腹板贯通式钢梁—钢筋混凝土柱组合节点抗震性能分析

发布时间：2020-08-27 22:26

【摘要】：RCS组合结构是由钢梁和钢筋混凝土柱组成的一种新兴结构形式,其既综合了钢结构和钢筋混凝土结构的优点,又具有抗震性能优越、施工周期短等优势,是一种经济高效的结构形式。而目前对这种结构体系研究还不完善,需要对其进行深一步探究。本文主要对腹板贯通式RCS组合节点的抗震性能进行了研究分析。运用有限元分析软件ANSYS建立了RCS组合节点的有限元模型,对其施加循环往复荷载,对比有限元模拟与已有试验分析结果,验证所建模型的可靠性。然后利用可靠模型,对四种常见梁贯通式RCS组合节点形式抗震性能进行分析,同时探究了轴压比、腹板强度等关键因素对节点抗震性能的影响。然后结合RCS组合节点传力机理,进一步提出新型的节点构造形式。对提出的新型RCS组合节点形式进行仿真模拟,对其滞回性能、延性、破坏过程以及承载力等抗震性能指标进行进一步探讨。结果表明:(1)通过合理设置计算参数,ANSYS可以模拟RCS组合节点在往复荷载下的受力过程,所得结果和试验数据比较吻合,具有一定的参考价值。(2)四种常见RCS组合节点形式的滞回曲线均成梭形,其耗能能力要优于传统的钢筋混凝土结构。合理的节点细部构造措施可以不同程度的提升节点的抗震性能。并且,钢板桶的节点形式可以避免在节点核心区腹板位置打孔布置箍筋,简化施工步骤,提高施工速度,是一种值得推广的RCS节点形式。(3)通过对新型RCS组合节点进行仿真分析可以得出,两种节点利用不同的构造方式分别调动了更多混凝土参与受力,节点承载力大幅提高。两者滞回曲线均成现梭形,耗能能力要优于传统的钢筋混凝土节点,但均因承载力的提升而导致耗能能力不同程度的下降。综合两种节点形式分析结果得,扩展钢板桶式RCS组合节点,其既发挥了钢板桶式RCS组合节点的独特优势,又利用了外部的构造措施提高了节点承载力,改善了节点延性,具有一定的实际应用价值。而正交加劲肋式钢板桶RCS组合节点,由于加劲肋的存在会导致节点混凝土开裂较早,裂缝发展迅速,因此在实际应用中,对于腹板贯通RCS组合节点来说,应该尽量保证混凝土柱的整体性与连贯性,方能充分发挥RCS组合节点良好的抗震性能。
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.9;TU352.11
【图文】：

组合节点,美国,形式

美国 Texas 州立大学的 Sheikh 和 Deierlein 学者[10]对 15型的 RCS 组合节点进行了缩尺试验研究。其中 7 组构件另外 8 组采用循环往复的加载方式，其节点的构造形式节点形式（如图 1-1 所示）的基础上通过增加补强措施得S 组合节点有两种典型的破坏形式：钢梁上下翼缘接触的坏形式和节点核心区混凝土开裂，钢梁腹板屈服的剪切通过合理的节点构造措施可以显著地提升组合节点的承

组合节点,美国,形式,组合结构

图 1-2 美国常用的 RCS 组合节点形式1.2.1.2 日本的 RCS 组合结构研究与发展日本起初对钢混组合结构的研究主要集中在了钢骨混凝土结构上，为了保证钢骨混凝土框架组合结构的良好的延性以及耗能性能，日本建筑协会所制定的钢骨混凝土设计规范对钢结构的应用范围是有所限制的，其内容实质上是禁止了钢结构和钢筋混凝土结构的组合应用，因此，日本对 RCS 组合节点的研究落后于美国。直到二十世纪八十年代末，RCS 组合结构这种新型结构形式的优越性才逐渐地被日本的一些学者所认同。最初，日本对 RCS 组合节点的研究起始于一些私人建筑公司，但其研究却仅仅局限在某些特定的工程实践之中，并没有深入地对其力学性能、破坏形式等进行进一步的探讨[13]。直到二十世纪末，RCS 组合结构的结构形式在日本得到飞速的发展，对 RCS组合节点的研究也掀起一阵热潮,其节点细部的构造形式也得到了极大的丰富，到二十世纪末仅关于其构造形式的专利就有 30 多项[13]。日本 RCS 组合结构研究协会经过归纳总结，编写了日本的《RCS 组合节点设计准则》[14]，其内容对

组合节点,日本,形式

内镶或外露横隔板型(inner or outerdiaphragm type)及局部l SRC beam type)等 12 种结构构造形式。 RCS 组合节点的研究涉及面十分广泛，其中既有平面节式，既包含了中柱中节点形式，又涉及到了边节点和角于日本设计理念和具体的应用范围有别于美国，相比于美为中高层建筑结构的一种替代，日本更偏向于视其为低，所以对比美国设计指南中典型的钢梁贯通型的 RCS 组合柱贯通式的节点形式更多地被日本所采用[13]，图 1-3 为日式。

【参考文献】