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新型卷边PEC柱—钢梁摩擦耗能型自复位连接组合框架抗震性能研究

张志成  
【摘要】:20世纪末至今,国内外专家学者为改善传统钢节点在地震作用下焊缝处的脆性破坏,提出了一系列具有震后自行复位能力的抗弯钢框架结构并对其展开了大量理论分析和试验研究,结果显示:此类自复位钢框架震后残余变形明显减小,且主体构件几乎没有损坏,表现出良好的抗震性能。为满足现代建筑结构不同的抗震性能化设计目标并丰富国内外自复位结构体系的研究内容,本文对现有自复位连接节点的弯矩-转角关系进行改进,提出摩擦耗能型自复位连接设计思路,结合课题组相关研究成果,按1/2缩尺设计制作了一榀两层单跨的卷边PEC柱-钢梁摩擦耗能型自复位连接组合框架(预拉杆沿梁长布置)并对其在低周往复荷载下的抗震性能进行了试验研究和数值模拟,通过分析不同设计参数对试件残余变形、耗能能力、抗侧刚度退化等抗震性能的影响规律得出组合框架自复位功效与耗能能力的最佳协调模式,为摩擦耗能型自复位连接组合框架在实际工程中的应用奠定理论基础。研究结果显示:卷边PEC柱满足自复位结构对竖向构件承载力及抗侧刚度的要求;预拉杆沿梁全长布置的做法使得实际施加于梁端的预应力值偏低,虽对试件自复位功效存在一定影响,但所有试件加载至罕遇地震侧移角限值1/30卸载后残余变形均控制在1/200以内,均表现出良好的自复位能力;试件耗能主要由连接处板件间摩擦滑移和钢梁截面屈服两部分提供,螺栓杆与摩擦板孔壁接触前,试件主要通过连接处板件间滑动摩擦耗能,螺栓杆与孔壁接触后,试件主要由摩擦板螺栓孔附近梁截面屈服进行耗能;摩擦板椭圆孔孔径可灵活控制摩擦滑移耗能的大小和连接处转化为螺栓承压受力的时刻,是实现结构不同抗震性能化设计目标的关键所在;摩擦板内外侧翼缘均布置高强螺栓的做法保证梁受力性能的充分发挥,使结构具有良好自复位能力的同时能够耗散更多的地震能量;柱顶竖向力虽对节点域及组合柱产生一定附加弯矩作用,但对结构自复位功效和承载力仅在加载后期出现极小影响;组合框架可依据不同抗震性能化设计目标选择相应的摩擦板孔径来控制连接处转化为螺栓承压受力的时刻,使结构具有足够的自复位能力和耗能能力,且震后仅需简单替换摩擦耗能板即可恢复使用,具有良好的工程应用前景。


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