PEC柱组合结构框架中节点抗震性能试验研究

发布时间：2020-07-30 00:15

【摘要】：PEC组合结构与传统钢结构和钢筋混凝土结构相比,具有预制装配化程度高、施工速度快、承载能力高、受力性能、耐火性能及经济性良好、梁柱节点易于处理等优点,受到越来越多的关注。但对于PEC柱-型钢梁端板连接框架中节点抗震性能的研究相对较少,对不同构造的中节点试件的破坏模式、受力性能认识不够全面深入,以及缺乏与其他框架结构的性能对比分析。因此本文旨在通过PEC柱-型钢梁端板连接框架中节点试验及数值模拟分析,为以后此类框架节点的设计、施工提供参考。本文设计制作了4个框架中节点缩尺试件,其中3个为部分包裹混凝土组合柱-型钢梁端板连接,1个为纯钢结构框架中节点作为参照,对其进行了拟静力加载试验。在试验研究的基础上,利用有限元分析软件ABAQUS建立了试件的三维参数化空间模型,对框架中节点试件进行了有限元对比分析验证与相关参数拓展研究,探讨了不同轴压比、不同梁截面尺寸以及采用PEC柱组合结构对中节点连接性能的影响。观察各个试件试验的破坏过程,通过对框架节点试验数据处理,分析了试件的滞回性能、极限承载力、刚度退化、延性、耗能能力等相关抗震性能指标。研究结果表明:当采用PEC柱等截面梁中节点的破坏模式为梁端屈曲,属延性破坏,符合“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的抗震设计要求;采用不等高截面梁的中节点破坏模式为节点剪切破坏,与有限元结果一致,主要原因为改变一侧梁截面高度后,节点域输入剪力增大。对于节点剪切破坏模型可同时采用高强度混凝土和大直径加密拉结系杆进行加强;采用PEC柱组合结构承载力较纯钢结构提高36%;轴压比由0.27增至0.44,承载力增加57.7%;采用不等高截面梁节点,试件承载力提高13.6%。PEC柱组合结构中节点试件承载力和刚度退化均比较稳定。PEC柱组合中节点延性系数在4.47-5.30之间,平均等效粘滞阻尼系数在0.36-0.45之间,与型钢混凝土相当,比纯钢结构略差。增大轴压比耗能能力提高,节点延性会下降;当破坏模式为梁端产生塑性铰时,达到屈服应变并由大到小依次为梁塑性铰区、端板、柱腹板;当破坏模式为节点剪切破坏时,达到屈服应变且大小排序依次为柱腹板、小梁翼缘及端板,与有限元模拟结果一致;当选用高强度钢材时对提高节点承载力作用明显,采用Q420钢材需采用C50以上混凝土;轴压比对承载力影响复杂,当轴压比小于0.44时,提高轴压比对试件承载力有利。
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU398.9;TU352.11
【图文】：

内蒙古科技大学硕士学位论文-16-图2.2 试件浇筑现场图2.2 材料力学性能试验为了合理预测试验承载力与破坏模式，建立精确有限元模型，以及分析试件关键部位应力-应变发展分布情况，需要在拟静力加载试验前，先对试验材料进行力学性能测定，包括试验中不同厚度钢材的拉伸试验，混凝土轴心抗压试验。2.2.1 钢材力学性能试验从试件同批钢材中截取 45cm 长的钢条样品做拉伸试验，见图 2.3，试验结果见表 2.2。图2.3 拉伸试件表2.2 钢板材性试验结果钢板厚度（mm）屈服强度（N/mm2）抗拉强度（N/mm2）屈服应变（10-6）弹性模量（105N/mm2）泊松比伸长率（%）5.5 311 447.5 1 568 1.96 0.29 35.98 295 420.0 1 625 2.1 0.30 32.58#291 419.0 1 621 1.8 0.30 32.912 306 437.3 1 451 2.1 0.31 34.118 275 457.0 1 447 1.9 0.23 25.07 301 423.0 1 672 1.8 0.31 29.8注：8 为 JD1-JD3 柱腹板；8#为 JD4 柱腹板。

(a)加载装置示意图(b)加载装置现场图 （c）梁端约束装置图2.4 加载装置示意图2.3.2 测点布置为了得到中节点试件水平反复荷载作用下荷载、位移及应变等关键信息，试验过程中需要测量的内容有：柱端加载点水平荷载和水平位移、梁端荷载及水平位移、节点梁柱相对转角、节点核心区柱腹板应变分布、节点核心区剪切变形、梁翼缘及腹板应变分布、核心区混凝土应变以及端板应变分布等，传感器、仪表及应变片布置方式如图 2.5。测点具体布置方式如下：（1） 0#传感器用来测定作动器的水平推拉荷载，1#传感器用来测定轴压力586971&2.反力墙和反力架装置 3.水平作动器 4.竖向油压千斤顶5

内蒙古科技大学硕士学位论文-21-图2.6 加载制度2.4 试验过程及现象为方便试验现象的描述，屈服位移以符号 Δy代替，两钢梁根据加载位置分别描述为加载侧和非加载侧。JD1：先将轴压力加至计算值 450kN 并保持恒定，加载初期水平作动器以10kN 为一个级差，逐级增加水平荷载，荷载控制加载阶段试件无明显现象，加载至 82.4kN，此时位移为 15.63mm，实时观测的滞回曲线出现明显的拐点，端板上对应梁翼缘位置应变数值同样达到屈服应变，此时试验加载方式变为位移控制

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本文编号：2774707