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摩擦耗能自复位连接新型PEC柱(柱强轴布置)—钢梁组合框架层间倒塌机理研究

纪杰  
【摘要】:自复位结构采用在梁柱节点或墙上设置耗能元件并通过预拉杆施加预拉力,借此实现结构通过耗能元件耗散地震能和预应力拉杆实现地震过程中自行复位的预设目标,具备增强结构延性,有效耗散地震能,减少结构损伤,降低震后修复成本等优点,是目前工程抗震领域的重点研究方向。本文研究摩擦耗能型卷边PEC柱-钢梁自复位层间框架结构是基于摩擦耗能自复位节点提出的优化结构,通过在梁柱节点处设置通长预拉螺杆来实现结构的自复位功效以及在梁端上下翼缘处设置摩擦耗能T型件提供耗能能力,并结合卷边PEC柱抗侧刚度大等优点为预拉螺杆提供优越的锚固性能,具备良好的抗震性能。本文试验将采用拟静力试验分析方法,根据1:2缩尺比例制成一榀层间组合框架,并通过位移施加低周往复荷载用以模拟地震作用下框架抗震性能。但由于实验室相关试验工作延误,未能如期进行,故根据T型件翼缘对穿螺栓布置方式、预拉高强螺杆预紧力大小、T型件摩擦孔长度、T型件与盖板和钢梁接触面摩擦系数、柱顶竖向荷载等设计参数,采用大型数值分析软件ABAQUS建立7个摩擦耗能自复位摩擦耗能新型PEC柱(柱强轴布置)-钢梁组合框架有限元模型。基于层间组合框架有限元模型建立思路,结合模拟试件应力云图和具体模拟数据处理后得到整体滞回曲线、节点滞回曲线、节点耗能面积和整体和节点残余转角图等,用以分析框架的受力模式、自复位功效和耗能能力。研究结果表明:摩擦耗能型卷边PEC柱-钢梁自复位层间框架结构具备优越的自复位功效和耗散地震能能力;增大预紧力导致摩擦滑移滞后,但改善了自复位功效;摩擦孔长度决定试件摩擦耗能能力;试件节点处通过单边螺栓连接摩擦T型件翼缘与柱,导致T型件翼缘产生翘曲变形并延缓了摩擦滑移耗能能力的发挥;在位移加载前期,柱顶竖向荷载对于试件自复位效果影响较弱。模拟结果不但能够丰富摩擦型耗能型自复位结构的研究成果,而且能提供卷边PEC柱-钢梁摩擦耗能型组合框架走向实际工程应用的理论依据。


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