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卷边钢板PEC柱(柱强轴)—钢梁狗骨式连接组合框架结构抗震性能研究

汪逸萍  
【摘要】:框架结构是在目前结构设计中采用率仍占较高比重的一种形式,为了尽量降低框架结构的一些常规缺点如承载能力、节点连接性能、抗侧刚度较差等,本课题组在试验试件设计中考虑钢-混凝土组合框架结构的三大抗震设计原则,相应采用新型卷边PEC柱(“强柱弱梁”)、梁端截面削弱和端板对穿螺栓连接(“强节点”、“强剪弱弯”),设计出1榀卷边钢板PEC柱(柱强轴)-钢梁狗骨式连接组合框架结构的底部两层单跨1:2缩尺模型试件。选用拟静力试验方法,对该试件加以水平循环往复荷载,以结合记录试验过程主要现象和整理采集数据为依据对其滞回特征、水平抗侧刚度、节点连接性能、抗震延性与耗能能力、损伤进程与破坏模式等加以分析以揭示试件的抗震性能,并在保证试件各参数一致的前提下采用ABAQUS软件对其分别在水平循环荷载下、与实际工程受力工况一致的水平循环荷载与轴向力共同作用下的力学性能进行两次数值模拟,基于模拟数据整理分析试件滞回性能、刚度退化、抗震延性与耗能、结构变形类型与破坏模态等,最后将试验与模拟结果做对比分析以验证模拟的可行性和准确性以及得到该试件抗震性能的最终相关结论,并分析竖向力的影响,为后续相关研究提供较全面的理论支撑。综合试验与模拟研究结果表明:采取狗骨式连接方式可将梁端塑性铰形成位置转移到削弱截面处,降低了节点处连接焊缝的抗震要求,使得节点具有良好的转动能力和耗能性能;试件一层层间初始抗侧刚度明显大于二层,但随着加载的进行,梁端削弱截面与PEC柱柱脚相继先后形成塑性铰,一层与二层层间抗侧刚度差异不断减小;在水平力作用产生的倾覆弯矩下试件整体和一层的受压侧PEC柱承担剪力大于受拉侧PEC柱,试件二层水平总剪力基本由两PEC柱平均承担,且试件层间为剪切型变形模式;水平循环荷载下试件最终破坏模式为:梁端狗骨式截面处充分屈服和PEC柱脚钢骨架截面屈服与混凝土压溃均形成塑性铰的延性破坏模式。模拟终止对应试件整体、一二层层间峰值侧移角和A柱上节点连接转角均超过罕遇地震水平下框架结构层间侧移限值,试件抗倒塌能力良好;试件在轴向力与水平荷载共同作用下轴向力产生的二阶效应加快了结构的损伤进程,结构耗能更优越,这表明本文研究的采用梁端截面削弱和端板对穿螺栓连的卷边PEC柱-钢梁组合框架对于在实际工程中提高框架结构的抗震性能具有优良的实践应用意义。


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