等肢、梁線剛度、柱剪跨比9個(gè)變化參數(shù),分析了各變化參數(shù)對(duì)型鋼混凝土空間角節(jié)點(diǎn)峰值荷載、耗能和

6、延性影響,與試驗(yàn)結(jié)果大致相符。綜合試驗(yàn)與有限元結(jié)果得出主要結(jié)論并給出建議:
　　1)工程設(shè)計(jì)中建議優(yōu)先選用實(shí)腹配鋼形式,因其較空腹配鋼的峰值荷載提高10%以上,綜合抗震性能最好;
　　2)三種配鋼形式的試件的位移延性隨軸壓比增加而下降,特別是配T型鋼桁架試件下降最快,建議軸壓比限值設(shè)計(jì)值為0.5;
　　3)加載角度與峰值荷載的關(guān)系反映在極坐標(biāo)軸內(nèi)關(guān)于45°角和135°角對(duì)稱,加載角在45°以內(nèi),隨著加載角度的增加峰值荷

7、載增加,加載角度為45°的試件的極限承載力較平面節(jié)點(diǎn)提高了約30%。0°是結(jié)構(gòu)的最不利加載方向。試件的耗能和延性隨著加載角度的增加逐漸降低,與平面節(jié)點(diǎn)相比,加載角度為45°的試件延性系數(shù)降低約10%,雙向加載對(duì)結(jié)構(gòu)的延性有一定的不利影響;
　　4)混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高會(huì)降低試件延性,建議最優(yōu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40;
　　5)提高肢高厚比和柱截面配鋼率均可提高試件峰值荷載和耗能能力,但延性變差。建議最優(yōu)肢高厚比為3.0,最優(yōu)柱

8、截面配鋼率為4%~6%;
　　6)兩肢高度比的增加會(huì)提高試件的峰值荷載和耗能能力,最大幅度高達(dá)16.2%,即使試件延性變差但仍大于3,若工程實(shí)際需要,長(zhǎng)肢的高度最大可取960mm;
　　7)梁線剛度的增加可以有效提高試件的峰值荷載和延性,與梁柱線剛度比為0.1的試件相比,梁柱線剛度比為0.45的試件峰值荷載增幅可達(dá)2倍以上,延性系數(shù)增加68%,建議梁柱線剛度比為0.4～0.5;
　　8)柱剪跨比的增加會(huì)大幅降低試件的峰