采用短钢箱梁连接的装配式混凝土梁柱节点力学性能研究

发布时间：2020-08-21 21:18

【摘要】：针对已有装配式混凝土梁柱节点存在的局限性,本文提出了一种采用短钢箱梁连接的装配式混凝土梁柱节点(以下简称新型节点)。为了进一步了解该新型节点的受力性能并提出可靠的设计方法,本文首先参考相关规范,给出了初步设计方法,并结合工程实例进行试设计;接着,利用有限元软件ABAQUS对试设计节点进行建模,并验证了建模方法的适用性,同时对新型节点进行单向加载模拟,分析了其在正、负弯矩作用下的破坏全过程;然后以试设计的节点模型为基准模型,建立了22个基于不同参数的节点模型,对新型节点的后浇区和预制梁端部混凝土强度等级、柱端连接件高度、开洞长度和位置、栓钉等影响因素进行了参数化分析,探讨了这些因素对新型节点各阶段刚度、极限荷载值等力学性能的影响规律;最后对新型节点的初步设计方法进行改进,并提出相关设计建议。通过上述研究,本文可以得出以下主要结论:(1)有限元结果表明,新型节点满足设计的两阶段原则:在设计荷载作用下,节点处于弹性阶段;在极限荷载作用下,满足强节点弱构件,即混凝土梁的破坏先于短钢箱梁的破坏,因此新型节点是安全、可靠的。(2)提高新型节点的后浇区混凝土强度效果要优于提高预制梁端部混凝土强度。当预制构件的混凝土强度为C30时,后浇区宜采用C40混凝土。(3)增大柱端连接件的高度,新型节点的受力性能几乎没有变化,但混凝土柱的受压损伤程度会有所改善,建议其高度取为1.5倍梁高。(4)短钢箱梁开洞越大,新型节点各阶段的刚度值、极限荷载值随之减小,当开洞长度大于20%的短钢箱梁长度时,新型节点的承载力相较未开洞节点削弱了 10%且不能达到计算的极限承载力值,因此开洞长度不应超过20%的短钢箱梁长度。当洞口边缘(靠近柱一侧)与柱端连接件翼缘表面的距离小于50%的短刚箱梁长度时,短钢箱梁的受拉腹板在极限承载力作用下达到极限强度,因此应保证两者的距离大于50%的短钢箱梁长度。(5)短钢箱梁内未布置栓钉的节点,其承载力未达到设计值时就因混凝土梁与短钢箱梁发生挤压碎裂而下降,而其他部件还远未发挥作用,因此其内必须布置栓钉。在满足构造和设计要求的前提下,采用栓钉直径小、栓钉数量多的布置方案,新型节点的受力性能更好。(6)本文所提出的关于新型节点的设计方法和建议,能够为其在装配式混凝土结构中的工程应用提供设计指导。
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.9
【图文】：

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逦（ｂ）现浇梁端节点逦（ｃ）叠合式节点逡逑图１－１邋Ｏｚｔｕｒａｎ等人提出的节点详图逡逑Ｐａｒａｓｔｅｓｈ等【１７］提出的节点如图１－２所示。该节点的预制梁端部采用Ｕ型截面，逡逑且在预制柱与混凝土梁连接的水平高度处预留出空隙，现场配置的一侧梁端纵筋穿过逡逑柱预留的空隙锚固在另一侧梁端内，接着将开口上箍筋与预制梁中的开口下箍筋连接逡逑在一起形成封闭箍筋，最后再浇筑混凝土形成柱端节点和叠合层。此外，该节点在预逡逑制柱间隙的纵筋之间设置了对角交叉的钢筋，此钢筋起到类似桁架的作用，以提高柱逡逑子在施工、运输荷载作用下的轴向强度以及安装过程中的稳定性。预制柱的两端安装逡逑了临时角钢以支撑预制梁。该节点不需支模，梁纵筋也无需焊接或机械连接，而且经逡逑过试验证明其具有比整浇节点更好的延性和能量耗散能力。逡逑图１－２邋Ｐａｒａｓｔｅｓｈ等人提出的节点详图逡逑八１0）（：＾等［１８］提出的湿节点如图１－３所示。该节点预制梁在端部的截面高度、宽逡逑度都有所减小，可以使得预制梁端直接搭接在预制柱上，梁的截面设计成倒Ｔ型以便逡逑＿逦梁上部纵筋通过。预制梁中埋置开口箍筋

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柱连接起来。干连接与整浇节点相比的话，其整体性能较差，但采用正确构造的干连逡逑接在延性和能量耗散方面比整浇节点更胜一筹［１５］。逡逑Ｏｃｈｓ等［２（）］提出一种通过焊接连接的节点，如图１－４邋（ａ）所示。该节点在柱中预逡逑埋了两个Ｔ型角钢，同时在其上焊接９０度弯筋以使Ｔ型板在柱中有足够的锚固，而逡逑预制梁则在上、下纵筋上焊接了Ｌ型角钢作为预埋件。施工现场，通过焊缝将梁中的逡逑Ｌ型角钢和柱中的Ｔ型角钢连接起来，从而实现梁柱连接。Ｏｃｈｓ接着在此基础上提出逡逑＝种改进的节点，如图ｌ－４（ｂ）所示：该节点将预制柱中的下部Ｔ型钢改为平直钢板，逡逑以作为预制梁的支座；预制梁底部也采用平直钢板；上部采用Ｖ型角钢，梁上部纵筋逡逑放置其中后再进行焊接；完成所有的焊接工作后，浇筑高强混凝土以增强整体性。通逡逑过试验可知，此节点与整浇节点具有相近的强度、延性。逡逑４逡逑

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美国加州的Ｒｏｂｅｒｔ邋Ｅ．Ｅｎｇｌｅｋｉｒｋ［２１］提出一种延性传感器（ＤＤＣ）：在预制柱中埋逡逑置延性杆，将延性杆伸出一定的距离，通过螺栓将预制柱和预制梁中预埋的构件连接逡逑起来。该节点施工工序简单、安装方便，同时连接器按承载力设计，即当延性杆达到逡逑非弹性阶段时，其他部位仍处于弹性阶段，从而避免了梁、柱的破坏。对该节点进行逡逑试验，发现在２５次大位移循环后，节点仍没有破坏，具有良好的抗震性能。逡逑Ｎｉｇｅｌ等［２２］提出的干连接节点为暗牛腿，其中预制梁中的纵筋焊接在预埋的钢构逡逑件上，现场将预制梁搭接在预制柱的钢牛腿上，通过预制柱中预埋的栓杆与预制梁中逡逑的钢连接器螺栓连接实现节点的连接。该连接底部为铰接，上部可以发生滑动，从而逡逑使非弹性作用发生在上部。同时也可将上部改为铰接，使底部发生摩擦滑移，以避免逡逑楼板发生非弹性位移，减少地震作用下的损坏。逡逑５逡逑

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