中空夾層鋼管混凝土柱與鋼—混凝土梁組合節(jié)點的性能研究.pdf

1、中空夾層鋼管混凝土是在內(nèi)外兩層同心鋼管之間澆筑混凝土形成的組合構件，其內(nèi)外層鋼管取代了鋼筋并對夾層混凝土產(chǎn)生約束作用，與傳統(tǒng)的鋼管混凝土構件相比，中空夾層鋼管混凝土構件整體具有自重輕、抗彎剛度大、抗震性能好和耐火性能好的特性。目前對中空夾層鋼管混凝土組合柱和鋼管混凝土節(jié)點的研究國內(nèi)外進行得較多，但對中空夾層鋼管混凝土節(jié)點的研究還比較少，對節(jié)點的理論分析模型和計算方法都有待進一步研究。鑒于此，本文借鑒鋼結(jié)構中常用的T型鋼螺栓連接，將其引入

2、組合節(jié)點中，采用貫穿柱身的雙頭等長高強度螺栓將中空夾層鋼管混凝土柱與鋼—混凝土組合梁連接在一起，從而形成一種新型的組合節(jié)點形式。在總結(jié)傳統(tǒng)鋼—混凝土組合節(jié)點的基礎上，本文對該新型組合節(jié)點的性能進行了較為系統(tǒng)的試驗研究、有限元模擬和理論分析并提出其相關的設計方法。主要的研究工作如下:
　　 (1)在廣泛查閱國內(nèi)外文獻的基礎上，對中空夾層鋼管混凝土柱、鋼—混凝土組合梁、T型鋼連接和鋼—混凝土組合梁節(jié)點的研究現(xiàn)狀進行了較為全面的回顧和

3、總結(jié)。并針對半剛性連接的特性進行了較為系統(tǒng)的分類以及對節(jié)點的彎矩—轉(zhuǎn)角曲線的分析模型進行了探討。
　　 (2)進行了6個十字形中空夾層鋼管混凝土柱與鋼—混凝土梁組合節(jié)點的擬靜力試驗研究。以柱軸壓比、T型鋼連接件尺寸、加勁肋、樓板厚度和樓板配筋率等為變化參數(shù)，采用梁端反對稱加載形式，研究該組合節(jié)點的破壞特征、滯回性能、抗剪性能、承載力退化、剛度退化規(guī)律、耗能特性以及應變變化等力學性能。試驗結(jié)果表明:盡管節(jié)點試件最終發(fā)生剪切破壞，但

4、試件仍然具高的承載力、較大的初始轉(zhuǎn)動剛度、良好的延性和耗能能力，說明其具有良好的抗震性能。
　　 (3)以節(jié)點試驗為模型，分析時考慮節(jié)點組件的幾何非線性、材料非線性和接觸非線性問題，利用有限元軟件ABAQUS對節(jié)點進行實體建模和網(wǎng)格劃分，合理地模擬試驗的邊界條件和加載方式以及選擇求解器，對節(jié)點受力進行全過程有限元分析。研究了組合節(jié)點中柱的軸壓比變化、高強螺栓預拉力和鋼筋混凝土樓板的組合效應等因素對節(jié)點受力性能的影響，將有限元分析

5、結(jié)果與試驗相比，二者吻合較好。同時獲得了許多試驗中無法得到的節(jié)點細部受力特性，如節(jié)點域柱夾層混凝土受力狀況、T型鋼翼緣接觸應力分布規(guī)律、鋼筋混凝土混凝土樓板的應力分布規(guī)律以及樓板主應力跡線分布特征等。
　　 (4)基于對十字形節(jié)點的傳力機理分析，得出其可能出現(xiàn)的失效模式。在此基礎上，采用彈性方法推導了節(jié)點開裂彎矩的計算公式;對比節(jié)點各個組件所確定的最大抗彎承載力和組合梁自身的最大抗彎承載力，推導了節(jié)點抗彎承載力計算公式;在分別建

6、立節(jié)點域內(nèi)外鋼管腹板的三折線抗剪計算模型、節(jié)點域內(nèi)外鋼管翼緣的抗彎計算模型和節(jié)點域夾層混凝土的斜壓桿計算模型的基礎上，運用疊加原理建立了節(jié)點抗剪承載力計算公式;采用組件法建立了節(jié)點的初始轉(zhuǎn)動剛度計算模型，由此建立了節(jié)點的彎矩—轉(zhuǎn)角三段線骨架曲線模型;采用試驗擬合法建立了考慮或不考慮滑移效應的荷載—位移滯回曲線三折線恢復力模型。
　　 (5)在總結(jié)全文試驗研究、有限元模擬及理論分析的基礎上，結(jié)合國內(nèi)外的相關研究成果，提出了節(jié)點的抗

7、彎承載力和抗剪承載力設計方法，以及提出了節(jié)點中相關組件的計算及構造措施建議，具體包括:中空夾層鋼管混凝土柱、鋼筋混凝土樓板、栓釘連接件、穿心螺栓、T型鋼連接件、角焊縫和加勁肋等。
　　 上述研究成果表明:本文提出的T型鋼螺栓連接組合節(jié)點具有良好的受力性能，能夠滿足地震區(qū)的組合框架結(jié)構或框筒結(jié)構的設計要求。本文的試驗和理論研究成果可作為該類型組合節(jié)點在實際工程應用中的基礎試驗數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。所建議的設計方法能為我國相關規(guī)范的編制提